【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 g is an application that runs on a personal puterand shares files with other users across the Internet. P2P networks work by connecting individual puters together to share files instead of having to gothrough a central server.(3) P2P是一種分布式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的參與者共享他們所擁有的一部分硬件資源（處理能力、存儲(chǔ)能力、網(wǎng)絡(luò)連接能力、打印機(jī)等），這些共享資源需要由網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)和內(nèi)容，能被其它對(duì)等節(jié)點(diǎn)(Peer)直接訪(fǎng)問(wèn)而無(wú)需經(jīng)過(guò)中間實(shí)體。在此網(wǎng)絡(luò)中的參與者既是資源（服務(wù)和內(nèi)容）提供者（Server），又是資源（服務(wù)和內(nèi)容）獲取者（Client）。這些定義雖然不同，但是有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：P2P不同與以往的服務(wù)器/客戶(hù)機(jī)機(jī)構(gòu)的主從網(wǎng)絡(luò)，它是一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。P2P徹底顛覆了傳統(tǒng)的客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S)模型，它不再區(qū)分客戶(hù)端、服務(wù)器，而是讓每臺(tái)參與到 P2P 網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)器既能像客戶(hù)端一樣享受服務(wù)，又能像服務(wù)器一樣提供服務(wù)，每臺(tái)機(jī)器稱(chēng)作 P2P 網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)對(duì)等點(diǎn)（peer）。P2P網(wǎng)絡(luò)是一種具有較高擴(kuò)展性的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其對(duì)等概念是指網(wǎng)絡(luò)中的物理節(jié)點(diǎn)在邏輯上具有相同的地位，而并非處理能力的對(duì)等。節(jié)點(diǎn)之間可以直接交換資源和服務(wù)而不必通過(guò)服務(wù)器。 P2P的特點(diǎn)作為一種新興的熱門(mén)技術(shù)，與其它網(wǎng)絡(luò)模型相比，P2P具有以下特點(diǎn)[7]：(1)分散化網(wǎng)絡(luò)中的資源和服務(wù)分散在所有節(jié)點(diǎn)上，信息的傳輸和服務(wù)的實(shí)現(xiàn)都直接在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，可以無(wú)需中間環(huán)節(jié)和服務(wù)器的介入，避免了可能的瓶頸。即使是在混合中，雖然在查找資源、定位服務(wù)或安全檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)需要集中式服務(wù)器的參與，但主要的信息交換最終仍然在節(jié)點(diǎn)中間直接完成。這樣就大大降低了對(duì)集中式服務(wù)器的資源和性能要求。(2)可擴(kuò)展性在傳統(tǒng)的架構(gòu)中，系統(tǒng)能夠容納的用戶(hù)數(shù)量和提供服務(wù)的能力主要受服務(wù)器的資源限制。為支持互聯(lián)網(wǎng)上的大量用戶(hù)，需要在服務(wù)器端使用大量高性能的計(jì)算機(jī)，鋪設(shè)大帶寬的網(wǎng)絡(luò)。為此機(jī)群、等技術(shù)紛紛上陣。在此結(jié)構(gòu)下，集中式服務(wù)器之間的同步、協(xié)同等處理產(chǎn)生了大量的開(kāi)銷(xiāo)，限制了系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展。而在網(wǎng)絡(luò)中，隨著用戶(hù)的加入，不僅服務(wù)的需求增加了，系統(tǒng)整體的資源和服務(wù)能力也在同步地?cái)U(kuò)充，始終能較容易地滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。即使在諸如Napster等混合型架構(gòu)中，由于大部分處理直接在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，大大減少了對(duì)服務(wù)器的依賴(lài)，因而能夠方便地?cái)U(kuò)展到數(shù)百萬(wàn)個(gè)以上的用戶(hù)。而對(duì)于純P2P來(lái)說(shuō)，整個(gè)體系是全分布的，不存在瓶頸。理論上其可擴(kuò)展性幾乎可以認(rèn)為是無(wú)限的。(3)健壯性在互聯(lián)網(wǎng)上隨時(shí)可能出現(xiàn)異常情況，網(wǎng)絡(luò)中斷、網(wǎng)絡(luò)擁塞、節(jié)點(diǎn)失效等各種異常事件都會(huì)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性和服務(wù)持續(xù)性帶來(lái)影響。在傳統(tǒng)的集中式服務(wù)模式中，集中式服務(wù)器成為整個(gè)系統(tǒng)的要害所在，一旦發(fā)生異常就會(huì)影響到所有用戶(hù)的使用。而架構(gòu)則天生具有耐攻擊、高容錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。由于服務(wù)是分散在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行的，部分節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)遭到破壞對(duì)其它部分的影響很小。而且P2P模型一般在部分節(jié)點(diǎn)失效時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)整整體拓?fù)?，保持其它?jié)點(diǎn)的連通性。事實(shí)上，P2P網(wǎng)絡(luò)通常都是以自組織的方式建立起來(lái)的，并允許節(jié)點(diǎn)自由地加入和離開(kāi)。一些P2P模型還能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬、節(jié)點(diǎn)數(shù)、負(fù)載等變化不斷地做自適應(yīng)式的調(diào)整。(4)隱私性隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和計(jì)算存儲(chǔ)能力飛速增長(zhǎng)，收集隱私信息正在變得越來(lái)越容易。隱私的保護(hù)作為網(wǎng)絡(luò)安全性的一個(gè)方面越來(lái)越被大家所關(guān)注。目前的Internet通用協(xié)議不支持隱藏通信端地址的功能。攻擊者可以監(jiān)控用戶(hù)的流量特征，獲得IP地址。甚至可以使用一些跟蹤軟件直接從正地址追蹤到個(gè)人用戶(hù)。在P2P網(wǎng)絡(luò)中，由于信息的傳輸分散在各節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行而無(wú)需經(jīng)過(guò)某個(gè)集中環(huán)節(jié)，用戶(hù)的隱私信息被竊聽(tīng)和泄漏的可能性大大縮小。此外，目前解決隱私問(wèn)題主要采用中繼轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)方法，從而將通信的參與者隱藏在眾Internet多的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之中。在傳統(tǒng)的一些匿名通信系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)這一機(jī)制依賴(lài)于某些中繼服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。而在P2P中，所有參與者都可以提供中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能，因而大大提高了匿名通訊的靈活性和可靠性，能夠?yàn)橛脩?hù)提供更好的隱私保護(hù)。(5)高性能性能優(yōu)勢(shì)是P2P被廣泛關(guān)注的一個(gè)重要原因。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力以及網(wǎng)絡(luò)帶寬等性能依照摩爾定理高速增長(zhǎng)。而在目前的互聯(lián)網(wǎng)上，這些普通用戶(hù)擁有的節(jié)點(diǎn)只是以客戶(hù)機(jī)的方式連接到網(wǎng)絡(luò)中，僅僅作為信息和服務(wù)的消費(fèi)者，游離于互聯(lián)網(wǎng)的邊緣。對(duì)于這些邊際節(jié)點(diǎn)的能力來(lái)說(shuō)，存在極大的浪費(fèi)。采用P2P架構(gòu)可以有效地利用票聯(lián)網(wǎng)中散布的大量普通節(jié)點(diǎn)，將計(jì)算任務(wù)或存儲(chǔ)資料分布到所有節(jié)點(diǎn)上。利用其中閑置的計(jì)算能力或存儲(chǔ)空間，達(dá)到高性能計(jì)算和海量存儲(chǔ)的目的。這與當(dāng)前高性能計(jì)算機(jī)中普遍采用的分布式計(jì)算的思想是一致的。但通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)中的大量空閑資源，可以用更低的成本提供更高的計(jì)算和存儲(chǔ)能力。 相關(guān)概念下面將本文用到的比較頻繁的相關(guān)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)在此做簡(jiǎn)要介紹：(1)QOS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量) QoS旨在針對(duì)各種應(yīng)用的不同需求，為其提供不同的服務(wù)質(zhì)量，例如：提供專(zhuān)用帶寬、減少報(bào)文丟失率、降低報(bào)文傳送時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)等。為實(shí)現(xiàn)上述目的，QoS提供了下述功能：報(bào)文分類(lèi)、網(wǎng)絡(luò)擁塞管理、流量控制和流量整形、QoS傳輸協(xié)議。QoS可以控制各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和滿(mǎn)足多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求，如：控制資源、可裁剪服務(wù)和多種雪球并存。(2)帶寬管理帶寬管理的基本原理是充分運(yùn)用QoS技術(shù)中間定義的流量控制和流量整形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。帶寬管理產(chǎn)品將有限的帶寬人為的劃分成多個(gè)動(dòng)態(tài)通道，將各個(gè)業(yè)務(wù)流控制在各自得通道中間，來(lái)保證各個(gè)業(yè)務(wù)流之間不相互干擾。因此，帶寬管理產(chǎn)品關(guān)注的首要焦點(diǎn)是保護(hù)每一個(gè)動(dòng)態(tài)通道中的業(yè)務(wù)流不受其他通道中業(yè)務(wù)流突發(fā)的影響。 P2P主要網(wǎng)絡(luò)模型集中目錄式P2P網(wǎng)絡(luò)模型是最早出現(xiàn)的P2P應(yīng)用模型。由于它仍然是具有中心化的特點(diǎn)，因而也被稱(chēng)為非純粹的P2P結(jié)構(gòu)。其用戶(hù)注冊(cè)與文件檢索過(guò)程類(lèi)似于傳統(tǒng)的C/S模式，區(qū)別在于所有資料并非存儲(chǔ)在服務(wù)器上，而是存儲(chǔ)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)中。查詢(xún)節(jié)點(diǎn)則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量和延遲等信息選擇合適的節(jié)點(diǎn)建立直接連接，而不必經(jīng)過(guò)中央服務(wù)器進(jìn)行。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是它顯示了P2P系統(tǒng)信息量巨大的優(yōu)勢(shì)和吸引力。目前集中式P2P模型最典型的代表是Napster。在這種結(jié)構(gòu)中, 有一批專(zhuān)門(mén)的高性能服務(wù)器充當(dāng)中央索引節(jié)點(diǎn), 這些節(jié)點(diǎn)保存著當(dāng)前活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的地址信息及其共享資源信息。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入P2P系統(tǒng)時(shí),就把它存儲(chǔ)的共享資源的名單發(fā)送給中央索引節(jié)點(diǎn)。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求一個(gè)文件時(shí)就向中央索引節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢(xún)消息, 中央索引節(jié)點(diǎn)隨即在它保存的索引文件列表中尋找擁有該文件的節(jié)點(diǎn),然后就將這些節(jié)點(diǎn)的IP地址和端口號(hào)返回給請(qǐng)求用戶(hù)。同時(shí), 中央索引節(jié)點(diǎn)會(huì)查找與請(qǐng)求結(jié)點(diǎn)匹配最佳的對(duì)等節(jié)點(diǎn)(最佳對(duì)等結(jié)點(diǎn)可能是速度最快、代價(jià)最低、延遲最小、用戶(hù)最容易得到的對(duì)等者,最佳的具體定義是該P(yáng)2P軟件開(kāi)發(fā)者預(yù)先設(shè)計(jì)的)。之后,用戶(hù)與最佳對(duì)等者之間直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地傳送文件,而不再通過(guò)中央索引節(jié)點(diǎn)。其原理如圖21所示。圖21集中式P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集中式P2P系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是查詢(xún)效率高, 帶寬占用較低, 只需要一條消息就可以解決一個(gè)查詢(xún)。但其缺點(diǎn)也很明顯：(1)中央索引節(jié)點(diǎn)容易受到攻擊，而且一旦癱瘓容易導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰，可靠性和安全性較低。(2) 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)中央索引節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)和更新的費(fèi)用將急劇增加，所需成本過(guò)高。(3) 中央索引節(jié)點(diǎn)的存在引起共享資源在版權(quán)問(wèn)題上的糾紛。廣播式P2P模型也被稱(chēng)作為純P2P模型。這種模型取消了集中的中央服務(wù)器，每個(gè)用戶(hù)隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)，并與自己相鄰的一組節(jié)點(diǎn)通過(guò)端到端連接，從而構(gòu)成一個(gè)邏輯覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容查詢(xún)和內(nèi)容共享都是直接通過(guò)相鄰節(jié)點(diǎn)廣播接力傳遞，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)還會(huì)記錄搜索軌跡，以防止搜索環(huán)路的產(chǎn)生。在這類(lèi)系統(tǒng)中沒(méi)有中央索引服務(wù)器, 節(jié)點(diǎn)僅僅通過(guò)本地信息決定要連接到網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)部分上,也沒(méi)有在網(wǎng)絡(luò)的任何地方做類(lèi)似廣告之類(lèi)的資源信息發(fā)布, 它對(duì)共享文件的搜索是通過(guò)向網(wǎng)絡(luò)廣播查詢(xún)消息來(lái)完成的。其工作原理如圖22所示。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要搜索某種資源時(shí), 就向它所有的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播帶有非零TTL的查詢(xún)消息, 鄰居節(jié)點(diǎn)收到消息后先檢索自己的共享文件, 如果有,就把自己的IP地址和找到的文件信息回傳給查詢(xún)節(jié)點(diǎn),如果沒(méi)有,就把查詢(xún)消息中的TTL值減1,然后再向其它鄰居結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)這條查詢(xún)消息, 如此反復(fù)執(zhí)行,直到TTL值為零或找到目標(biāo)文件為止，目前分布式P2P網(wǎng)絡(luò)模型最典型的代表就是Gnutella。圖22 分布式P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分布式P2P網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，不需要昂貴的中央結(jié)點(diǎn)服務(wù)器，而且結(jié)點(diǎn)的保密性很好，能有效地保護(hù)用戶(hù)的隱私，因此受到廣泛的歡迎，但其缺點(diǎn)也不少，由于沒(méi)有中心管理者，對(duì)等點(diǎn)的查找和定位比較復(fù)雜, 安全性也不高，易遭受惡意結(jié)點(diǎn)的攻擊。另外，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，用廣播方式查找網(wǎng)絡(luò)上的文件資源將造成網(wǎng)絡(luò)流量急劇增加，易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。集中式P2P模型有利于網(wǎng)絡(luò)資源的快速檢索，并且只要服務(wù)器能力足夠強(qiáng)大就可以無(wú)限擴(kuò)展，但是其中心化的模式容易遭到直接的打擊，分布式P2P形式解決了抗攻擊問(wèn)題，但是又缺乏快速搜索和可擴(kuò)展性。混合P2P形式結(jié)合了集中式和分布式P2P形式的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)思想和處理能力上都得到了近一步的優(yōu)化。混合式P2P在分布式模式的基礎(chǔ)上，將用戶(hù)節(jié)點(diǎn)按能力進(jìn)行分類(lèi)，使某些節(jié)點(diǎn)擔(dān)任特殊的任務(wù)[12]。其工作原理如圖23所示。useruseruseruseruseruseruseruseruseruserSearchindex4321SearchDownload圖23 混合式P2P的工作原理其系統(tǒng)機(jī)構(gòu)中共包含3中節(jié)點(diǎn)：(1) 用戶(hù)節(jié)點(diǎn)普通的節(jié)點(diǎn)就是用戶(hù)節(jié)點(diǎn)，它不具有任何特殊的功能。 (2) 搜索節(jié)點(diǎn) 搜索節(jié)點(diǎn)處理搜索請(qǐng)求，從他們的孩子節(jié)點(diǎn)中搜索文件列表，這些節(jié)點(diǎn)必須有128kbit/s以上的網(wǎng)絡(luò)連接速度，因此，最好用高性能的處理器。(3) 索引節(jié)點(diǎn)對(duì)于連接速度快、內(nèi)存充足的結(jié)點(diǎn)可以作為索引結(jié)點(diǎn)。索引結(jié)點(diǎn)保存可以利用的搜索結(jié)點(diǎn)信息、搜集狀態(tài)信息以及盡力維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以既是搜索結(jié)點(diǎn)又是索引結(jié)點(diǎn)。用戶(hù)結(jié)點(diǎn)可以選擇3個(gè)搜索結(jié)點(diǎn)作為它的父結(jié)點(diǎn)，如果父結(jié)點(diǎn)接受該用戶(hù)結(jié)點(diǎn)作為它的孩子的話(huà)，那么該用戶(hù)結(jié)點(diǎn)就可以提交它要共享的列表給它的父結(jié)點(diǎn)。缺省情況下，搜索結(jié)點(diǎn)可以最多維護(hù)500個(gè)孩子結(jié)點(diǎn)。在第三代P2P的軟件體系結(jié)構(gòu)中，采用了混合P2P形式。這種形式的關(guān)鍵之一是引入了索引結(jié)點(diǎn)，索引結(jié)點(diǎn)不會(huì)直接連接到有版權(quán)的資料，它就像Yahoo一樣，只是搜索和所需資料相關(guān)的地址，至于用戶(hù)到底連接下載了什么內(nèi)容和它無(wú)關(guān)。這種形式的關(guān)鍵之二是引入搜索結(jié)點(diǎn)，搜索結(jié)點(diǎn)管理著所屬用戶(hù)的文件列表。用戶(hù)結(jié)點(diǎn)通過(guò)索引結(jié)點(diǎn)獲得搜索結(jié)點(diǎn)信息，之后用戶(hù)結(jié)點(diǎn)就與獲得的搜索結(jié)點(diǎn)相連，每一次查詢(xún)都通過(guò)該搜索結(jié)點(diǎn)進(jìn)行。當(dāng)用戶(hù)發(fā)出搜索請(qǐng)求后，如果和用戶(hù)結(jié)點(diǎn)直接相連的搜索結(jié)點(diǎn)查詢(xún)結(jié)果為100個(gè)(這里的100個(gè)搜索結(jié)果，可以由用戶(hù)自己來(lái)設(shè)定)就停止，如果不足100個(gè)，就向相鄰的搜索結(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求，如果查詢(xún)結(jié)果還不夠，就繼續(xù)向外快速發(fā)散，直到所有得搜索結(jié)點(diǎn)都被搜索到。而如果所有的搜索結(jié)點(diǎn)都被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)，就意味著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)都被搜索到了，其速度要比純 P2P 模式快得多。可見(jiàn)，P2P系統(tǒng)在不斷地發(fā)展著，從最初流行的像Napster這樣有一個(gè)中心服務(wù)器的第一代集中式P2P，到像Gnutella沒(méi)有中心服務(wù)器的第二代純P2P，再到?jīng)]有中心服務(wù)器，而有分布式服務(wù)器的第三代混合P2P。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬和計(jì)算能力的進(jìn)一步提高，P2P模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將會(huì)更加智能化、更加具有靈活性，以便提供更多的共享資源為人們所利用。 常見(jiàn)P2P協(xié)議分析本文的協(xié)議分析基于識(shí)別數(shù)據(jù)包應(yīng)用層的確定比特字符串。因?yàn)殛P(guān)于P2P協(xié)議分析的文檔非常缺乏，本文主要采用實(shí)驗(yàn)抓包分析的方法，并參考一些權(quán)威的P2P官方網(wǎng)站，得出結(jié)論。在安裝了各種P2P客戶(hù)端后，運(yùn)行客戶(hù)端程序并使用嗅探器tcpdump和Ethereal抓包，經(jīng)過(guò)分析得出幾種常用的P2P協(xié)議的應(yīng)用層特征字符串，見(jiàn)表21。表21 P2P協(xié)議數(shù)據(jù)包凈荷開(kāi)頭的字符串P2P ProtocolStringTransferprotocolDefaultportseDonkey20000xe3 0xc5TCP/UDP46614665Fastrack“Get/.hash”, “GIVE”0xc028,0x2700000029800x280000002900,0x2900000029010xc1(5 bytes),0x2a(3 bytes)TCPUDPUDP1214Gnutella“GNUTELLA”, “GIV”“GND”TCPUDP63466347BitTorrent“0x13BitTorrent protocol”TCP68816889后面將從兩個(gè)方面對(duì)4種最流行的P2P協(xié)議進(jìn)行分析：(1) 數(shù)據(jù)包的格式：每種P2P協(xié)議的控制包通常都能通過(guò)檢查它的TCP或者UDP凈荷的前幾個(gè)字節(jié)而被識(shí)別出來(lái)。(2) 塊的大?。航^大多數(shù)P2P協(xié)議使用固定長(zhǎng)度的塊來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。 eDonkey 2000當(dāng)前有兩個(gè)著名的基于Windows的客戶(hù)端軟件采用eDonkey 2000 P2P協(xié)議，它們是eDonkey2000和開(kāi)放源碼的eMule客戶(hù)端。其他的操作系統(tǒng)也支持其他客戶(hù)端程序，例如：MLDonkey和Shareaza。eDonkey 2000協(xié)議使用兩個(gè)TCP端口(4661，4662)和一個(gè)UDP端口(4665)。數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)TCP協(xié)議進(jìn)行操作，而控制包既可以用TCP也可以用UDP[13,14]。塊的大?。涸趀Mule客