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P2P自組織性帶來的挑戰(zhàn)

何寶宏 田慧蓉 2007/11/07

　　摘要　對P2P網(wǎng)絡(luò)的工作原理和典型應(yīng)用進行了介紹，分析了P2P在商業(yè)應(yīng)用和業(yè)務(wù)監(jiān)管帶來的挑戰(zhàn)，提出了可管控P2P的思路，指出了需要研究的內(nèi)容。

1、引言

　　一般人們把具有“自動配置、自動發(fā)現(xiàn)、自動形成和多跳路由”的網(wǎng)絡(luò)組織方式稱為自組織網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于自組織網(wǎng)絡(luò)，人們討論最多的是無線方式的自組織網(wǎng)絡(luò)，而本文將探討的是互聯(lián)網(wǎng)上的P2P應(yīng)用的自組織特性，以及這種特性帶來的挑戰(zhàn)。

　　最近幾年，隨著文件共享P2P軟件的大規(guī)模應(yīng)用，對等計算（Peer-to-Peer，簡稱P2P）迅速成為業(yè)界的熱門話題。無論是普通用戶，軟件開發(fā)商，各種內(nèi)容提供商，業(yè)務(wù)和應(yīng)用運營商，網(wǎng)絡(luò)運營商，還是政府主管部門都非常關(guān)注P2P。而P2P也已經(jīng)對整個互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模式和監(jiān)管機制產(chǎn)生了重要的影響。

　　目前，在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界對于P2P沒有一個統(tǒng)一的定義，都分別從不同的應(yīng)用角度描述出P2P的應(yīng)用特點。P2P的共同點就是它打破了傳統(tǒng)的Client/Server（C/S）模式，在網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點的地位都是對等的。每個結(jié)點既充當(dāng)服務(wù)器，為其他結(jié)點提供服務(wù)，同時也享用其他結(jié)點提供的服務(wù)。

2、P2P工作原理

　　P2P網(wǎng)絡(luò)工作的三個基本步驟包括：找到網(wǎng)絡(luò)入口，進入網(wǎng)絡(luò)；找到需要進行交互的對等端，與對等端進行交互。其基本原理與P2P網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。

2.1　無結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)

（1）集中式

　　以Napster為代表，其本質(zhì)上并非純粹的P2P系統(tǒng)。Napster通過一個中央索引服務(wù)器保存用戶所共享的音樂文件索引和存放位置的信息。當(dāng)用戶需要某個音樂文件時，首先與中央索引服務(wù)器建立連接并進行相關(guān)檢索，得到服務(wù)器返回的文件所有者信息后，與所有者建立連接進行文件傳輸。集中式的P2P網(wǎng)絡(luò)維護簡單、檢索效率高。但由于整個系統(tǒng)依賴于中心索引服務(wù)器，存在單點失效問題。同時，該類系統(tǒng)的可擴展性較差，無法動態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的變化，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，對中央索引服務(wù)器進行維護和更新的成本也將急劇增加，因而集中式拓撲結(jié)構(gòu)不適合于大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

（2）全分布式

　　以Gnutella為代表，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點隨機建立連接，具有完全對等的功能和地位。節(jié)點使用有限范圍內(nèi)的“洪泛（Flooding）”機制發(fā)送請求，其他節(jié)點收到查詢請求后，給出包含與請求相匹配的內(nèi)容信息和地址信息的響應(yīng)，從而使源節(jié)點能與其建立連接進行文件下載。盡管Gnutella系統(tǒng)的這種基于“洪泛”的查詢技術(shù)支持語義查詢，能有效定位復(fù)制率很高的內(nèi)容，能夠適應(yīng)動態(tài)變化的P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，但這種查詢機制無法定位網(wǎng)絡(luò)中稀缺的內(nèi)容，隨著查詢數(shù)目和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加，每個節(jié)點的負荷也快速增加，使得網(wǎng)絡(luò)不具有可擴展性。

（3）層次化

　　層次化的拓撲充分考慮了節(jié)點能力的異構(gòu)性，選擇處理、存儲、帶寬等性能較高的節(jié)點作為超級節(jié)點，其他節(jié)點作為普通節(jié)點。每個超級節(jié)點管轄一定的普通節(jié)點，存儲所轄范圍內(nèi)普通節(jié)點的文件索引。查詢請求只在超級節(jié)點之間轉(zhuǎn)發(fā)，超級節(jié)點負責(zé)將這些請求轉(zhuǎn)發(fā)給適當(dāng)?shù)娜~節(jié)點�；旌鲜酵負鋵嶋H上是一個分層拓撲結(jié)構(gòu)，超級節(jié)點之間構(gòu)成一個高速的查詢請求轉(zhuǎn)發(fā)層，不僅減小了查詢時延，又極為有效地減少了洪泛的查詢請求流量。層次化拓撲的典型應(yīng)用系統(tǒng)包括KaZaa，F(xiàn)asttrack以及Gnutella0.6。實際應(yīng)用證明，層次化P2P網(wǎng)絡(luò)充分利用了節(jié)點能力的異構(gòu)性，既有Client-Server模式有效定位資源的特點，又能極為有效地消除純P2P結(jié)構(gòu)中使用泛洪算法帶來的網(wǎng)絡(luò)擁塞等不利影響，同時超級節(jié)點的引入能夠在一定程度上起到負載均衡的作用，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2　結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)

　　以Chord，CAN為典型代表，結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)通過分布式Hash表（Distributed Hash Table，DHT）指定節(jié)點和內(nèi)容的標(biāo)志符。內(nèi)容被存儲到與之有特定關(guān)系的節(jié)點上。同時，每個節(jié)點需維護一個路由表，包括鄰居節(jié)點的IP地址和標(biāo)志符。查詢請求以逐漸逼近的方式在P2P網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)發(fā)，即轉(zhuǎn)發(fā)到離目標(biāo)標(biāo)志符距離更近的節(jié)點。查詢請求提供了高效的P2P路由機制，一般情況下，P2P網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)容在O（logN）步內(nèi)定位，其中N為P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)目。盡管基于DHT的結(jié)構(gòu)化拓撲能有效定位網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)容，但在節(jié)點狀態(tài)變化頻繁的P2P網(wǎng)絡(luò)中，難以有效維護這種結(jié)構(gòu)化的拓撲。此外，結(jié)構(gòu)化拓撲采用的精確匹配的查詢機制無法支持語義查詢，限制了請求者對內(nèi)容的選擇性。

3、P2P典型應(yīng)用

　　盡管P2P還是一個新鮮事物，但國內(nèi)外已經(jīng)有很多公司開始踏上了P2P之路，出現(xiàn)了多種：P2P應(yīng)用方式。

3.1　信息共享與管理

　　典型的如文件共享、深度搜索、分布式存儲等。BT是一種典型的文件共享應(yīng)用，它通過將大型文件分片的方式實現(xiàn)高效的文件分發(fā)。在BT中，參與下載的節(jié)點一邊下載它所沒有的文件片段，同時為其他節(jié)點上傳它所擁有的完整文件片段，直到得到完整的文件。這種文件分片下載的機制突破了原有文件共享應(yīng)用，只有獲得完整文件后才能作為服務(wù)者提供文件的局限性。使得下載同一文件的節(jié)點越多，下載完整文件所需要的時間越多。這種文件共享方式使得服務(wù)器可以同時處理大量的文件下載請求，而自身無須占用大量帶寬，把文件共享的性能瓶頸成功地從服務(wù)器轉(zhuǎn)移到了網(wǎng)絡(luò)。

3.2　通信服務(wù)

　　Skype是基于P2P技術(shù)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)電話業(yè)務(wù)，已經(jīng)引起了傳統(tǒng)電信運營商不小的恐慌，它提供的網(wǎng)絡(luò)電話業(yè)務(wù)以非常好的語音質(zhì)量和低廉的價格吸引了全球上億的用戶，搶走了電信運營商大量的VoIP市場。另外，P2P SIP是一種P2P和SIP技術(shù)二者的結(jié)合，目的是希望利用P2P技術(shù)的優(yōu)勢來改造原來基于SIP的呼叫控制實現(xiàn)架構(gòu)。P2P與SIP的結(jié)合目前有兩種方式，一是擴展P2P協(xié)議來代替SIP的用戶注冊和查找過程，二是用SIP協(xié)議的消息傳遞實現(xiàn)P2P算法。

3.3　P2P流媒體

　　從流媒體的角度看，P2P實際上是一種應(yīng)用層組播技術(shù)。終端系統(tǒng)不僅可以作為客戶端消費流媒體信息，而且還可以利用其緩沖到本地的流媒體為其它客戶端提供服務(wù)，使得流媒體的下載不需要經(jīng)過原始的流媒體服務(wù)器，分散了服務(wù)器端的處理能力和帶寬使用壓力，避免資源瓶頸的出現(xiàn)。同時，由于采用P2P技術(shù)實現(xiàn)容錯，P2P流媒體可以提高媒體流傳輸?shù)目煽啃�，改善服�?wù)性能。目前，P2P流媒體技術(shù)不僅可以用于廣播服務(wù)，也已經(jīng)發(fā)展到點播服務(wù)。

3.4　P2P游戲

　　在線游戲是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的熱潮。使用P2P技術(shù)建立分布式小組服務(wù)模型來組織在線用戶，可以充分利用終端系統(tǒng)的存儲資源和計算資源來維護玩家的游戲狀態(tài)，獲得比C/S模式更好的響應(yīng)性能。P2P在線游戲克服了C/S模式的單點性能瓶頸以及用戶數(shù)與運營成本成正比增長的問題，把運營成本從游戲運營商部分轉(zhuǎn)移到了端用戶。

4、P2P在商業(yè)方面帶來的挑戰(zhàn)

　　P2P在商業(yè)方面帶來的挑戰(zhàn)是全方位的，涉及內(nèi)容提供商、應(yīng)用/業(yè)務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)提供商等多個環(huán)節(jié)。

　　（1）對內(nèi)容提供商而言，基于P2P技術(shù)的下載使得盜版猖獗。BT，eDonkey等下載工具的廣泛應(yīng)用，可以使人們非常方便地在網(wǎng)絡(luò)上交換高質(zhì)量的非正版產(chǎn)品，直接沖擊了內(nèi)容提供商的利益。內(nèi)容提供商的圖書、音樂、影像制品的銷量，早就已經(jīng)隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，而P2P下載業(yè)務(wù)的興起無異于給他們又一重擊，甚至連非法的盜版光盤市場也因P2P下載而日益蕭條。P2P的自組織特性，使得無法確定究竟是誰在盜版，找到盜版者變得異常困難。

　�。�2）目前基于P2P的應(yīng)用和業(yè)務(wù)的絕大多數(shù)是免費的，沒有足夠的利潤空間和合理的利潤分配模式來支持P2P應(yīng)用和業(yè)務(wù)的開發(fā)商和服務(wù)提供商持續(xù)而良性的發(fā)展。這和互聯(lián)網(wǎng)上其它很多業(yè)務(wù)和應(yīng)用，面臨沒有合理的商業(yè)模式的窘境是一樣的，幾乎只能依靠廣告和風(fēng)險投資生存。P2P的自組織特性，模糊了服務(wù)者和被服務(wù)者的關(guān)系，誰該付費、誰該收費，這個現(xiàn)實中不可能發(fā)生的問題就成了P2P業(yè)務(wù)的一個新問題。

　　（3）P2P對承載網(wǎng)提出了更高的要求，用戶時時在線、上下行帶寬對稱、帶寬需求增加使得網(wǎng)絡(luò)流量模型發(fā)生了變化，引起了網(wǎng)絡(luò)運營商的極大恐慌。P2P類應(yīng)用的流量已經(jīng)占據(jù)了40%～70%的網(wǎng)絡(luò)帶寬，嚴(yán)重影響了互聯(lián)網(wǎng)其他所有業(yè)務(wù)和應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。更可怕的是無論網(wǎng)絡(luò)運營商如何擴容，成倍增加的帶寬往往會在短短的兩周左右被占滿。帶寬似乎永遠不夠，任何的網(wǎng)絡(luò)擴容都失去了意義，嚴(yán)重的打擊了網(wǎng)絡(luò)運營商升級改造的積極性。另外，還有一些P2P應(yīng)用對于現(xiàn)有運營商的業(yè)務(wù)造成沖擊，如Skype電話對傳統(tǒng)語音電話市場的蠶食，使得運營商的利潤下滑，這些帶來了網(wǎng)絡(luò)運營商的更大的抱怨。

5、P2P對監(jiān)管帶來的挑戰(zhàn)

　　各國政府監(jiān)管的主要目的都是以保護消費者利益、維護公平的市場競爭、維護國家安全和社會穩(wěn)定為主要目標(biāo)。隨著P2P應(yīng)用的增多和用戶群的擴大，P2P應(yīng)用對消費者的利益和信息安全等都開始產(chǎn)生了重要的影響。

5.1　模糊了被監(jiān)管對象

　　電信業(yè)務(wù)的被監(jiān)管對象通常都是電信服務(wù)的提供者，因為他們通常處于強勢地位，主要監(jiān)管服務(wù)的資費、安全性和質(zhì)量等。而P2P去中心化和自組織的思想，徹底模糊了信息服務(wù)提供者和消費者的功能角色，使得每個P2P的參與者同時擔(dān)當(dāng)了信息服務(wù)提供者和信息消費者的角色。如果按照現(xiàn)行的電信業(yè)務(wù)分類和相關(guān)的監(jiān)管規(guī)定，每個P2P用戶都參與了信息服務(wù)的提供，因此需要受到監(jiān)管，而且這些P2P用戶都涉嫌“非法”提供信息服務(wù)業(yè)務(wù)（盡管是免費的）。反之也可以這樣解釋，每個P2P用戶提供的服務(wù)都是不完整的，不是傳統(tǒng)意義上信息服務(wù)提供者，大家都不“違法”。這在監(jiān)管方面就造成了一個很尷尬的局面，即要不大家都違法，要不大家都不違法。

5.2　業(yè)務(wù)形態(tài)的確定

　　全球的電信業(yè)監(jiān)管者通常根據(jù)業(yè)務(wù)的重要程度，對電信業(yè)務(wù)實施分類管理。傳統(tǒng)的分類方式基本上是以話音為中心，按照實現(xiàn)技術(shù)劃分（如VoIP和傳統(tǒng)TDM話音，移動或固定話音等）。雖然P2P技術(shù)還在發(fā)展變化中，但已經(jīng)模糊了話音業(yè)務(wù)的典型技術(shù)特征，也模糊了不同業(yè)務(wù)（如及時通信和話音）之間的典型技術(shù)特征，給業(yè)務(wù)分類帶來巨大的挑戰(zhàn)。另外，目前的P2P業(yè)務(wù)（如Skype VoIP），自組織性使其沒有任何服務(wù)質(zhì)量和安全方面的承諾的，直接挑戰(zhàn)了具體需要監(jiān)管的目標(biāo)。

5.3　基于P2P技術(shù)的通信工具使合法監(jiān)聽難以實施

　　傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)都具備合法監(jiān)聽的手段。為保障國家安全，通信網(wǎng)絡(luò)在保障個人通信自由和通信秘密的前提下，還需要設(shè)立合法監(jiān)聽的監(jiān)聽點�；赑2P技術(shù)的即時通信工具在業(yè)務(wù)層沒有一個集中的點來建立呼叫或者安排路由，是自組織的，因此不能基于業(yè)務(wù)控制設(shè)置合法監(jiān)聽點。當(dāng)然，也可以在P2P流量流經(jīng)的設(shè)備監(jiān)測，但數(shù)據(jù)量將非常龐大，一般很難進行實時的海量數(shù)據(jù)分析。

5.4　P2P使得垃圾信息和有害信息更容易傳播

　　目前典型的垃圾信息是電子郵件和短信都是基于客戶/服務(wù)器模式實現(xiàn)的，應(yīng)對的有效手段就是將大量發(fā)送垃圾郵件的服務(wù)器列入黑名單，通過舉報后封堵發(fā)送短信的終端或在短信網(wǎng)關(guān)實施合法的過濾。對于自組織的P2P應(yīng)用，上述手段都難以實施，因為P2P是端到端通信，自組織的，沒有服務(wù)器和終端的概念。P2P應(yīng)用將分布在世界范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)用戶直接聯(lián)系了起來，使得垃圾信息和有害信息的傳播更加迅速。目前，P2P類的DDoS攻擊已經(jīng)出現(xiàn)。

6、可管控的P2P

　　如果P2P網(wǎng)絡(luò)是可管理可控制的，則政府可以對其實施監(jiān)控，保證國家安全。如果P2P網(wǎng)絡(luò)是可管理可控制的，則可以成為一個可盈利的綜合信息服務(wù)平臺，基于此平臺內(nèi)容提供商可以發(fā)布自己的內(nèi)容和產(chǎn)品、用戶可以通過這一新的“門戶”快捷方便地獲得自己所需要的信息，從而支持良性產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的構(gòu)建。因此，目前P2P網(wǎng)絡(luò)的可管可控正逐漸受到業(yè)界的關(guān)注，研究重點可能集中在如下幾個方面：

　�。�1）研究如何通過合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和必要的管理方式來實現(xiàn)P2P網(wǎng)絡(luò)的可管可控，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)用戶和內(nèi)容的可管可控。

　�。�2）面對互聯(lián)網(wǎng)上P2P業(yè)務(wù)的監(jiān)控需求，通過分析各種典型的P2P應(yīng)用及其協(xié)議流程（如Gnulleta協(xié)議，Skype和BT的相關(guān)協(xié)議等）來研究P2P流量模式的識別與監(jiān)控方式。

　　P2P應(yīng)用在不斷的開推陳出新，個人開發(fā)P2P應(yīng)用的能力也在不斷提高，因此要實現(xiàn)對P2P業(yè)務(wù)的監(jiān)控，必須了解P2P流量的核心特征，建立有效的P2P流量模型，來應(yīng)對不斷發(fā)展變化的P2P業(yè)務(wù)。從目前來看，實現(xiàn)對P2P業(yè)務(wù)的監(jiān)控，是促使P2P應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)其他應(yīng)用和諧共存的可行途徑。

　　（3）研究P2P網(wǎng)絡(luò)平臺的標(biāo)準(zhǔn)化問題，即為各種P2P應(yīng)用建立統(tǒng)一的技術(shù)平臺，并對這一平臺的相關(guān)技術(shù)進行規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)化是未來規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。

　�。�4）確定哪些應(yīng)用場景適合采用P2P技術(shù)、如何把P2P技術(shù)融合到現(xiàn)有業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式中來。

　　P2P技術(shù)作為一種創(chuàng)新，也必須經(jīng)過創(chuàng)新孕育、創(chuàng)新萌芽、創(chuàng)新整合、創(chuàng)新應(yīng)用的必要環(huán)節(jié)，目前P2P技術(shù)正處于創(chuàng)新整合期，在這一時期P2P技術(shù)在影響現(xiàn)有技術(shù)體制、管理體系和市場環(huán)境的同時，也勢必在適應(yīng)這些外部環(huán)境的同時進行自身調(diào)整，通過與外部環(huán)境的碰撞與融合來尋找自己的定位，從而提高技術(shù)的先進性、成熟度、適用性�？梢灶A(yù)言，P2P技術(shù)在未來相當(dāng)長一段時期內(nèi)將是互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)持續(xù)發(fā)展的推動力和活力源泉。尤其是經(jīng)過了整合期以后的P2P技術(shù)，將在互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)中大規(guī)模應(yīng)用，從而對未來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)實現(xiàn)方式、商業(yè)盈利模式、用戶使用習(xí)慣、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管理念、社會信息交流方式產(chǎn)生巨大影響，我們也將迎來嶄新的后P2P時代。

泰爾網(wǎng)


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