Ｐ２Ｐ文件共享系統的實現分析

摘 要：系統Qt P2P file-sharing System (QPS)是利用Qt開發的P2P文件共享系統。QPS采用P2P中的混合模式，此模式結合了集中目錄式和純分布式兩者的優點，在實現上具有簡易性，在共享度上具有很強的擴展性。QPS的最大特點是加入了策略。這種策略能限制一些用戶只下載而不共享資源的行為。策略的引入是為了鼓勵用戶與其他人分享自己的資源，而不僅僅是索取。入策略的QPS不僅能比較有效的限制只下載不分享的行為，而且對系統的壽命也有相當程度的提高。

關鍵詞：文件共享；P2P；策略；Qt

中圖分類號：TP文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）10-0355-02

C/S式架構造就了一批著名的門戶網站，如雅虎，新浪等。這些網站容易受到黑客的親睞后果是服務崩潰。C/S式架構只有一個服務器或服務機群，服務器一旦崩潰，它提供的服務也將停止。而P2P式架構卻正好相反，它沒有服務器(相對C/S架構而言)或服務器是分布的，一個服務器崩潰了，其他的服務器照樣能提供服務。這種架構能有效的抵抗DDOS攻擊，它的安全性有很可靠的保障。另外，采用P2P式架構的網絡資源共享系統不但大大的減輕了單個服務器的負擔，而且也提高了很大的安全性。人們也可以通過這種架構建立自己的信息天地，與其他的人分享自己的資源。

1 系統設計實現的重點與難點

系統QPS在Linux上用Qt開發，系統設計原理和策略都并不復雜，但這不代表系統的實現也是簡單的。對于系統的整個實現來說，有三個地方是最重要的，也是比較難的。先介紹系統運行流程：

(1)Group-leader peer運行，并連接上其他的任意某個Group-leader peer；

(2)Ordinary peer連接（登陸）某個Group-leader peer，并把所資源表發送個Group-leader peer；

(3)Group-leader peer將已連接的其他PC的資源表發送給此ordinary peer；

(4)Ordinary peer瀏覽資源并選擇下載或則向Group-leader peer發送資源搜索請求；

(5)Group-leader peer將資源表中符合搜索的資源所在ordinary peer的IP發給請求ordinary peer，同時向其他以連接的Group-leader peer發送搜索請求，其他的Group-leader peer將資源IP反饋，收到反饋后再發送個搜索ordinary peer；

(6)Ordinary peer從獲得的資源表中選擇下載，即與另一個ordinary peer建立連接，下載完畢后斷開連接。

從上面的過程可以看出，系統共有三個通信鏈路，分別是：

(1)Group-leader peer與Group-leader peer之間的通信；

(2)ordinary peer與Group-leader peer之間的通信；

(3)ordinary peer與ordinary peer之間的通信。

三個通信鏈路上的信息都是不一樣的。因此，必須給三個通信鏈路都制定相應的通信協議。QPS不是多線程的，因此對每個通信套接字來說，都必須知道對方的套接字。這在實現上也存在一定的難度，這個是由開發工具而帶來的。最后一個難度是NAT穿透問題。為了解決不同局域網間的通信，這個問題的解決是必須的。由于開發硬件環境的限制，現版本的QPS本沒有考慮這個問題。也就是說，實現的版本是局域網內的。在此，需要指出的是，NAT的問題并沒有違背QPS的目的。首先，QPS只是當前的一個版本，以后可能會進一步完善；再者，在將來IPv6的推出就自然而然的解決了不同局域網內通信這一問題。

2 實現過程

針對上節的三個通信鏈路，必須要設計好三個通信協議。先看下QPS中需要傳輸的各種信息。如圖1：

通信鏈路上的信息表示的意義如下：

Download request：文件下載請求信息；

File data：文件數據；

Local share list：本地的共享信息列表，包括文件名，文件大小，下載次數等；

Share list：Group-leader peer上的共享信息列表；

Search message：文件搜索信息，包括文件名及搜索跳數；

Search result：返回的搜索結果，包括文件名和文件所在IP；

Other leader msg：其他leader peer上的信息，包括連接ordinary peer數目和文件數量等；

Local share msg：和other leader msg一樣。

（1） 數據結構定義。

為了實現以上三個通信協議，首先規定了一些數據結構，以區別不同的通信信息。個種數據結構如下：

#define FILEINFO 1//文件信息

#define SHAREINFO 2//共享列表信息

#define DOWNLOAD3//下載請求信息

#define SEARCH4//文件搜索信息

#define LEADERINFO 5//Group-leader peer信息

#define FILEDATA6//文件數據

#define MAX_SIZE (2048*10) //文件數據的大小

typedef struct

{

int type;//表示是何種信息，下同

ULONG size; //文件大小

ULONG downloadTimes; //文件下載次數

char name［100］; //文件名

}FileMsg; //文件信息結構體

typedef struct

{

int type;

ULONG size;//文件大小

ULONG downloadTimes;//文件下載次數

char ip［20］;//文件所在IP

char name［100］;//文件名

}ShareMsg; //共享信息列表結構體

typedef struct

{

int type;

ULONG size; //文件大小

ULONG seek;//文件數據塊在文件中的位置

char name［100］;//文件名

}DownloadMsg;//下載請求結構體

typedef struct

{

int type;

ULONG tips; //文件搜索跳數

char name［100］; //文件名

}SearchMsg; //文件搜索結構體

typedef struct

{

int type;

ULONG connectedNumber;//連接數量

ULONG fileNumber; //文件數目

char ip［20］;//Group-leader peer的IP

}LeaderMsg;//Group-leader peer信息結構體

typedef struct

{

int type;

ULONG seek;//文件數據塊在文件中的位置

ULONG bytes; //buff中的實際字節數

ULONG size; //文件大小

char name［100］;//文件名

char buff［MAX_SIZE］;//文件數據

}FileData;//文件數據結構體

（2）信息傳輸函數的聲明。

void uploadShareList(const FileMsg file);//upload local share list to leader

void download(const DownloadMsg msg);//download file data

void search(QString fileName， UINT tips);//search a file

void downShareList();//download other peers' share list from leader

void otherLeadersInfo();//get other leaders' info through the connected leader

void searchBack();//seach result back， read it

void uploadFile(int sock);//upload the file data that downloader requested

void receiveList(int sock);//receive peer's share list

void sendShareList(ComSocket* socket); //send share list to peer -> socket

void sendOtherLeaderInfo(ComSocket* socket);//send other leaders' info to peer

void sendLeaderInfo(ComSocket* socket);//send leader's info to some leader

void search(int sock);//received search request from peer

void remoteSearch(SearchMsg msg);//send search to logoned leader

void leaderSearch(int sock);//received leader's search request

void searchBack();// received search result from leader

以上函數是根據上面的數據結構而聲明的。每個函數都有一個對應的數據結構。這些函數是整個系統的核心。

設計了解決通信問題的數據結構和函數的聲明后，剩下需要做的便是具體編碼，將聲明的函數加以實現，最后測試其是否正確便真正意義上的解決了上面敘述的難點問題，也是核心問題。

（3）用戶接口。

QPS只給用戶提供了簡單的操作接口，但我相信這是足夠的。具體的用戶接口如下：

連接選擇：讓用戶選擇想要連接的Group-leader peer。

上傳數目設置：為了限制上傳量，保障用戶的系統資源(CPU，網絡帶寬等)。

搜索設置：讓用戶輸入文件名及搜索跳數。

下載選擇：雙擊文件名即可下載該文件。

共享目錄設置：讓用戶選擇想要共享的目錄

下載目錄設置：讓用戶選擇下載文件放置的路徑

除了上述用戶可以直接操作的接口外，還有些接口是用戶不可操作的。這些接口是用來顯示當前系統的運行情況。比如，下載顯示用來顯示當前正在下載的文件，包括下載速率，已下載文件的大小等；而下載完成列表顯示的則是系統自啟動以來下載的所有文件列表。對于許多的其他文件共享系統來說，它們都有豐富的接口，盡可能的讓用戶使用更簡便。QPS的設計和實現的主要目的是在原理和策略上挖掘網絡資源，使得網絡資源能夠盡可能的廣泛共享。因此，在界面上只做了基本的接口。

（4）配置文件。

為方便用戶的各項設置，QPS中也有許多的配置文件。這些配置文件在系統運行時會被自動的讀取，相應的變量會被賦值。用戶改變某個設置后，這項設置同樣會被寫入到配置文件中，并在下次運行時被讀取。這類配置文件典型的是下載目錄和共享目錄的設置。系統運行時，會找到當前共享目錄路徑，并獲取該目錄下文件信息。還有一類配置文件是可作為用戶輸入的文本文件。比如leaders.dat這個文件就是用來讓用戶輸入可以選擇連接的Group-leader peer IP的。記錄文件被下載次數的配置文件對用戶來說是不可更改的，這是為了防止用戶惡意修改此文件以獲得totalValue，達到少共享文件就可以下載大量文件的目的。

文件共享系統QPS是在上面敘述的四點上一步一步加以實現的，其中也有考慮不全的地方，反反復復經過了幾次修改。在提供基本功能上，工作重點都放在協議的實現上。由于Qt開發平臺沒有對網絡程序提供豐富的接口，許多的接口不得不自己一步一步實現并測試正確性。在這點上，對QPS的實現確實用相當大的影響。當然，這帶來的好處是二次開發比較簡便，因為上層的接口都是已經實現了的，正確性很高。

參考文獻

［1］陸正中，馬進德，石正貴等.JBuilder 9軟件開發項目實踐［M］.北京：清華大學出版社，2005：240-261.［2］James F.Kurose，Keith W.Ross。計算機網絡——自頂向下方法與Internet特色［M］.北京：高等教育出版社，2005：136-145.

［3］Robert Flenner等，Java P2P技術內幕［M］. 北京：電子工業出版社，2003：200-235.

［4］許斌. JXTA——Java P2P網絡編程技術［M］. 北京：清華大學出版社，2003：1-256.

［5］Oaks，Traversat，Gong. JXTA技術手冊［M］. 北京：清華大學出版社，2004：23-78.