基于P2P技術的高校校園網絡應用及管理研究

摘要:計算機對等網(Peer-to-Peer networking，P2P)技術是目前流行于網絡技術研究領域的一個熱點。該文從P2P技術的基本原理入手，圍繞P2P技術的結構模式及其特點進行了分析，并針對高校校園網絡的特點，對p2p技術在高校校園網絡中的應用及其管理進行探討與研究。

關鍵詞:P2P技術，P2P結構模式，高校校園網絡

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)33-9237-02

Research on University Campus network Application and Management Based on P2P

ZHU Ming-xiang

(Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing 211171， China)

Abstract: The Peer-to-Peer (P2P) technology has become one of the most concerns in current network technology. The paper begins with an analysis of basic principle of P2P technology， after which its structures and features， according to the features of the university campus network， the applications and management of the P2P technology in university campus network are discussed.

Key words: P2P technology; structures of p2p; university campus network

隨著教育信息化和網絡化的普及應用，校園網絡已成了高等學校的重要交流平臺。作為高校管理工作的平臺，學校的教務管理、學生信息管理、辦公自動化、固定資產管理、人事管理等系統都運行在校園網上。同時，作為服務平臺，校園網還為廣大師生提供文件共享、視頻點播、信息檢索等服務。

對于高校動輒成千上萬的用戶規模而言，基于傳統的C/S模式的校園網絡已不能適應廣大師生的應用要求。而P2P(對等網絡)作為一種新興技術，因能充分利用網絡資源和網絡帶寬等諸多優點而受到廣泛關注[1]。P2P被美國《財富》雜志稱為是改變因特網發展的四大新技術之一。由于其良好的擴展性、健壯性和高性能以及低成本要求這些優勢，自1999年以來，國內外學術界和商業組織十分關注P2P的研究，并針對不同問題，不斷提出新的解決思想，創建出新的應用。P2P技術是對互聯網上所有可以共享的資源的應用，對研究和建立基于P2P技術的高校校園網絡具有重要意義和實用價值。

1 p2p技術概述

1.1 p2p技術原理及特點

什么是對等網絡(P2P)技術?P2P技術屬于覆蓋層網絡(Overlay Network)的范疇，是相對于客戶機/服務器(C/S)模式來說的一種網絡信息交換方式[2]。在C/S模式中，數據的分發采用專門的服務器，多個客戶端都從此服務器獲取數據。這種模式的優點是:數據的一致性容易控制，系統也容易管理。但是此種模式的缺點是:因為服務器的個數只有一個(即便有多個也非常有限)，系統容易出現單一失效點;單一服務器面對眾多的客戶端，由于服務器硬件及網絡帶寬的限制，可供同時服務的客戶端非常有限，可擴展性較差。而P2P技術正是為了解決這些問題而提出來的一種對等網絡結構，在P2P網絡中，網絡中的資源和服務分散在所有節點上，信息的傳輸和服務的實現都直接在節點之間進行，可以無需中間環節和服務器的介入，客戶端實現了直接通訊。這樣，龐大的終端資源被利用起來，降低了部署成本以及復雜性，從而一舉解決了C/S模式中的兩個弊端。

1.2 p2p的結構模式

P2P模式的主要結構形式有三種:集中式P2P、分布式P2P和混合式P2P[3]，現簡述如下:

1) 集中式P2P模式有一個中心服務器來負責記錄共享信息以及回答對這些信息的查詢。每一個對等實體對它將要共享的信息以及進行的通信負責，根據需要下載它所需要的其它對等實體上的信息。

2) 分布式P2P模式是一種純P2P模式。這種形式不需要有中心服務器和中心路由器，其中的每一個Peer都作為對等實體，地位是完全平等的。每一個Peer既可以作為客戶機又可以作為服務器，并且它們與相鄰的Peer有相同的能力。

3) 混合P2P模式結合了集中式和分布式P2P形式的優點，在設計思想和處理能力上都得到了近一步優化。

2 基于p2p的高校校園網絡應用

目前，高校校園網絡中主要有以下幾種常見的p2p應用:

2.1 文件共享

在高校校園網絡中，應用P2P 技術可以使校內的任意兩臺 PC 機直接相互共享文本、音樂、影視或多媒體等文件;網上計算機之間可以直接進行交互，不需要使用任何一臺中央服務器。在傳統的Web方式中，要實現文件交換需要將文件上傳到特定網站，用戶再到網站上搜索需要的文件，然后進行下載，這對用戶而言非常不方便。在P2P 網絡中，用戶通過不同的查詢機制定位含有所需資源的其他PC 機后，可以直接與其建立連接并下載所需文件。

2.2 流媒體直播與點播

曾經人們以為P2P做文件共享最合適，但現在大家發現P2P模式是如此適合于流媒體應用。在流媒體領域，P2P技術也由于其對等傳輸的特性被廣為看好。

P2P流媒體技術主要應用于視頻直播和視頻點播兩種數據傳輸方式，兩者之間最大區別在于對等節點之間的數據共享模式，視頻直播用戶在下載流媒體文件的同時進行數據的播放，它將下載到的流媒體數據直接放入系統內存中并不對下載的流媒體數據進行保存，這樣客戶端下載的數據信息并不是存放在硬盤上而是在內存中。而視頻點播正好相反，它首先采用一定的文件調度策略將所有的流媒體文件下載到系統硬盤上，當文件下載完畢后再進行播放。由于P2P流媒體的保證，網絡視頻直播、點播以高清晰的畫面，高音質音頻和流暢的播放速度給傳統互聯網用戶帶來“聲色兼備”的強大沖擊。

華中科技大學集群與網格計算湖北省重點實驗室是中國最早研究P2P流媒體直播的小組之一，它所研發的AnySee軟件期望能夠使得用戶在網上任何時候任何地點都能觀看多媒體直播節目。目前成功推出P2P流媒體點播的機構還不多，典型的有GridCast系統、PPStream點播系統。GridCast也是一款由華中科技大學集群與網格計算湖北省重點實驗室于2005年12月份成功研發并投入使用的對等視頻點播系統，具有支持多人共享點播片段、跟蹤(Tracker)服務器用戶引導、環狀結構內容組織等特點。

2.3 分布式科學計算

Intel將P2P計算定義為“通過系統間的直接交換所達成的計算機資源與信息的共享”，這些資源與服務包括信息交換、處理器時鐘、緩存和磁盤空間等。

P2P計算允許用戶使用網絡中集中的處理能力，它可以幫助相關組織進行以前不可能進行的繁重計算工作，譬如利用P2P技術的特性，將計算任務劃分到數十萬甚至數百萬臺個人計算機上，用來破解蛋白質或是DNA密碼。P2P計算正在得到業內一致的看好，它成功地將許多有趣的分布計算技術重新拉回到人們視線當中[4]?？傊?，對于任何一個高校校園網絡的廣大師生來說，P2P計算的好處是擁有更低的成本和更快的處理速度。

2.4 信息檢索

基于P2P的校園網絡搜索引擎使信息檢索更具有針對性，搜索更新周期縮短，并且引入了P2P資源共享技術，充分利用以大規模分布形式存在的信息，彌補傳統搜索引擎無力深度挖掘信息的弱點。P2P網絡的分散性使得基于P2P的信息檢索可以挖掘到終端設備上動態存儲的海量信息，從而改變了傳統搜索引擎只能檢索網站上靜態頁面的現狀。

3 基于p2p的高校校園網絡應用所帶來的問題

盡管P2P在高校校園網絡應用中有眾多技術優勢，但P2P在具體應用所帶來的問題也不容忽視，而這些問題恰恰是其技術優勢所帶來的。目前，各種P2P應用對校園網的負面影響具體表現在如下幾個方面:

1) 吞噬網絡帶寬。日趨增多的P2P應用，給公用出口帶寬的高校校園網絡帶來很大壓力，部分P2P軟件無節制地占用出口資源造成了校園網出口長期處于擁塞狀態，致使學校在出口帶寬資金上的投入并沒有真正用到實處，重要的網絡應用沒有得到有效的保證。網絡流量突然增大也對校園網常用的內部系統，如辦公自動化系統、網絡輔助教學系統、視頻點播系統等造成了一定影響。當人數越來越多時，這些問題會愈加嚴重，防火墻、認證網關、出口路由器等硬件設備的壓力也越來越大。有些設備雖然是千兆設備，但Session卻有限，有些設備則根本承受不了流量過大而導致崩潰[5]。

2) 安全性差。隨著計算機網絡應用的深入發展，計算機病毒對信息安全的威脅日益增加。P2P環境下方便的共享和快速的選路機制，為某些網絡病毒提供了更好的入侵機會，這將極大地威脅P2P網絡的安全。有人利用現有的P2P系統的漏洞，攻入到校園網用戶個人計算機中，竊取重要的機密信息，甚至進行破壞，給校園網用戶造成難以估量的損失。

3) 侵犯知識產權。就P2P本質而言，它提供給用戶的是一個無限制的空間。在P2P網絡中的所有行為都屬于用戶的個人行為。用戶可以隨意交換他們認為有價值的文件資源，因而大多數P2P服務都將不可避免地和知識產權發生沖突。例如:著名網站Napster就因為提供免費mp3文件交換而被美國唱片行業協會告上了法庭。

4 基于P2P的高校校園網絡應用管理對策

P2P技術給校園網絡安全和流量控制管理帶來許多迫切解決的問題，目前主要有以下幾種常見的解決方法:

1) 封堵出口的P2P應用端口或網站，對于出口，只開放常用端口，如80(http)，21(ftp)，25(smtp)，110(pop3)等。對于校園內部的P2P的應用，在對網絡流量進行監控的情況下，允許P2P技術在不影響校內內部系統正常運作的前提下應用。

2) 通過流量控制工具對客戶端進行身份認證，同時使用計費軟件進行流量計時、流量計費，從而限制網速，最終在校園網絡中推行儲值卡按時長或按流量計費。

3) 通過對客戶端IP或賬號的Session的值可以避免網絡中的異常流量傳輸，病毒惡意傳播，控制客戶端的Session和數據包。[6]

4) 實行實名制訪問紀錄。高校校園網絡面對的是入學新生和畢業生每年的更替，根據國家相關政策規定，寬帶運營商必需保留3個月的用戶訪問紀錄，這會給運營商帶來繁重的用戶資料變更、數據獲得和保存的工作，運營商通過和學校之間的緊密配合，讓學校來配合完成這些工作，能達到更好的效果。

對于侵犯版權、非法信息傳遞等問題，目前沒有什么好的解決辦法，只能通過規章制度、立法等非技術手段進行控制。要實現比較堅實的P2P安全體系，需要許多安全技術的配合才能得以實現，不是簡單的一兩種技術就可以完成的。應該看到，安全問題對于P2P技術的發展至關重要，可以說關系P2P的成敗。在這樣一個日益注重網絡安全的時代，如何從技術的角度實現“可信賴計算機”，以及如何從管理運行角度實現安全的、可管理的P2P是擺在所有P2P研究人員面前的一個頭等大事[6]。

5 結論

高校作為我國教學科研的重要組成部分，P2P技術為高校校園網絡帶來了革命性的改進，如何減少P2P給高校校園網產生的負面影響，充分發揮P2P在高校校園網絡中的技術優勢，是一個繼續值得研究的課題?？梢灶A見，P2P所帶來的技術創新和應用創新在高校校園網絡中的應用研究還將繼續。

參考文獻:

[1] P2P Working Group Home Page[EB/OL].http://www.peer-to-peerwg.org，2002.

[2] 金海，廖小飛.P2P技術原理及應用[J].中興通訊技術，2007，13(6):1-5.

[3] 王丹， 魏紅. P2P模式的系統結構研究[J]. 沈陽航空工業學院學報，2003， 20(2):35-37.

[4] 劍鳴.是是非非P2P [N].計算機世界，2007-08-13.

[5] 汪軍， 豐洪才. 高校校園網帶寬優化管理的實踐與探討[J].計算機安全，2008，6:78-80.

[6] 劉有泉. P2P原理及其在高校的應用管理[J].情報探索，2006，11(69-70).