P2P關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

摘 要:全面綜述了P2P技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析了各類P2P網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了P2P系統(tǒng)中的覆蓋網(wǎng)絡(luò)、消息路由、資源搜索、自組織與容錯(cuò)性、信任模型、激勵(lì)機(jī)制、安全問題等關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀，分類列舉了不同應(yīng)用方面的開發(fā)模型。最后指出了需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞:對(duì)等模式; 覆蓋網(wǎng)絡(luò); 自組織與容錯(cuò)性; 資源搜索; 信任模型; 激勵(lì)機(jī)制

中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1001-3695(2010)03-0801-05

doi:10.3969/j.issn.1001-3695.2010.03.001

Survey on peer-to-peer key technologies

WANG Xue-long1，2， ZHANG Jing1

(1.School of Computer Science Engineering， Xi’an University of Technology， Xi’an 710048， China; 2. School of Computer Science， Xi’an Shiyou University， Xi’an 710065， China)

Abstract:This paper totally summaried the up-to-date research advances on P2P technologies. Firstly， it analysed their advantages and disadvantages of the three P2P network. Secondly mainly introduced the current research status about the overlay network， message routing researching， self-organization， fault-tolerant， trust model， incentive mechanism and safety model of P2P key technologies， and then cited some P2P system models. Finally， summarized and pointed out some content of future research.

Key words:peer-to-peer model; overlay network; self-organization and fault-tolerant; resource searching; trust model; incentive mechanism

P2P(peer-to-peer)是指由硬件形成網(wǎng)絡(luò)連接后的信息控制技術(shù)，是一種強(qiáng)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間邏輯對(duì)等的新型計(jì)算模式。目前，業(yè)界有很多關(guān)于P2P的定義，典型定義有:

a)P2P工作組。P2P是通過系統(tǒng)間直接交換來共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)。

b)Intel工作組。P2P是通過在系統(tǒng)之間直接交換來共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)的一種應(yīng)用模式。

c)IBM。P2P是由若干互連協(xié)作的計(jì)算機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，且至少具有如下特征之一:系統(tǒng)依存于邊緣化(非中央式服務(wù)器)設(shè)備的主動(dòng)協(xié)作，每個(gè)成員直接從其他成員而不是從服務(wù)器的參與中受益;系統(tǒng)中成員同時(shí)扮演服務(wù)器與客戶端的角色;系統(tǒng)應(yīng)用的用戶能夠意識(shí)到彼此的存在，構(gòu)成一個(gè)虛擬或?qū)嶋H的群體。

d)HP。P2P是一類采取分布式方式利用分布式資源完成關(guān)鍵功能的系統(tǒng)。這里分布式資源包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)帶寬以及各種存在的可用資源。關(guān)鍵功能可以是分布式計(jì)算、數(shù)據(jù)內(nèi)容共享、通信與協(xié)作或平臺(tái)服務(wù)。

P2P的主要特點(diǎn)包括:a)去中心化，沒有或弱化了集中控制概念;b)對(duì)等性，邏輯上各節(jié)點(diǎn)在功能上對(duì)等;c)自組織性，各節(jié)點(diǎn)以自組織的方式互連成一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，能夠適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化;d)資源共享，相互連接的各節(jié)點(diǎn)以資源共享為目的[1]。

1 P2P網(wǎng)絡(luò)的分類

對(duì)等網(wǎng)絡(luò)(peer-to-peer network，P2P網(wǎng)絡(luò))是對(duì)等模式應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前已有很多分類標(biāo)準(zhǔn)，如文獻(xiàn)[2]給出對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的五種分類方法。當(dāng)前，采用較多的分類方法是按對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)將其分為三大類:a)混合式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是含有中心索引服務(wù)器，記錄內(nèi)容的索引和節(jié)點(diǎn)的必要信息，輔助節(jié)點(diǎn)之間建立連接，而內(nèi)容本身存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)中，內(nèi)容的傳遞只在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行。典型的協(xié)議有Napster、Bt等。b)無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侨我獾模瑑?nèi)容的存儲(chǔ)位置與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o關(guān);對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間通過客戶端軟件搜索網(wǎng)絡(luò)中存在的對(duì)等節(jié)點(diǎn)，并直接交換信息。典型的協(xié)議有Gnutella、Freenet、FastTrack、KaZaA等。c)結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是基于分布式哈希表，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有嚴(yán)格規(guī)律，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都隨機(jī)生成一個(gè)標(biāo)志(ID)，內(nèi)容的存儲(chǔ)位置與節(jié)點(diǎn)標(biāo)志之間存在著映射關(guān)系。著名協(xié)議包括Chord、Pastry、CAN、Tapestry等，其中基于Chord和Pastry開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)較多。

以上三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各有利弊。混合結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單高效的查詢機(jī)制和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)橹行姆?wù)器容易造成系統(tǒng)瓶頸問題使其可擴(kuò)展性差;無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔和分布式管理等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)椴樵冎胁捎煤榉簷C(jī)制容易造成通信負(fù)擔(dān)過大問題，可擴(kuò)展性仍然較差并且查詢結(jié)構(gòu)不確定;結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜且難實(shí)現(xiàn)模糊查詢，但其嚴(yán)格的覆蓋網(wǎng)結(jié)構(gòu)和良好的可擴(kuò)展性，使其成為多年來的研究熱點(diǎn)。

P2P已經(jīng)在多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中應(yīng)用，典型的有文件共享系統(tǒng)、分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)、P2P多媒體傳輸系統(tǒng)等。其中，文件共享與存儲(chǔ)應(yīng)用是P2P目前最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 P2P關(guān)鍵技術(shù)及其研究現(xiàn)狀

P2P系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括覆蓋網(wǎng)絡(luò)、消息路由與定位、資源搜索、系統(tǒng)的自適應(yīng)和容錯(cuò)性以及它的激勵(lì)機(jī)制、信任模型和安全問題等。隨著P2P技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，其研究熱點(diǎn)集中在路由效率、信譽(yù)機(jī)制和安全監(jiān)控等方面。

2.1 覆蓋網(wǎng)絡(luò)

覆蓋網(wǎng)絡(luò)是搭建在物理網(wǎng)絡(luò)之上的邏輯網(wǎng)絡(luò)，提供資源發(fā)現(xiàn)與定位服務(wù)。覆蓋網(wǎng)的優(yōu)劣直接影響查詢效率。針對(duì)P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在三方面:a)結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中覆蓋網(wǎng)絡(luò)與物理網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟庾R(shí)和一致性問題;b)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的路由與定位效率問題;c)P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)分割問題。

1)覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一致性問題

混合結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)基本采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，服務(wù)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，因此針對(duì)拓?fù)鋯栴}研究較少。無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)沒有固定、嚴(yán)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一個(gè)隨機(jī)生成、松散的組織。聚類方法是目前研究該類拓?fù)鋯栴}最多的方法[3]。結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)以DHT為基礎(chǔ)構(gòu)建覆蓋網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)映射到一個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，所以普遍存在邏輯覆蓋網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)不匹配現(xiàn)象，即拓?fù)洳灰恢聠栴}。在拓?fù)洳黄ヅ涞母采w網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)資源定位必然會(huì)影響查詢響應(yīng)時(shí)間。針對(duì)該問題主要采用以下兩種思路改善:a)從底層物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫婵紤]，該方法實(shí)現(xiàn)時(shí)一般包括兩個(gè)過程:首先搜集鄰近信息，然后利用鄰近信息構(gòu)造覆蓋網(wǎng)。主要的搜集信息的方式有:基于IP地址結(jié)構(gòu)分析法和基于節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)延分析法兩種，前者利用IP地址處于同一網(wǎng)段的節(jié)點(diǎn)在物理上相近的思想，后者基于節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)延越短則節(jié)點(diǎn)物理位置越近的思想。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于TTL洪泛收集鄰居信息然后構(gòu)建覆蓋網(wǎng)絡(luò)的位置相關(guān)拓?fù)淦ヅ渌惴ǎ摲椒ǖ娜毕菔菍⒀訒r(shí)和物理距離等同;文獻(xiàn)[5]提出了一種基于重復(fù)鏈路檢測(cè)的拓?fù)洳灰恢陆鉀Q方法，該方法基于實(shí)際Internet網(wǎng)絡(luò)，通過降低覆蓋網(wǎng)絡(luò)路由導(dǎo)致的實(shí)際物理鏈路的重復(fù)使用，達(dá)到解決拓?fù)淦ヅ鋯栴}目的。b)從應(yīng)用層覆蓋網(wǎng)考慮。文獻(xiàn)[6]中提出了一種在保證DHT有效的前提下，交換兩個(gè)peer的nodeID的方法。其基本思想是首先每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地探測(cè)一個(gè)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，分別計(jì)算交換前后節(jié)點(diǎn)間的全部延時(shí)信息;然后比較判斷，若交換前總延時(shí)大于等于交換后總延時(shí)，則交換節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，否則不交換。該方法對(duì)被交換節(jié)點(diǎn)所含內(nèi)容交換問題缺乏研究。

2)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的路由與定位效率問題

P2P系統(tǒng)中，覆蓋網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由表結(jié)構(gòu)兩個(gè)因素決定了路由和定位的方式。由于混合式對(duì)等網(wǎng)絡(luò)依靠中心服務(wù)器工作，路由簡(jiǎn)單，研究重點(diǎn)是無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)路由和結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)路由。無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通常采用洪泛法、擴(kuò)展環(huán)、隨機(jī)走和超節(jié)點(diǎn)路由等路由方法，并通過TTL來限制各種方法的半徑。結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的路由與覆蓋網(wǎng)拓?fù)湎嚓P(guān)，不同的拓?fù)溆胁煌姆椒ǎ鏑hord采用數(shù)據(jù)鄰近路由、Pastry采用逐位匹配路由、CAN采用位置鄰近路由等。文獻(xiàn)[7]基于經(jīng)典Chord進(jìn)行改進(jìn)，提出一個(gè)增強(qiáng)雙向Chord環(huán)結(jié)構(gòu)，在順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向都保留指針表并采用啟發(fā)式方法尋找下一跳，提高路由與定位效率。

3)P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)分割問題

無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)覆蓋網(wǎng)分割問題，其中結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)更易被攻擊而分割。目前的分割解決方法有:主動(dòng)避免或周期性檢測(cè)法，即預(yù)防和避免覆蓋網(wǎng)絡(luò)分割發(fā)生;被動(dòng)恢復(fù)或事件驅(qū)動(dòng)法，即發(fā)生分割后修復(fù)使網(wǎng)絡(luò)連通。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了一種有效檢測(cè)和修復(fù)環(huán)狀結(jié)構(gòu)化覆蓋網(wǎng)分割的方法;文獻(xiàn)[9]基于有向圖理論，提出了利用分點(diǎn)的概念來描述無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)鍵點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單、有效的分點(diǎn)檢測(cè)和避免方法。

2.2 資源搜索方法

混合結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)采用集中目錄模型搜索方法，查詢需要O(1)步;無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)一般采用洪泛請(qǐng)求模型搜索方法，查找需要O(N)步(N為節(jié)點(diǎn)數(shù));結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)采用文件路由模型搜索方法，查找需要O(log N)步。近年來，該方面研究集中在無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中洪泛法的查詢效率優(yōu)化和結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中模糊查詢的實(shí)現(xiàn)等方面。

無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的洪泛式資源搜索法存在兩個(gè)問題，即網(wǎng)絡(luò)流量大、搜索效率低和容易造成查詢局部性，以至于無法找到存在的資源。已提出以下改進(jìn)方法:a)擴(kuò)展環(huán)搜索法[10]，即TTL設(shè)置為一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)。因事先無法知道數(shù)據(jù)離查詢者到底有多遠(yuǎn)，查詢者先以一個(gè)小的TTL值作洪泛查詢，若查詢成功則結(jié)束，否則增加TTL值再作洪泛查詢，使搜索范圍形成一個(gè)逐漸變大的圓環(huán)。b)超級(jí)節(jié)點(diǎn)搜索法[11]，即將覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞謱印Ｐ阅芨叩墓?jié)點(diǎn)形成超節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層，其他節(jié)點(diǎn)作為某個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)的普通節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)利用某超級(jí)節(jié)點(diǎn)代理進(jìn)行資源查詢，而超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間采用洪泛法。c)隨機(jī)走搜索法[12]。該方法的思想是:節(jié)點(diǎn)收到查詢消息時(shí)隨機(jī)選擇一個(gè)或若干個(gè)鄰居點(diǎn)發(fā)送該消息，直到數(shù)據(jù)找到為止或TTL為0。它的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)開銷比洪泛法小，TTL可設(shè)置得很大。基于該方法的改進(jìn)方法是帶檢測(cè)的隨機(jī)走方法[13]，使用該方法可改善系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。d)基于興趣域的搜索法。其主要思想是每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照各自感興趣的文檔不同被劃分在不同的興趣域中，搜索請(qǐng)求將首先在發(fā)起節(jié)點(diǎn)所屬的興趣域中進(jìn)行傳播。興趣域是指擁有相同元數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的集合。文獻(xiàn)[14]中提出了一個(gè)基于用戶共同興趣的搜索方法，將洪泛法和DHT全局索引相結(jié)合的查詢機(jī)制，提高了查詢的效率。文獻(xiàn)[15]中提出基于興趣的超級(jí)節(jié)點(diǎn)算法構(gòu)建有共同興趣的組或社區(qū)，然后在組或社區(qū)中提高搜索效率的方法。e)提示性搜索法[16]。其主要思想是首先各資源共享節(jié)點(diǎn)發(fā)布共享信息，并在網(wǎng)絡(luò)中傳播和維護(hù)，然后路由信息時(shí)盡量選擇可能包含相關(guān)內(nèi)容的節(jié)點(diǎn)作為下一跳。文獻(xiàn)[17]對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出用Bloom Filter[18]技術(shù)表示共享資源，降低了共享信息的維護(hù)開銷;但是該方法對(duì)共享資源的傳播和維護(hù)只能在一個(gè)相對(duì)較小的范圍內(nèi)進(jìn)行。文獻(xiàn)[19]對(duì)文獻(xiàn)[17]進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于分布式丟棄Bloom Filter技術(shù)的概率搜索小組算法，提高了搜索的效率。此外，文獻(xiàn)[20]提出了利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立推理模型，采用概率并根據(jù)歷史信息進(jìn)行推理，將搜索導(dǎo)向到目標(biāo)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)的搜索算法。

結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的資源搜索問題的研究主要集中在結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中復(fù)合查詢和結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的語義搜索兩方面的研究。a)復(fù)合查詢的實(shí)現(xiàn)主要從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式方面考慮，如建立多關(guān)鍵字索引[18]和前追散列樹[21]等。文獻(xiàn)[21]中介紹的前綴散列樹是一個(gè)構(gòu)建在DHT值上的中間件，它封裝了DHT，將數(shù)據(jù)對(duì)象按照二進(jìn)制形式的關(guān)鍵碼組織成一棵前綴樹，對(duì)上層應(yīng)用提供模糊查詢接口，實(shí)現(xiàn)一定程度上的模糊查詢。文獻(xiàn)[22]提出了一種支持多維數(shù)據(jù)范圍查詢的對(duì)等計(jì)算索引框架，利用VBI-tree層次化樹結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中多維數(shù)據(jù)范圍查詢的索引結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到P2P環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了分布式環(huán)境下的多維數(shù)據(jù)范圍查詢處理。b)語義搜索是基于內(nèi)容的全文本搜索，查詢以自然語言形式表示。早期文獻(xiàn)[23]中使用向量空間模型和潛在語義索引等新興的信息檢索算法解決語義搜索問題。文獻(xiàn)[24]將目前對(duì)等網(wǎng)絡(luò)語義檢索方面的研究劃分為:利用興趣局部性提高檢索性能;利用用戶的興趣分組提高檢索性能;在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中部署本體。同時(shí)文獻(xiàn)[24]還提出了一種基于用戶行為的語義檢索方案。方案首先構(gòu)建了一個(gè)輔助搜索的元數(shù)據(jù)空間，然后利用用戶的搜索行為和下載行為的規(guī)律自動(dòng)發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵字和資源間的深層關(guān)系，實(shí)現(xiàn)語義搜索。

2.3 自適應(yīng)問題

對(duì)等網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性。動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)在不斷地有新節(jié)點(diǎn)加入、舊節(jié)點(diǎn)離開、節(jié)點(diǎn)失效等情況發(fā)生。自適應(yīng)問題研究對(duì)等網(wǎng)絡(luò)如何處理并修復(fù)各種動(dòng)態(tài)性情況，特別是節(jié)點(diǎn)失效問題的處理，從而確保其正常運(yùn)行。例如文獻(xiàn)[6，7]分別針對(duì)特定對(duì)等網(wǎng)絡(luò)探討了其自適應(yīng)性問題。

三類覆蓋網(wǎng)絡(luò)處理自適應(yīng)問題不同。混合對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)加入、離開、失效的處理都由中心服務(wù)器來完成。中心服務(wù)器周期性檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)的異常情況進(jìn)行處理，自適應(yīng)過程簡(jiǎn)單。無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于單層的無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)的加入是通過一個(gè)眾所周知的節(jié)點(diǎn)完成，節(jié)點(diǎn)的離開和失效問題通過周期性探測(cè)消息反饋的信息來處理，自適應(yīng)開銷主要取決于探測(cè)消息的周期及相應(yīng)路由表的維護(hù);對(duì)于考慮超級(jí)節(jié)點(diǎn)的雙層無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的加入、離開和失效通過超級(jí)節(jié)點(diǎn)完成，該網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)是通過節(jié)點(diǎn)間頻繁交換節(jié)點(diǎn)列表來完成。結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)問題比較復(fù)雜，針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的處理方法，并各有獨(dú)特之處。概括來說，節(jié)點(diǎn)加入時(shí)首先利用一個(gè)眾所周知的節(jié)點(diǎn)作為入口點(diǎn)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)收集自己的路由表信息，并維護(hù)其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)路由信息。節(jié)點(diǎn)離開時(shí)首先移交自身保存的數(shù)據(jù)對(duì)象，然后通知其他相關(guān)節(jié)點(diǎn)修改各自的路由表信息。節(jié)點(diǎn)失效問題處理方法一般采用周期性檢測(cè)法，若有失效情況再作處理。節(jié)點(diǎn)失效問題是自適應(yīng)中的難點(diǎn)問題，有關(guān)該問題的研究及進(jìn)展在下節(jié)中描述。

2.4 容錯(cuò)性問題

容錯(cuò)性是指對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)的避免方法或補(bǔ)救措施，其包含的內(nèi)容有節(jié)點(diǎn)失效問題、節(jié)點(diǎn)引發(fā)的熱點(diǎn)問題、安全問題、信譽(yù)問題等。

節(jié)點(diǎn)失效使節(jié)點(diǎn)狀態(tài)或系統(tǒng)保存的數(shù)據(jù)對(duì)象變得與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)不一致，從而影響網(wǎng)絡(luò)工作的效率和正確性。目前解決該問題的方式有冗余法和周期性檢測(cè)法。冗余法包括硬件冗余和軟件冗余。硬件冗余采用多臺(tái)服務(wù)器集群策略，費(fèi)用昂貴;軟件冗余是研究熱點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)對(duì)象的復(fù)制、緩存、分片等方法，重點(diǎn)研究如何確定副本數(shù)量和放置位置。冗余編碼方法[25]是一種常見分片技術(shù)。文獻(xiàn)[26]提出了每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己建立的P2P存儲(chǔ)系統(tǒng)的模型計(jì)算所需副本的數(shù)量和放置的位置的方法;文獻(xiàn)[27]提出根據(jù)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的歷史行為推算當(dāng)前階段合適的冗余策略;文獻(xiàn)[28]提出了一種結(jié)合用戶下載行為來衡量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與共享系統(tǒng)中的冗余機(jī)制，但該機(jī)制的維護(hù)帶寬占用率比較高，影響系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。除了以上具體的冗余算法外，不同的副本維護(hù)策略也是研究的熱點(diǎn)。目前副本的一致性維護(hù)策略主要有三種，即被動(dòng)復(fù)制策略、主動(dòng)復(fù)制策略和基于生命期(TTL)的一致性策略。被動(dòng)復(fù)制策略是一種副本驅(qū)動(dòng)策略;主動(dòng)復(fù)制策略即當(dāng)數(shù)據(jù)對(duì)象被修改時(shí)，擁有者向其他副本發(fā)出驗(yàn)證信息或更新副本以提高數(shù)據(jù)可用性。文獻(xiàn)[29]提出了一種利用洪泛法傳播更新副本的主動(dòng)復(fù)制方法，同時(shí)也提出了一種通過選舉產(chǎn)生檢測(cè)一致性的被動(dòng)復(fù)制方法，但該方法容易形成熱點(diǎn)問題。基于生命期的副本一致性維護(hù)基本思想是給每個(gè)副本賦予一個(gè)生命期，在生命期內(nèi)有效并可用，生命期結(jié)束后副本無效。文獻(xiàn)[30]針對(duì)無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中基于生命期一致性維護(hù)問題提出了一個(gè)分析模型。

P2P系統(tǒng)中，緩存是解決熱點(diǎn)問題的常用方法。結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中解決對(duì)象索引的熱點(diǎn)問題一般采用路徑緩存(即將對(duì)象索引信息緩存到定位路徑上);解決對(duì)象本身的熱點(diǎn)問題處理方法是將數(shù)據(jù)對(duì)象保存復(fù)制到節(jié)點(diǎn)標(biāo)記鄰近的節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)告知請(qǐng)求在鄰居節(jié)點(diǎn)可獲得副本。無結(jié)構(gòu)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中解決的方法是將數(shù)據(jù)對(duì)象復(fù)制或緩存到鄰居節(jié)點(diǎn)。另外，文獻(xiàn)[31]提出了一種根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的利用率和處理能力動(dòng)態(tài)調(diào)整入連接個(gè)數(shù)，并判斷查詢負(fù)載在鄰近節(jié)點(diǎn)之間的分配是否公平來消除熱點(diǎn)問題的方法。入連接是指如果節(jié)點(diǎn)N出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)M的路由表中，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)N有一條從M而來的入連接。文獻(xiàn)[32]中針對(duì)熱點(diǎn)問題提出了一個(gè)使用流分發(fā)策略和兼顧激勵(lì)的博弈論方法。

2.5 激勵(lì)機(jī)制

P2P網(wǎng)絡(luò)中的激勵(lì)機(jī)制大多數(shù)都是針對(duì)P2P文件系統(tǒng)中的搭便車問題提出的，文獻(xiàn)[33，34]中對(duì)搭便車行為的抑制機(jī)制進(jìn)行了研究。目前已有的激勵(lì)機(jī)制有基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)或經(jīng)濟(jì)關(guān)系的激勵(lì)機(jī)制、基于博弈論的激勵(lì)機(jī)制、基于聲譽(yù)的激勵(lì)機(jī)制和基于機(jī)制設(shè)計(jì)的激勵(lì)方法四種。

a)基于經(jīng)濟(jì)關(guān)系的激勵(lì)機(jī)制使用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中市場(chǎng)的等價(jià)交換方法實(shí)現(xiàn)激勵(lì):提供服務(wù)可以獲得等價(jià)的回報(bào)。文獻(xiàn)[35，36]中，前者提出了一種分布式支付機(jī)制，即節(jié)點(diǎn)支付貨幣來購買服務(wù)，而通過售出資源獲取貨幣;后者從流量均衡和效率方面分析了支付機(jī)制的性能問題。文獻(xiàn)[37]基于文獻(xiàn)[35]提出了一種利用無私節(jié)點(diǎn)改善支付機(jī)制的方法，避免了因節(jié)點(diǎn)能力、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠蛸Y源查找等原因造成的支付不均衡現(xiàn)象，有利于提高P2P用戶數(shù)量。

b)基于博弈論的激勵(lì)機(jī)制是一種定量化分析程度較高的方法。該機(jī)制中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的行為選擇與整個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)在線的其他節(jié)點(diǎn)的行為選擇緊密相關(guān)。文獻(xiàn)[38]中利用博弈論的方法來分析搭便車現(xiàn)象，為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)提供激勵(lì)和區(qū)分服務(wù)，保證貢獻(xiàn)越多的用戶獲取更多的服務(wù)資源，并且能夠有效防止合謀獲利的現(xiàn)象。

c)基于聲譽(yù)的激勵(lì)機(jī)制中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)對(duì)方的聲譽(yù)值決定合作程度，對(duì)不合作行為懲罰，對(duì)合作者獎(jiǎng)勵(lì)，形成基于互惠的合作機(jī)制。聲譽(yù)系統(tǒng)一般要求用戶具有惟一可信的身份標(biāo)志，并需要一個(gè)權(quán)威的第三方聲譽(yù)管理機(jī)構(gòu)。如何降低算法復(fù)雜度、開銷，減少對(duì)P2P系統(tǒng)自組織性的破壞是這類方法改進(jìn)的目標(biāo)[33]。

d)基于機(jī)制設(shè)計(jì)的激勵(lì)方法是尋求能把任何可能的節(jié)點(diǎn)類型配置映射為機(jī)制設(shè)計(jì)者所期望結(jié)果的方法。機(jī)制設(shè)計(jì)通過轉(zhuǎn)移支付影響節(jié)點(diǎn)的收益使設(shè)計(jì)者期望的結(jié)果成為均衡解。文獻(xiàn)[39]提出的VCG機(jī)制能夠激勵(lì)參與者報(bào)告真實(shí)的私有信息，同時(shí)得到系統(tǒng)收益最大的博弈結(jié)果。

2.6 聲譽(yù)與信任問題

P2P 系統(tǒng)信任機(jī)制的研究?jī)?nèi)容主要包括信任鏈管理、信任自動(dòng)協(xié)商和聲譽(yù)系統(tǒng)三大類[33]。文獻(xiàn)[40]研究了P2P環(huán)境下的信任管理問題，并探討了P2P信任管理的可能性，把信任模型的構(gòu)造理論分為社會(huì)學(xué)理論、概率理論和博弈理論三種。文獻(xiàn)[41]提出了設(shè)計(jì)P2P聲譽(yù)系統(tǒng)所要考慮的五個(gè)問題，即系統(tǒng)必須是自管轄的，系統(tǒng)必須是匿名的，系統(tǒng)不應(yīng)該給予新來者任何額外的利益，系統(tǒng)應(yīng)該盡量最小化聲譽(yù)/信任機(jī)制帶來的額外開銷，系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)惡意節(jié)點(diǎn)有較強(qiáng)的容錯(cuò)性。

目前有多種信任模型，大體分為靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型兩大類。靜態(tài)模型對(duì)節(jié)點(diǎn)行為的動(dòng)態(tài)變化不敏感，其代表性模型包括基于抱怨的信任模型[40]、基于資源信譽(yù)的XRep模型[42]、基于特征向量的EigenTrust模型[41]、基于角色的信任模型[43]、基于推薦的全局信任模型[44]等;動(dòng)態(tài)信任模型即信任對(duì)某個(gè)實(shí)體來說不是固定的，而是依賴于對(duì)評(píng)估客體的觀察結(jié)果，隨著觀察結(jié)果的變化而提高或降低，承認(rèn)時(shí)間在信任進(jìn)化過程中的重要作用。文獻(xiàn)[45]提出了動(dòng)態(tài)信任模型概念;文獻(xiàn)[46]給出了動(dòng)態(tài)信任的形式化描述方法;文獻(xiàn)[47]在理論方面給出了動(dòng)態(tài)信任的測(cè)度模型，即一個(gè)理論性的信任評(píng)價(jià)尺度框架。代表性動(dòng)態(tài)信任模型有基于滑動(dòng)窗口機(jī)制的PeerTrust模型[48]、基于時(shí)間參數(shù)的DyTrust模型[49]、基于數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域中的行程編碼理論的RunTrust模型[50]等。

2.7 安全問題

P2P安全問題分為底層技術(shù)方面和非技術(shù)性方面兩大類。底層技術(shù)方面的安全問題(如監(jiān)聽或中斷網(wǎng)絡(luò)通信、竄改或偽造虛假數(shù)據(jù)等)及其安全策略主要通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中的相關(guān)技術(shù)(如加密、數(shù)字簽名等)解決[1]。各類對(duì)等網(wǎng)絡(luò)普遍關(guān)注的非技術(shù)方面安全問題是版權(quán)問題、管理問題和垃圾信息問題等。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)本身的特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)的集中統(tǒng)一管理的安全機(jī)制訪問控制不能完全解決P2P系統(tǒng)安全問題。文獻(xiàn)[51]分析了傳統(tǒng)訪問控制的缺點(diǎn)，提出一個(gè)分簇對(duì)等網(wǎng)絡(luò)模型及在該模型下基于角色訪問控制技術(shù)的P2P系統(tǒng)安全機(jī)制。文獻(xiàn)[52]提出了一個(gè)基于團(tuán)體的分布式路由算法(CSDR)及其安全性擴(kuò)展技術(shù)。方法融合了信息安全技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)和路由通信技術(shù)，也兼顧了具體應(yīng)用需求和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)行為特征，有利于構(gòu)建安全的互連互通對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。另外，本文前部分提到的覆蓋網(wǎng)分割問題、熱點(diǎn)問題、負(fù)載均衡問題和個(gè)人隱私問題等也屬于P2P安全問題范疇。目前在P2P安全方面的研究主要是借鑒分布式系統(tǒng)中信任管理的概念，通過信任管理途徑來實(shí)現(xiàn)P2P系統(tǒng)中服務(wù)、數(shù)據(jù)等的受控制訪問[33]。

3 P2P系統(tǒng)開發(fā)模型

P2P系統(tǒng)代表性開發(fā)模型有:a)文件共享方面，文獻(xiàn)[53]提出了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P文件共享應(yīng)用;b)協(xié)同工作方面，文獻(xiàn)[54]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)P2P多媒體協(xié)同環(huán)境——PECOLE，該系統(tǒng)基于JXTA框架和SWT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了聊天、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、多語言協(xié)同等功能;c)流媒體傳輸方面，文獻(xiàn)[55]提出了一種基于P2P的VoD服務(wù)體系PeerVoD;d)應(yīng)用層多播方面，文獻(xiàn)[56]設(shè)計(jì)了一個(gè)P2P應(yīng)用層多播系統(tǒng)——PeerTalk，該系統(tǒng)主要針對(duì)異地多方電話會(huì)議而設(shè)計(jì)。此外，文獻(xiàn)[57]給出了一個(gè)通用P2P系統(tǒng)高層框架模型，并利用該模型分析了Napster、FreeNet和JXTA等P2P系統(tǒng)，對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。當(dāng)前P2P系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要采用Sun公司的JXTA平臺(tái)和微軟的.NET平臺(tái)。其中開源JXTA有望成為P2P網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)的統(tǒng)一平臺(tái)[1]。

4 P2P技術(shù)面臨的問題展望

盡管P2P的研究和應(yīng)用日益深入，但P2P領(lǐng)域中仍然充滿問題和挑戰(zhàn)。下面給出需進(jìn)一步深入探討的問題:a)覆蓋網(wǎng)的拓?fù)涿舾信c一致性和路由效率優(yōu)化機(jī)制研究。目前已有大量針對(duì)典型協(xié)議覆蓋網(wǎng)構(gòu)建的改善研究成果。b)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中信息檢索技術(shù)研究，即非結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中信息檢索的成功率和查全率技術(shù)研究及結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中語義模糊查詢技術(shù)研究。c)P2P系統(tǒng)中防止搭便車行為的激勵(lì)機(jī)制研究。d)P2P系統(tǒng)中的聲譽(yù)/信任機(jī)制研究。如何構(gòu)建有效的P2P信任模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)惡意組織和惡意個(gè)體的攻擊的檢測(cè)，保證網(wǎng)絡(luò)高的可用性和服務(wù)質(zhì)量。e)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)失效時(shí)的自適應(yīng)問題。其中包含確保數(shù)據(jù)高可用性的冗余算法和機(jī)制研究。f)P2P系統(tǒng)的測(cè)量和評(píng)估。其中包括測(cè)量的方案、拓?fù)涞臏y(cè)量、流量的測(cè)量和內(nèi)容可用性測(cè)量等方面研究。g)P2P的模擬和仿真環(huán)境搭建或設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。h)P2P網(wǎng)絡(luò)的分割問題的研究，即無機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中分割點(diǎn)的查詢與避免方法研究。i)P2P僵尸網(wǎng)絡(luò)問題也是近年來研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。j)基于DHT結(jié)構(gòu)化P2P應(yīng)用中容錯(cuò)性、抗波動(dòng)性和負(fù)載均衡問題研究。此外，基于JXTA平臺(tái)的P2P實(shí)用系統(tǒng)開發(fā)和P2P技術(shù)與其他技術(shù)(如網(wǎng)格、Web Service、CDN和無線網(wǎng)絡(luò)等)的融合也是P2P領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

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