第1章走進P2P的世界計算機教學設計教案

1、第1章 走進P2P的世界計算機對等網絡技術（P2P（Peer-To-Peer）技術）是目前計算機網絡技術研究領域的熱點，曾經被財富雜志譽為將改變因特網未來的四大新技術之一。作為一種新興技術，P2P技術因能充分利用網絡資源及對等利用、資源共享等諸多優(yōu)點而受到廣泛關注。本章將系統(tǒng)地講解P2P的基礎知識，帶領讀者敲開網絡王國的大門，走進神奇的P2P網絡世界。本章主要講解的基礎知識如下。Internet的起源與發(fā)展：了解網絡的基礎知識與Internet的起源。P2P的概念理解：從Internet的起源引出P2P的概念，理解P2P的思想內涵。P2P網絡與傳統(tǒng)網絡對比：要理解P2P網絡與普通的Web網絡的

2、異同。P2P的發(fā)展歷程：通過P2P技術的發(fā)展與演進，了解P2P在不同歷史時期的發(fā)展特點，了解當前互聯(lián)網上常見的P2P應用。P2P網絡分類及特點：掌握P2P網絡的分類標準，理解不同類別的網絡結構特點，理解P2P的技術特點。P2P的未來發(fā)展：了解P2P技術的未來發(fā)展、應用前景及研發(fā)情況等。1.1 從Internet說起要介紹一個新事務，必須首先回答一個問題，它是從何而來的，本節(jié)就從Internet說起，從而引出P2P網絡的歷史淵源。1.1.1 Internet的起源因特網是Internet的中文譯名，它的前身是美國國防部高級研究計劃局（ARPA）主持研制的ARPAnet?！鞍⑴辆W”（ARPAnet

3、）于1969年正式啟用，當時僅連接了4臺計算機，供科學家們進行計算機聯(lián)網實驗使用。這就是因特網的前身。從ARPAnet發(fā)展到今天的因特網，可以用圖1.1簡要描述Internet的發(fā)展流程。圖1.1描述了Internet從起源到發(fā)展的大致過程，需要指出的是，在這個過程中，盡管后來的NSFnet取代了ARPAnet成為Internet的核心，但ARPAnet中所使用的TCP/IP技術被證明是非常成功的，并且一直沿用至今。在1992年的時候，美國的IBM、MCI、MERIT三家公司聯(lián)合組建了一個高級網絡服務公司（ANS），建立了一個新的網絡，叫做ANSnet，成為Internet的另一個主干網，這標

4、志著Internet正式走向商業(yè)化。圖1.1 Internet的起源與發(fā)展流程圖注意：ANS的全稱是Advanced Network Service，高級網絡服務的意思，在Internet建 立之初，ANS是整個Internet的重要組成部分。今天的Internet已不再是計算機人員和軍事部門進行科研的領域，而是變成了一個開發(fā)和使用信息資源的覆蓋全球的信息海洋?；贗nternet或嵌入式Internet的應用應有盡有，并且涉及各行各業(yè)，圖1.2展示了與Internet有關的各種應用。1.1.2 Web的憧憬與發(fā)展瓶頸Internet的廣泛普及和應用，標志著一個嶄新的Internet時代的到來

5、。將Internet帶入新境界的就是被尊稱為“萬維網之父”的英國科學家蒂姆伯納斯。1991年，在歐洲粒子物理研究所工作的伯納斯為了高能物理研究的需要發(fā)明了萬維網。萬維網技術與Internet的完美結合，是Internet應用史上最輝煌的成就。萬維網（稱作Web、WWW、W3，英文全稱為World Wide Web），是一張附著在Internet上的覆蓋全球的信息“蜘蛛網”，鑲嵌著無數以超文本形式存在的資源，這些資源由一個全域的統(tǒng)一資源定位符（URL）進行標識，在使用的過程中，用戶可以通過超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol）來訪問這些資源，圖1.3展示的是一個

6、Web系統(tǒng)模型。圖1.2 Internet在各領域的應用圖1.3 Web系統(tǒng)模型從圖1.3中可以看出，整個Web系統(tǒng)的主干由各種不同的服務器組成，它們構成了整個Web網絡服務的主體，用來向各類不同的主機提供不同的服務。各服務器的資源以URL進行標識和訪問，資源以不同的協(xié)議進行傳輸，在用戶一端，只需通過瀏覽器就可以輕松地訪問到任何服務器的任何資源。WWW是Internet上最受歡迎、最為流行、最新的信息檢索服務系統(tǒng)。其核心是Web瀏覽器和超文本標記語言（HTML，Hypertext Markup Language）。通過它，可以把Internet上現有資源統(tǒng)統(tǒng)連接起來，使用戶能在Internet

7、上已經建立了WWW服務器的所有站點提供超文本媒體資源文檔。這無疑給全球信息的交流和傳播帶來了革命性的變化，一舉打開了人們獲取信息的方便之門。注意：HTML是用于描述網頁文檔的一種標記語言。在WWW上的一個超媒體文檔稱之為一個頁面（page）。作為一個組織或個人在萬維網上起始點的頁面稱為主頁Homepage，或首頁，主頁中通常包括有指向其他相關頁面或其他結點的指針（超級鏈接）。在邏輯上將視為一個整體的一系列頁面的有機集合稱為網站（Website或Site）。網站可以用來發(fā)布網頁，而網頁的本質就是HTML，通過結合使用其他的Web技術（如腳本語言、CGI、組件等），可以創(chuàng)造出功能強大的網頁。因而，

8、HTML是Web編程的基礎，也就是說萬維網是建立在超文本基礎之上的。萬維網的出現及其快速發(fā)展，使得全世界的人們以史無前例的巨大規(guī)模相互交流，各類Web站點、服務網站也以爆炸性速度增長，如圖1.4是從1991年到2007年，全球范圍內Web站點的增長情況，從圖中可以很直觀地看出萬維網的發(fā)展速度。圖1.4 全球Web站點從1991年2007年數量增長趨勢圖Web的突出表現和它在全球范圍內的高速擴張，使得其從誕生之日起便憧憬著創(chuàng)造一個共同的信息空間。在這個信息空間里，用戶可以通過它實現平等的信息共享、信息交流、信息傳輸，可以用一個拓撲的結構的形式組織全球的資源以實現資源的充分利用和共享。當用戶在網上

9、進行互動活動時，電腦就會幫助用戶分析這些活動，使用戶明白自己在做什么，每個人在什么位置，以及如何更好地協(xié)同工作。Web的憧憬與夢想可以說是互聯(lián)網的精神和核心價值，也是所有網絡工作者孜孜以求的目標。但隨著對Web的熟悉，人們開始發(fā)現，用戶使用Web雖然可以容易地訪問信息，但卻無法很容易地發(fā)布信息，Web的發(fā)展遇到了瓶頸。信息的接受者只要操縱一個鼠標，便可以實現其用網的目的，而信息發(fā)布者卻必須使用HTML、DNS注冊、Web服務器、公共網關接口（CGI，Common Gateway Interface）和一些冗長而乏味的縮寫詞和技術術語來實現信息或資源的發(fā)布。如果信息共享和服務對等的互聯(lián)網平衡被打

10、破了，這種不平衡性實際上恰恰違背了互聯(lián)網平等的概念，也正由于這種不平等的信息交流、網絡中的對等共享、協(xié)同工作等其他功能的充分發(fā)揮受到一定的制約。雖然人們依然喜歡瀏覽器，并經常驚嘆于HTML頁面的炫目圖像，但普通網絡用戶使用最多的還是與他們生活關系最密切的電子郵件和在線聊天。而不可否認的是，電子郵件和在線聊天所使用的正是正宗的P2P應用程序，雖然這只是P2P功能的一部分，但足以讓人們看到突破Web發(fā)展瓶頸的希望之光。1.2 橫空出世的P2P在1.1節(jié)中講述了Internet的起源及Web思想的初衷，同時也說明了Web網絡在實際應用中遇到的問題。那么，遭遇瓶頸Web網絡要繼續(xù)發(fā)展，要繼續(xù)完成其平等

11、、共享、協(xié)作的使命，就必須尋求新的突破口，而就在這個時候，P2P技術橫空出世了。本節(jié)將重點講解P2P的概念及P2P思想的深層意思。1.2.1 Peer-To-Peer 介紹P2P，即Peer-To-Peer的縮寫，Peer一詞在牛津英文詞典上的解釋如下。Peer：a person of the same age，the same social position，or having the same abilities as other people in a group。這段英文解釋直譯過來Peer的意思就是：同輩頭銜、地位、能力或背景相同的人。兩個Peer再加上一個連接詞To就構成了Peer

12、-To-Peer，其意思就是伙伴對伙伴、對等、點到點的意思。將Peer-To-Peer的意思應用到互聯(lián)網上就是對等互聯(lián)的網絡、點到點傳輸的網絡，可以用圖1.5來形象地表示Peer-To-Peer網絡的結構。圖1.5 Peer-To-Peer網絡形象結構圖在圖1.5中，有很多手拉著手的小伙伴，他們組織在一起，形成了一個“伙伴式的網絡”。在這個組織中，每個“伙伴”之間都是對等的，這是Peer-To-Peer的核心思想，也是對Peer-To-Peer網絡最直觀、最基本的解釋。目前，在學術界、工業(yè)界對于P2P都沒有一個統(tǒng)一的完整定義，通常我們所說的P2P網絡（以后文中所說的P2P都指的是Peer-To

13、-Peer）有下面兩層意思。（1）Peer-to-peer is a type of Internet network allowing a group of computer users with the same networking program to connect with each other for the purposes of directly accessing files from one anothers hard drives。這里的解釋說的是：P2P網絡是一種用戶之間通過某一相同的網絡應用程序聯(lián)系起來，彼此之間可以相互訪問、共享計算機資源的網絡。簡單地說，P2P就

14、是一種網絡概念。（2）Peer-to-peer networking（P2P）is an application that runs on a personal computer and shares files with other users across the Internet. P2P networks work by connecting individual computers together to share files instead of having to go through a central server。這種解釋指的是：P2P網絡是一種不通過中央服務器而將一些獨

15、立的計算機資源組織起來，通過Internet運行于個人計算機上，以實現共享文件和資源的應用。這種解釋將P2P定義為一種應用。綜合這兩種解釋就不難發(fā)現，其實P2P就是一種網絡，一種架構在Internet上的網絡技術。其核心思想是沒有了中央服務器的概念，將Internet建立在對等互聯(lián)的基礎上以實現最大程度的資源共享。1.2.2 P2P的意義解析互聯(lián)網能夠發(fā)展至今，根本原因在于其布建的任何一根血脈都是為人與人之間的交流而設置的。而現在能夠引起互聯(lián)網震動的，無非也只有交流方式的變革本身。如今，在基于網絡的各種技術充斥于我們周圍之時，恐怕只有很少人不知道P2P的概念了。上文已經對P2P的基本概念作了基

16、本說明，也闡述了其直觀的解釋，關于P2P技術還有更深的思想內涵。在具體講解P2P的意義之前，先看一個小漫畫，如圖1.6所示。圖1.6 漫畫P2P漫畫P2P中，可以看到有3個人在玩一種名叫P2P的傳球游戲，如果從漫畫的角度來解析這個游戲的規(guī)則，那么這個P2P的游戲應該有這樣幾個特點：組成這個游戲的成員，他們之間的關系是對等的，也就是Peer-To-Peer的意思，他們之間，不以任何人為中心，而是彼此獨立的傳球。球是從一個人傳到另一個人的，同一個人即擔負著發(fā)球的責任，同時也有傳球的義務。球的發(fā)出和接收，都由“人”來負責，參與游戲中的每一個人都有兩種角色，發(fā)球者同時也是接球者。球的傳遞是從一個點到另

17、一個點的，如果脫離了這個點則球在本次的傳遞中就會丟失，在游戲的過程中，每一個點都可以添加一個新球進行傳遞。以上3點是對游戲規(guī)則的描述，如果將其應用到P2P網絡上，那么關于P2P的思想內涵也同樣包含這3層意思。P2P網絡是對等互聯(lián)的網絡，組成網絡的各結點之間是對等、伙伴式的關系。P2P網絡結點之間資源的傳遞是從一點到另一點的，每個結點既是資源的提供者同時也是資源的發(fā)布者。P2P網絡中的資源是依賴于結點而存在的，且資源可以動態(tài)地加入或退出。以上是對P2P意思的進一步分析，認識P2P只理解其字面意思是不夠的，更應該明白一點的是，P2P是一種思想，一種有著改變整個互聯(lián)網基礎潛能的思想。客觀地講，單從技

18、術角度而言，P2P并未激發(fā)出任何重大的創(chuàng)新，而更多的是改變了人們對因特網的理解與認識。正是由于這個原因，IBM早就宣稱P2P不是一個技術概念，而是一個社會和經濟現象。注意：拿破侖有句名言“世界上只有兩種強大的力量，即刀槍和思想，而從長遠來看，刀槍總是被思想戰(zhàn)勝的。”這足以證明思想的力量之大。理解P2P，不僅要理解它的概念、特點和意義，更要理解它所蘊含的思想。不管是技術還是思想，P2P是直接將人們聯(lián)系了起來，讓人們通過互聯(lián)網直接交流。它使得網絡上的溝通變得更容易、更直接，真正地消除了中間環(huán)節(jié)。從P2P所體現的思想來看，它是一個全新的概念，因為它可以改變現在的Internet中以服務器、集群、大網

19、站為中心的狀態(tài)，重返非中心化、分布式的結構，并把權力交還給用戶，讓我們的語言、影像、資源、信息等以最直接、最快捷的方式傳遞到對方身邊。它最符合互聯(lián)網絡設計者的初衷，給了人們一個完全自主的超級網絡資源庫，真正實現了人人為我，我為人人的網絡里的“大同世界”。1.2.3 P2P的定義和特點上文中對P2P所蘊涵的幾層意思進行了解析，下面給出P2P數學意義上較嚴格的定義。有某網絡N，是架構在Internet之上的網絡，滿足Internet網絡的所有基本特征。在N網絡中，存在兩種基本的行為模式，一種行為定義為P，是生產資源（提供資源）的行為，另一種行為定義C，是消費資源（接受資源）的行為。組成N網絡的所有

20、網絡結點（Peer）之間是對等的關系，且同時具備行為P和行為C。在N網絡中，各Peer之間以無中介的、對等的方式進行雙向交換，以執(zhí)行P和C的功能。N網絡依賴于Peer的存在而存在，且Peer可以自由地加入或退出。當有Peer加入或退出時，N仍保持組織、結構等特性不發(fā)生改變。滿足以上6個條件的網絡N，就可以說是P2P網絡。在這個網絡中，實現了資源的生產與消費的對等平衡，實現了信息和服務在一個個人或對等設備與另一個個人與對等設備間的雙向流動。一個完整的P2P網絡模型如圖1.7所示。圖1.7 P2P網絡結構模型圖根據P2P的定義可知，一個P2P網絡應該具備以下特點。P2P是對等的：資源的發(fā)布與接受兩

21、個角色合二為一，在生產和消費資源的角色上是對等的。P2P是直接的：在P2P網絡中無中介、等級、格式、區(qū)域和平臺的限制，相互之間直接交換信息和服務。P2P是動態(tài)的：組成P2P網絡的結點可以動態(tài)地加入或退出，在運行過程中也是動態(tài)的提供資源和服務。P2P是雙向的：P2P網絡中，結點之間是最直接、最純粹的雙向關系，切切實實地實現了資源和服務的交換與共享。P2P是及時的：無服務器參與空間分配，可提供實時的、可升級的信息。P2P是有效的：可充分利用個人計算機的軟硬件設備，信息和服務在結點間傳輸時交互的對象及接收的目標是確定的、有效的。這就是P2P。它以用戶為中心，所有的用戶都是平等的伙伴。相隔萬里的用戶可

22、以通過P2P共享PC機上的文件、目錄乃至整個硬盤。所有人都自由地分享他們認為最有價值的東西，P2P使互聯(lián)網上信息的容量、范圍、價值得到極大的提升。P2P技術帶來的這種用戶間直接交流的方式，真正實現了互聯(lián)網共享和自由的夢想，它改變了互聯(lián)網現有的游戲規(guī)則，也改變了我們的生活。1.3 P2P與Web的對比與較量上文對P2P的概念及深層意義都進行了相應的講解，如果獨立地去解釋那些純粹的概念，并不能說明P2P就是互聯(lián)網上一場新的變革。從ARPAnet到NSFnet，從NSFnet到Internet，以Web技術引領的互聯(lián)網絡改變了世界，傳統(tǒng)意義上的Web網絡模型已深入到了現實社會并深刻影響和改變著普通人

23、類的生活。在這種背景下，P2P成長起來而且呈現出巨大的活力和潛力。要進一步了解P2P，就要知道Web與P2P的異同，本節(jié)的重點，就是對P2P和大家熟知的Web做一個比較說明。1.3.1 基于Web的S/C與P2P在結構上的比較目前，Web網絡的主要技術模式是S/C方式的，關于S/C模式的網絡結構模型，如圖1.8所示。圖1.8 基于Web的S/C網絡結構模型圖圖1.8中，位于中心位置的就是作為Server的服務器端。在服務端，作為中央服務器的主機一般都是有強大處理能力和大帶寬的高性能計算機。中心服務器在集中處理數據的同時還要有對互聯(lián)網上其他PC提供服務。對于一臺與服務器聯(lián)機并接受服務的PC來說，

24、這臺PC就是客戶機?？蛻魴C有很多，可以同時與服務器端相連，在性能要求上可以相對弱小，這種服務器（Server）與客戶端（Client）組織成的網絡模式就是S/C模式。注意：實際應用中，在基于S/C模型的Web網絡中要使中央服務運行起來，還要配合高檔的服務器軟件，如Web服務、數據庫服務、文件服務等，再將大量的數據集中存放在這個服務器上，這樣位于客戶端的機器才可以訪問。與Web技術不同的是，P2P技術打破了傳統(tǒng)的Client/Server（C/S）模式，其技術的特征之一就是弱化了服務器的作用，甚至取消服務器，在網絡中的每個結點的地位都是對等的。每個結點既充當服務器，為其他結點提供服務，同時也享用

25、其他結點提供的服務。P2P與C/S在不同方面的特性可以通過表1.1來說明。表1.1 P2P模式與C/S模式的網絡特性比較網絡特點P2P模式C/S模式網絡特點P2P模式C/S模式數據分發(fā)好差動態(tài)性好差數據傳輸中好自組織性好差數據交互好差可擴展性好差數據容量好差抗干擾性好差數據即時性好差安全性差好數據質量中好易管理性差好數據覆蓋率差好成本控制好差容錯性好差通過表1.1可以清楚地看到，P2P模式和C/S模式是各有優(yōu)劣的，不同的網絡特性對應著不同的應用，在選擇網絡模式時可根據應用的側重點不同選擇不同的模式。1.3.2 Web與P2P在資源傳輸上的比較在Web網絡中，當用戶間要進行信息資源的傳輸活動時，

26、首先要構建一個有一定資源的站點，然后在其他PC上創(chuàng)建信息并“發(fā)布”到站點上。這些信息在站點上等待請求。接收到請求之后，站點將信息傳遞給請求者。整個過程需要3步，即創(chuàng)建資源發(fā)布資源接收資源。同樣是進行信息資源的傳輸，在P2P中則不同。處于對等地位的設備的各個PC，可以直接向存儲著源文件的另一對等設備（PC）發(fā)送請求。而接收到請求的PC，無須經過第三方中介，可以直接將需要的信息發(fā)送給對方。整個過程只需兩步，即創(chuàng)建資源接收資源。如圖1.9所示，若客戶機Client B，要請求另一對等客戶機Client A的資源，以Web的方式和以P2P的方式有根本的不同，如下所示。（1）Client B以Web的方

27、式查看Client A上的資源時：客戶機Client A與Web Server建立連接，將創(chuàng)建的資源發(fā)布到Web Server上?？蛻魴CClient B與Web Server建立連接，并向Web Server發(fā)送查看資源的請求。Web Server將Client A發(fā)布的資源以Web服務的形式提供給Client B。（2）Client B以P2P的方式查看Client A上的資源時：Client B直接與Client A建立連接，Client A根據Client B的請求，無須經過第三方，可直接以P2P的方式將資源提供給ClientB。通過上面的比較可以得出這樣的結論：在P2P中，信息的交換不

28、需要通過第三方的中心站點，而直接在對等設備之間進行，（這種對等設備，在大多數情況下，就是在Web中位于Internet邊緣的個人電腦），是一種高效直接的傳輸方式。這個結論還可以通過P2P和Web站點之間要素的比較得到進一步的說明，如表1.2所示。圖1.9 Web站點交換與P2P傳輸的比較表1.2 P2P和Web站點之間的要素比較要 素P2PWeb資源交互對象之間的關系對稱不對稱用戶數量越多越好有上限值內容和服務的提供簡便復雜網絡可擴展能力無限有限隱私的保護能力較弱較強資源的數量無上限有上限值交互的系統(tǒng)有特定的客戶端系統(tǒng)通用的瀏覽器請求的類別大量不同動態(tài)的請求大量相似的請求運行結構完全分布式客戶

29、端/服務器資源的分配分布式集中文件格式任意基于Web傳輸協(xié)議的文件類型機器類型任意大型服務器從表1.2中可以看出，P2P改變了Web下存在的信息消費者和生產者之間的不平衡，它允許更多的用戶參與交換，而交換內容的過程和服務提供的方式都更加簡便、直接；大量的信息不再集中于某個站點，而是被分布在多個對等設備中，這樣，即使其中的一部分設備停止工作，其他參與其中的設備仍然可以完成傳輸任務。這種思想正是Internet創(chuàng)建的初衷所追求的。1.3.3 Web與P2P在請求方式上的比較在基于Web的S/C結構中，對服務、資源的請求方式基本上是一站式的?？蛻舳讼蚍掌髡埱笠粋€文件時，直接通過統(tǒng)一資源定位符（UR

30、L）就可以將請求信息發(fā)送給服務器，服務器在接到請求后進行相應處理，并將處理結果直接返回給用戶，這種請求方式是簡單的一問一答，中間過程不發(fā)生請求的轉發(fā)或是目標的跳轉。如圖1.10所示為在S/C結構中，Client A向遠程服務器Web Server請求一個Picture文件的過程。圖1.10 Web中的S/C模式對資源的請求過程而在P2P網絡中，對資源或是服務的請求則是多站式的。當需要發(fā)送請求時，Peer A會向所有與它相連的其他Peer，如PeerA1，PeerA2Peer Ax等，發(fā)送同樣的請求。如果被請求的Peer中的一個Peer Ax中擁有被請求的資源，那么Peer A就與Peer Ax

31、直接建立連接進行資源傳輸；如果沒有被請求的資源，則Peer Ax會將此請求轉發(fā)給與自己相連的其他Peer，依次傳遞。請求信息會根據不同的搜索策略和算法規(guī)則在P2P網絡中持續(xù)轉發(fā)下去。如圖1.11所示為P2P網絡中結點對資源的請求方式。圖1.11 P2P網絡中結點對資源的請求方式注意：不同的P2P網絡結構對資源的請求有不同的方式，這也是在后文要講到的P2P網絡搜索技術。上面提到的此類請求方式，是針對通用意義上的P2P網絡的。1.3.4 競爭還是互補基于Web的S/C模式造就了互聯(lián)網的輝煌時代，然而，S/C方式的結構特點和其內在的本質特性造成了互聯(lián)網絡上資源和服務的有向集中，無論信息資源還是成本資

32、源均向同一方向集中。這種對資源的“中央集權”式的管理雖然與互聯(lián)網的思想有些出入，但這樣的模式符合一對多、強對弱的社會關系形式，如政府對個人、對企業(yè)，大企業(yè)對小企業(yè)，學校對學生，企業(yè)對職工等關系。所以S/C方式是符合市場需求的，在可預見的將來必將還有更廣、更深的發(fā)展。作為近幾年成長起來的P2P技術，不論是P2P的結構方式還是其表達的互聯(lián)網思想，都是最大限度的將信息數量、成本資源向互聯(lián)網各點均勻分布，也就是所謂“邊緣化”的趨勢。此模式符合“一對一”的特點，也符合彼此相當的社會關系形式，如個人對個人，集團對集團，規(guī)模相當的企業(yè)之間等，這也是符合市場需求的。所以P2P與Web這兩種方式不是你生我死的競

33、爭關系，而是相互依賴、相互補充的共存關系，有關P2P即將替代Web網絡上S/C模式的說法是沒有事實根據的。P2P有其獨特的市場空間，是現有互聯(lián)網應用的補充，這一點應該是毫無疑問的。1.4 P2P的起源與初步發(fā)展P2P從誕生到發(fā)展為今天的蓬勃興起，經歷了一個既快速又曲折的發(fā)展過程。了解P2P的發(fā)展與演進也就了解了P2P技術從孕育到萌芽到發(fā)展的步驟，對P2P技術的原理、特性及其面臨的問題也都會有進一步的理解。本節(jié)將帶領讀者回顧P2P的歷史，同時講述P2P在發(fā)展過程中的標志性事件、P2P系統(tǒng)的典型代表，以及P2P技術在發(fā)展過程中所遭遇的喜怒哀樂，進一步理解P2P技術的發(fā)展之路。1.4.1 從ARPA

34、NET追溯P2P的起源P2P的思想及其深層意義在前面已經有過講述，然而這一思想并不是一項新的技術，追溯P2P的起源可以從20世紀60年代后期ARPANET的建立開始。ARPANET建立的最初目標是共享在不同美國研究機構間的計算資源和文檔，在這個原始系統(tǒng)中，并沒有現在網絡中的客戶機/服務器這種模式，每臺主機互聯(lián)，相互之間都被同等地對待，這是P2P思想的核心，雖然這個網絡并不是自組織的，也沒有完整的體系可言，但是，可以說從ARPANET誕生那一刻開始，最早的P2P思想雛形也隨之出現。1990年前后，是Internet的大發(fā)展時期，在互聯(lián)網世界出現了許多應用，如WWW，電子郵件和流化服務等，這些應用

35、都是建立在客戶/服務器通信模型的基礎上。在這種模型中，有若干中央服務器處于網絡的中心地位，而與之連接的客戶機則處于網絡的邊緣地位，在客戶端一側，用戶通過發(fā)送特定的請求來訪問服務器一側的各種資源，網絡行為都是建立在客戶與服務器之間的關系上，客戶與客戶之間則基本是“絕緣”的。直到Napster的出現，一種新的基于P2P的關系也正式進入互聯(lián)網了。1.4.2 P2P的萌芽USENET的出現可以說是P2P的萌芽時代，它產生于1979年，是一個巨大無比的網上討論組，一般也稱為“新聞組”（newsgroups）。你可以將它想象成一個包羅萬象、無所不有的網上論壇，但是它又不同于普通的論壇。20世紀70年代末，

36、當時還沒有互聯(lián)網和瀏覽器，它們都要在十多年后才會出現。那時所謂“上網”，就是用modem撥一個電話號碼，連到另一臺機器，收收郵件，看看主機上面系統(tǒng)管理員發(fā)的通告。如果想換一臺主機看看，那就必須先掛斷，然后再撥另外一個電話號碼。這樣的上網方式很不利于開展多人的討論，因此基于當時的需求，迫切需要一種大規(guī)模的、分布式的、多中心的遠程信息交換手段。1979年，Duke大學的兩個研究生Tom Truscott和Jim Ellis，提出一種分布式網上討論組的構想，根據這種設想，他們創(chuàng)建了一種分布式遠程信息交換和討論的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)也叫討論組。在討論組創(chuàng)建之初，主要是供UNIX愛好者協(xié)會（USENIX）的成

37、員使用，因此就被定名為USENET。如圖1.12所示為USENET的系統(tǒng)結構。圖1.12 USENET系統(tǒng)結構模型圖USENET的運行機制其實非常簡單。對于用戶來說，只有3步。（1）網絡服務提供商在一個網絡中，設定一臺服務器作為USENET專用服務器，再將它的網址告訴用戶。（2）用戶想要發(fā)言的時候，就向這個網址發(fā)送帖子（post），這與發(fā)送E-mail很相似，但是兩者格式不一樣，在USENET上發(fā)言必須使用專用的客戶端。（3）查看其他人的發(fā)言時，就必須從服務器上下載其他人的帖子。下載完成后，如果想回復某人的帖子，就再重復第2步。USENET服務器每天會同其他USENET服務器交換帖子。這就是說

38、，全世界所有的USENET服務器最終都可以互相交換帖子，保持內容的同步。所以理論上，不管你的帖子是發(fā)到哪一臺服務器上，最終全世界的人們都會看到，并且會從世界各地給你回復。可以看到，在這種應用中，系統(tǒng)可幫助用戶組織內容并提供一種自組織方法，由參與用戶通過一個嚴格的執(zhí)行過程來添加或去除新聞組服務器，這一過程初步體現了P2P思想的端倪。FidoNet是繼USENET之后基于P2P思想的又一典型應用，它是由Tom Jennings于1984年創(chuàng)建的，是早期P2P應用的杰出代表。它和USENET類似，也是一個分散、分布的信息交換系統(tǒng)，通過FidoNet系統(tǒng)，可以讓不同BBS系統(tǒng)中的用戶們互相交換信息，不

39、管是它的組織方式還是信息交換方式，都是P2P思想的體現。USENET、FidoNet都是一個分散、分布的信息交換系統(tǒng)，也都是值得探究的系統(tǒng)，因為它們在多年前就遇到并解決了許多當今P2P技術所面臨的同樣問題。這兩種非常成功的分布式對等網絡技術可以說是P2P技術的萌芽，在最初的P2P應用出現時，許多使用該技術的人們甚至不會使用計算機。然而正是這種孕育著思想的網絡技術為P2P的出現搭建了搖籃。1.4.3 P2P的起步P2P正式步入發(fā)展的歷史可以追溯到1998年，當時，美國波士頓大學的一年級新生，18歲的Shawn Fanning編寫了一個在網上搜索并下載音樂的簡單程序，這個程序就是后來風行全球的Na

40、pster。Napster是一款可以在網絡中下載自己想要的MP3文件的軟件，它同時能夠讓自己的機器也成為一臺服務器，為其他用戶提供下載。在這個網絡中，Napster本身并不提供MP3文件的下載，它實際上提供的是整個Napster網絡的MP3文件“目錄”，而MP3文件分布在網絡中的每一臺機器中，隨時供你選擇取用。在下載的時候并沒有中央資源服務器的概念，而是直接連到另外一臺對等的PC上，相互之間進行資源的交互和傳輸。在Napster中搜索下載音樂的過程可用圖1.13來表示。在圖1.13中，當要找一個名為3的音樂文件時，需要下載此MP3文件的主機，先向中心服務器發(fā)出下載此文件的請求，在索引服務器上搜

41、索此文件，然后服務器會根據其他從Napster客戶端的注冊信息，返回給需要下載的主機存儲著此MP3文件的另一個Napster Client的信息，根據這些信息就可以直接與此Client進行通信，這樣就能完成文件的下載。通過這一系統(tǒng)，可以自由搜索想下載的MP3音樂文件，也可以將自己的資源共享出去，供其他需要的人下載，同時還可以進行多人聊天、在線論壇中進行討論，互相交流等。Napster令無數散布在互聯(lián)網上的音樂愛好者美夢成真，可以不受的限制自由下載音樂。無數人在一夜之內開始使用Napster。有統(tǒng)計數據顯示，在最高峰時Napster網絡有8000萬的注冊用戶，這是一個讓其他所有網絡應用系統(tǒng)望塵莫

42、及的數字。這大概可以作為P2P軟件成功進入人們生活的一個標志。圖1.13 Napster系統(tǒng)中的文件搜索模型圖Napster系統(tǒng)有一個中心服務器，這一服務器并不是傳統(tǒng)的Web服務器，它不對外提供應用服務，也不存放任何實體資源，只是作為實體資源的目錄或索引而存在，因而也稱為目錄服務器。它存放所有文件的元數據信息，如文件的標題和一些簡單的描述信息，以及擁有此文件的結點機器的IP地址。Napster的系統(tǒng)結構如圖1.14所示。在這個系統(tǒng)中，中央服務器的作用只用來存儲索引信息，當有新的結點加入系統(tǒng)時首先要連接目錄服務器并報告自身地址及共享的文件列表。用戶需要某個文件時向目錄服務器提交搜索請求，目錄服務

43、器返回符合搜索要求的所有文件的存儲地址，之后用戶根據對應地址直接從共享此文件的結點處進行文件下載。由于目錄服務器只提供索引服務，而不承擔文件存儲和下載服務，因此它支持上萬結點同時在線。Napster在發(fā)布后迅速流行起來，很快成為增長最快的網絡應用系統(tǒng)。如圖1.15是Napster的系統(tǒng)界面。Napster作為一個文件共享系統(tǒng)，解決了兩個核心的問題：一是用戶必須知道哪些機器上有哪些文件，這樣當用戶提出文件搜索請求時才可以得到正確的匹配結果。二是，當知道這個文件以后，如何與提供此文件的結點機器建立互聯(lián)以實現下載。Napster作為一個純粹的基于P2P技術的文件共享系統(tǒng)在初期取得了巨大成功，第一次驗證了P2P思想在廣域網范圍內的可行性，也證明了P2P技術的優(yōu)越性和巨大應用前景。Napster的巨大成功，直接促成了1999年5月Napster公司的