摘要：全面闡述了P2P和P4P技術(shù)的概念，分析了各自網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了P2P系統(tǒng)中版權(quán)問題、網(wǎng)絡(luò)寬帶危機(jī)和安全問題等關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀以及P2P和P4P技術(shù)二者的對比。通過兩個實(shí)例介紹了P4P的工作原理，最后指出了需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：P2P；版權(quán)問題；網(wǎng)絡(luò)寬帶危機(jī)；P4P

一、P2P概念

對等網(wǎng)絡(luò)（peer-to-peer network，P2P網(wǎng)絡(luò)），以下簡稱P2P。我們較為普遍的把P2P做如下定義[1]：P2P網(wǎng)絡(luò)是一種分布式的網(wǎng)絡(luò)體系，參與者共享他們所擁有的一部分硬件資源（如存儲能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬打印機(jī)等硬件），這些共享資源需要由網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)和內(nèi)容，并且無需經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)就能被其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所直接獲取。

相比較傳統(tǒng)的C/S模式，P2P很大程度弱化甚至取消了服務(wù)器的功能。而且P2P的所有節(jié)點(diǎn)在邏輯上是對等的，也就是說每個節(jié)點(diǎn)既充當(dāng)服務(wù)器，為其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，又充當(dāng)了客戶端，享用其他節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)。

P2P 有許多分類標(biāo)準(zhǔn)，按對等網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)將其分為三類：混合式對等網(wǎng)絡(luò)、無結(jié)構(gòu)對等網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)。P2P的主要特點(diǎn)包含如下：a）去中心化，弱化甚至取消了集中控制概念；b）對等性，各節(jié)點(diǎn)在邏輯功能上對等；c）自組織性，各節(jié)點(diǎn)以自組織的方式互連成一個拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，能夠適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的動態(tài)變化；d）資源共享，相互連接的各節(jié)點(diǎn)是以共享資源為目的的[2]。

二、P2P面臨的問題

伴隨著P2P越來越廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展面臨著三大挑戰(zhàn)：版權(quán)問題、網(wǎng)絡(luò)寬帶危機(jī)和安全性問題。

（一）版權(quán)問題

版權(quán)問題一直以來是長期困擾P2P系統(tǒng)的難題。保證合法的、具有權(quán)限的用戶對數(shù)字媒體內(nèi)容（如數(shù)字圖像、音/視頻等）正常使用的同時，保護(hù)數(shù)字媒體創(chuàng)作者和擁有者的版權(quán)，并根據(jù)版權(quán)信息獲得合法收益，而且在版權(quán)受到侵害時能夠鑒別數(shù)字信息的版權(quán)歸屬及版權(quán)信息的真?zhèn)蝃3]。然而，截至現(xiàn)在，我們在保持P2P系統(tǒng)開放性的同時，如何保護(hù)版權(quán)內(nèi)容仍然是一個難題。當(dāng)前，許多的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)商采取了各種措施進(jìn)行防范，如在線激活、注冊、數(shù)字許可等多種方式，并起到了一定的效果。除技術(shù)外，同時也需要結(jié)合法律的手段，制定相應(yīng)的法律法規(guī)，從而使P2P技術(shù)逐步走上良性發(fā)展的軌道。

（二）網(wǎng)絡(luò)寬帶危機(jī)

由于P2P并發(fā)連接的特點(diǎn)使得P2P應(yīng)用必然消耗大量可用資源，很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，并導(dǎo)致其他互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的性能降低。例如搶占寬帶：如果局域網(wǎng)中有很多人同時使用P2P軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這時P2P節(jié)點(diǎn)上傳和下載數(shù)據(jù)同時進(jìn)行，寬帶就可能達(dá)到上限值，進(jìn)而妨礙網(wǎng)絡(luò)的正常訪問。文獻(xiàn)[4]采用模糊流量優(yōu)化方法：在研究過程中，引入模糊數(shù)學(xué)選優(yōu)理論的思維，對參數(shù)進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)分析，達(dá)到對P2P網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行優(yōu)化目的。對于電信運(yùn)營商而言，互聯(lián)網(wǎng)中P2P流量所造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞會讓電信運(yùn)營商不斷的擴(kuò)容。然而擴(kuò)容所投入的巨大成本往往沒能獲得相對應(yīng)的收益，如果是對P2P流量進(jìn)行限控的話又會降低用戶的感知，因此采取P4P技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行疏導(dǎo)優(yōu)化是一種不錯的選擇。

（三）安全問題

由于P2P是分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這就要求在沒有中心節(jié)點(diǎn)的情況下，P2P可以提供身份的驗(yàn)證、授權(quán)、信息的安全傳輸、數(shù)字簽名、加密等機(jī)制，還要避免大量信息傳輸擁塞、病毒的入侵和惡意代碼攻擊等問題。文獻(xiàn)[4]作者給出的基于CPK的P2P認(rèn)證授權(quán)機(jī)制，其認(rèn)證授權(quán)、簽名在用戶之間進(jìn)行，無需可信第三方參與，是一種無“中心”的運(yùn)行方式，與P2P網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征不謀而合。

現(xiàn)有的信任管理系統(tǒng)大多是集中式的管理方式，因而在P2P環(huán)境下需要新的信任管理模式。在過去的一段時間里，許多信任管理系統(tǒng)被提出，主要有：PGP模式、基于X.509證書的PKI體系和聲望系統(tǒng)等。文獻(xiàn)[5]選擇了適合P2P環(huán)境的SPKI證書。文獻(xiàn)[6]作者分析了傳統(tǒng)訪問控制的缺點(diǎn)，提出一個分簇對等網(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)[7]提出了一個基于團(tuán)體的分布式路由算法（CSDR）及對其安全性擴(kuò)展技術(shù)的研究。

三、P4P定義及工作原理

耶魯大學(xué)的謝海永博士首次提出P4P理論。所謂P4P，是“Proactive network Provider Participation for P2P（電信運(yùn)營商主動參與P2P網(wǎng)絡(luò)）[8]”的簡稱，被譽(yù)為電信級別或者運(yùn)營商級別的P2P文件傳輸系統(tǒng)，它將成為網(wǎng)絡(luò)分享機(jī)制與電信運(yùn)營商之間關(guān)系的歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)[9]。

P4P的工作原理：

（1）當(dāng)peer需要查詢某個資源時，首先通過某種資源定位算法得到存儲該資源的節(jié)點(diǎn)的IP地址列表，然后將該列表傳送給appTracker并向它發(fā)送資源優(yōu)化請求；

（2）AppTracker保存了IP地址與PID的映射表，可將得到的IP地址列表轉(zhuǎn)化為PID列表，并向iTracker尋求來自ISP的指導(dǎo)，iTracker通過政策、信息接口向appTracker返回從請求PID到各個資源PID的Virtual Cost、策略等信息；appTracker還可以向iTracker 請求分配一個固定的高性能的服務(wù)器用于輔助內(nèi)容分發(fā)，iTracker 將通過能力接口將服務(wù)器的地址返回給appTracker；

（3）AppTracker通過權(quán)衡P2P應(yīng)用的需求和iTracker提供的信息，從資源節(jié)點(diǎn)的列表中選擇一組效率較高的Peer，并將所選擇的節(jié)點(diǎn)的PID列表映射為IP址列表，若有iTracker回復(fù)的服務(wù)器的地址，則把它一起加入到返回的peers列表中；

（4）AppTracker將返回節(jié)點(diǎn)列表發(fā)送給請求節(jié)點(diǎn)，然后請求節(jié)點(diǎn)與資源節(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)或服務(wù)器）直接建立連接，進(jìn)行資源的下載。

下面是根據(jù)上述描述給出的的兩個應(yīng)用實(shí)例。

實(shí)例1：圖1是一個appTracker用Virtual Cost和Policy接口向iTracker查詢網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?狀態(tài)、策略信息的例子。

圖1 實(shí)例1

由圖可知，P2P應(yīng)用跨越了ISP A和ISP B兩個網(wǎng)絡(luò)，每個ISP都有一個在自己的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)運(yùn)行的iTracker。在啟動時，peer a和peer b獲得自己的PID和ASN（Autonomous System Number-自治系統(tǒng)號），然后向appTracker注冊并將這些信息交給appTracker，appTracker綜合P2P應(yīng)用的需求和這些網(wǎng)絡(luò)信息，更加有效的指導(dǎo)P2P應(yīng)用的資源調(diào)度。虛線部分是在沒有appTracker的情況下，用戶直接和iTracker進(jìn)行通信。

實(shí)例2：圖2所示例子展示如何過Capability接口向iTracker查詢網(wǎng)絡(luò)能力信息。

圖2 實(shí)例2

此例中appTracker向iTracker B發(fā)送請求，要求ISP B分配一個固定的高性能的服務(wù)器用于輔助內(nèi)容的分發(fā)。ITracker B將分配的服務(wù)器的地址作為應(yīng)答發(fā)送給appTracker。AppTracker將該服務(wù)器的地址記錄下來，并加入到給peer a返回的peers列表中，從而提高了P2P應(yīng)用的能力。

四、P2P和P4P的比較

P4P和P2P最大的區(qū)別在于交換的機(jī)制。P2P過于強(qiáng)調(diào)“對等”，每個節(jié)點(diǎn)之間的交換完全是無序的。而P4P則可以協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，能夠有效選擇節(jié)點(diǎn)，從而提高網(wǎng)絡(luò)路由效率[10]。

美國 Verizon Communications、ATT、Comcast和歐洲 Telefonica Group在網(wǎng)絡(luò)上對P4P通訊能力進(jìn)行現(xiàn)場測試。Verizon的測試結(jié)果顯示：在P4P的參與下，P2P網(wǎng)絡(luò)用戶的下載速率提高將近60%，使用光纖下載的用戶速率更是提高兩倍多，甚至是六倍之多；ISP內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸距離減少84%，其中“同城交換”的數(shù)據(jù)有58%，而傳統(tǒng)P2P網(wǎng)絡(luò)“同城交換”的比例卻只有P4P的十分之一。正是由于這些優(yōu)勢，P4P已經(jīng)得到了美國不少通信和有線網(wǎng)絡(luò)巨頭如Verizon、ATT和Comcast等的大力支持和推動。

總的來說，P4P與P2P的對比較：一方面我們看到邊緣網(wǎng)絡(luò)、地區(qū)路由和互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)呢?fù)荷不同；另外一方面，可以看到下載速度上面，P4P有了質(zhì)的提升。

五、P4P發(fā)展前景

無論如何，P4P相對于P2P是一個非常重要的進(jìn)步，也為共享問題提供了新的研究方向，相信P4P最終將會拓寬到整個P2P網(wǎng)絡(luò)，并替代原有的P2P。隨著解決方案的不斷更新，一些問題也逐漸出現(xiàn)：

（1）怎樣去設(shè)計(jì)簡單有效、可擴(kuò)展的接口，是P4P要面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。P4P己經(jīng)和原有的的P2P應(yīng)用整合過，但是新型的P2P應(yīng)用層出不窮，所以相關(guān)接口也必然要隨之發(fā)展，必然增加P4P技術(shù)的難度系數(shù)。

（2）完善P4P會是一個耗時長的過程。P4P技術(shù)主要包含有數(shù)據(jù)平面、管理平面和控制平面，目前的大量研究工作主要集中在控制平面。反之，數(shù)據(jù)平面和管理平面的研究涉獵很少。因此，要將P4P發(fā)展的更為完善，就需要在其技術(shù)發(fā)展上投入大量的時間和精力。

總的來看，P4P的工作目前還處于初期，未來還有很多工作需要完成，規(guī)則也需要標(biāo)準(zhǔn)化。由于P2P自身的標(biāo)準(zhǔn)化還不是很成熟，所以P4P的標(biāo)準(zhǔn)化可能需要更長時間。但我們堅(jiān)信，P4P很將會在中國互聯(lián)網(wǎng)市場蓬勃發(fā)展，并為中國的互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加可靠、迅捷的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

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