SIP-P2P通信网络研究与设计.pdf

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1、中山大学硕士学位论文SIP-P2P通信网络研究与设计姓名：王方金申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：张晓瑜20100602摘要SlP-P 2 P 通信网络研究与设计专业：通信与信息系统硕士生：王方金指导老师：张晓瑜讲师摘要随着3 G 牌照的发放，运营商间的竞争也日益激烈，各运营商都在积极地提供富有个性的新业务。目前中国移动，中国电信等运营商正在准备部署下一代通信网络I M S。I M S 主要采用S I P 进行呼叫控制，与接入端无关，能够灵活提供多种业务。同时从架构来看，分布化，均质化，自组织以及智能路由是网络发展的趋势，传统的C S 模式存在多种固有的问题，因此基于S I P

2、协议的网络一旦服务器出现故障便可能导致无法通信；而P 2 P 的优点使它具备解决传统C S 问题的天然特性，可以很好地解决传统C S 结构的弊病。在理论分析方面，论文首先分析了国内主要运营商对P 2 P 和S I P 的研究以及部署情况，指出了P 2 P 技术以及S I P 协议在当前电信网络中存在的问题。其次研究了P 2 P 技术与主流P 2 P 算法，深入分析了其中的C h o r d 算法结构。随后主要研究了S I P 协议的的特点以及S I P 会话的建立，维护，断开等过程，研究其实现方法；并对相关协议体系结构进行了补充探讨。在实现方面，论文在参考了I E T F相关草案的基础上提出了

3、基于P 2 P 的S I P 通信网络系统的实现方案，利用P 2 P的优势克服S I P 协议集中式构架带来的单点失效等性能劣势，从而保证通信网络的可靠性。论文给出了该通信系统构架模块的功能，并对其中的部分功能进行了实现，结果表明它能满足通信系统的基本要求，从而初步验证了该系统的可行性。关键词：P 2 P，S I P，C h o r d 路由算法A B S T R A C TR e s e a r c ha n dD e s i g no nS I P P 2 PC o m m u n i c a t i o nN e t w o r kS y s t e mM a j o r：C o m m

4、 u n i c a t i o na n dI n f o r m a t i o nS y s t e mN a m e：F a n g ji nW a n gS u p e r v i s o r：L e c t u r e r X i a o y uZ h a n gA B S T R A C TW i t ht h el i c e n s e so f3 Gr e l e a s e d，t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e no p e r a t o r si si n c r e a s i n g l yd r a m a t i c；

5、a l lt h eo p e r t a t o r so fC h i n aa r ed o i n gt h e i ru t m o s tt op r o v i d en e wp e r s o n a l i z e ds e r v i c ei no r d e rt oa t t r a c tm o r ep e o p l e C u r r e n t l y,C h i n aM o b i l ea n dC h i n aT e l e c o ma r ep r e p a r i n gt od e p l o yt h eI PM u l t i m

6、e d i aS u b s y s t e m(I M S)，w h i c hm a k e s 暇o ft h eS I Pp r o t o c o lt op r o v i d es e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n I M Sc a nw o r kw i t h o u tc o n s i d e r i n gc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l s，a n di t Sq u i t ef l e x i b l et od e p l o yn e ws e r v i c e s

7、 I nr e s p e c to ft h ea r c h i t e c t u r eo fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k,c h a r a c t e r ss u c ha sd i s t r i b u t e d，h o m o g e n i z e d,s e l f-o r g a n i z e d，a n di n t e l l i g e n tr o u t 迦a r eb e c o m i n gi r r e s i s t i b l e T h e r ea l em a n yd r a w b a

8、 c k si nt r a d i t i o n a lC Sc o m m u n i c a t i o nm o d e l,h o w e v e r S oi st h ea r c h i t e c t u r eb a s e do nS I Pp r o t o c o l,i tm a yb ep a r a l y z e di ft h es e r v e rf a i l s T h ea d v a n t a g e so fP 2 Pt e c h n o l o g ym a k ei to w nt h en a t u r a lm e r i t

9、so fs o l v i n gt h e s ep r o b l e m s，t h e r e f o r eb e c o m i n gt h ej u s to p t i o n I nt h et h e o r e t i c a la s p e c to ft h i sp a p e r,f i r s t l yi ta n a l y z e st h ec i r c u m s t a n c e so fr e s e a r c ha n dd e p l o y m e n to nt h eP 2 Pt e c h n o l o g ya n dt

10、h eS I Pp r o t o c o lw i t hr e s p e c tt ot h ed o m e s t i co p e r a t o r s，a n dp o i n t so u tt h e i rc u r r e n tp r o b l e m s S e c o n d l y,t h i sp a p e rs t u d i e st h eP 2 Pt e c h n o l o g ya n di t sa l g o r i t h m si nt h em a i n s t r e a m,p a r t i c u l a r l yt h

11、 eC h o r da l g o r i t h m T h e nt h i sp a p e rs t u d i e st h ef e a t u r e so fS I Pp r o t o c o la n dt h ep r o c e s so fs e s s i o n Se s t a b l i s h m e n t，m a i n t e n a n c ea n dt e r m i n a t i o n；m e a n w h i l em a k e s$0 1 1 孵s u p p l e m e n t a r yd i s c u s st ot

12、h es y s t e ma r c h i t e c t u r e A sf o rt h er e a l i z a t i o n,t h i sp a p e rb r i n g su pt h eS I P-P 2 Pc o m m u n i c a t i o ns c h e m ei nr e f e r e n c et ot h eI E T F SP 2 P S I Pd r a f t T l 硷s c h e m em a k e sf u l lu o ft h em e r i t so fP 2 Pt e c h n o l o g yt oo v

13、e r c o m et h ep r o b l e m si nt h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ku s i l l gS I P；t h u sg u a r a n t e e st h en e t w o r kr e l i a b i l i t y M e a n w h i l et h i sp a p e rg i v e sd e t a i l sa b o u tt h ef u n c t i o nm o d u l e si nt h eS I P-P 2 Ps y s t e mI l lA B s T

14、R A C Ta r c h i t e c t u r e，a n dm a k e ss o I I 把o ft h e mi m p l e m e n t e d T h eo u t c o m es h o w st h a tt h i ss y s t e mc a nm e e tw i t ht h eb a s i cr e q u i r e m e n t so fc o m m u n i c a t i o n；t h e r e b yp r e l i m i n a r yp r o v e si t sf e a s i b i l i t y K e y

15、w o r d s：P 2 P,S I P,C h o r dR o u t i n gA l g o r i t h mI V原创性声明本人郑重声明：原创性声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：歪j 寻盒日期：劫l D 年0 6 月0 2 日学位论文使用授权声明本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门

16、或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。学位论文作者签名：至旁金日期：黝D 年D 6B 0 2 日导师签名：绊晓榆日期：如b 年6 月弓日第l 章绪论1 1 课题背景第1 章绪论随着国家3 G 牌照的发放，运营商问的竞争也日益激烈，各大运营商(移动，电信，联通)要保证盈利，实现长远发展就要吸引更多的用户，保证用户的忠诚度与粘度。而吸引用户的重要手段之一就是不断提供富有个性的新业务，只有凭借价格优势和独特的业务才能在竞争中取得一席之

17、地。但是由于传统的P S T N 网的业务控制与承载耦合性极高，属于不可分割的网络，因此导致在P S T N 网络上开发新的业务很难，针对不同用户提供个性化业务更难。与传统电话网相比，分组网传送话音具有成本低、利润高、价格便宜、容易推出新业务等很多优势，分组电话逐渐成为发展方向之一，这也是下一代网络的重要特性之一。目前N G N(N e x tG e n e r a t i o nN e t w o r k)有两种信令协议可以选择：S I P 1】(S e s s i o nI n i t i a t i o nP r o t o c 0 1)和H 3 2 3 1 2 1。H 3 2 3 由I

18、 T U 站在传统运营商的角度提出，沿用的是传统电话信令模式，将V o I P 电话作为传统电话来处理，但是信息的传输方式发生了改变，由电路交换变成了分组交换。作为运营商，部署H 3 2 3要保证与当前网络的兼容性，可控性以及管理性等因素，因此是复杂的通信协议族，理解和实现起来比较困难。与H 3 2 3 相比，S I P 则较为简单，类似H T T P 协议，是作为I n t e r a c t 的一种应用而提出的；它只负责一个或多个参与方的终端设备会话的建立，控制以及会话的结束这些初始化工作；至于其他的细节，如编码，传送方式等S I P 并不涉及，而是通过其他的协议来协调实现。S I P 独

19、立于底层网络传输协议和媒体，是一种应用层的信令协议；因此较为灵活，具有很好的可扩展性。同时它也是开放的，开发人员可以通过开放的A P I 较容易地为通信网络添加新功能，可以缩短新业务应用的开发周期，运营商由此可以快速地部署全新的服务。而如果使用H 3 2 3 或S S 7 3】标准，则提供商必须等待可以支持这种新媒体的协议新版本。S u nM i c r o s y s t e m s 的J a v aC o m m u n i t yP r o c e s s 等组织正在使用通用的J a v a 编程语言定义应用编程接口(A P I)，以便开发商能够为服务提供商l中山大学硕士学位论文和企业构

20、建S I P 组件和应用程序【4】。S I P 比较典型的应用服务包括市话和长途电话技术、在线服务、即时消息、视频点播、C e n t r e x(C E N T R a lE x c h a n g e)如当前移动的短号业务、多媒体电话(M M T E L)、多媒体彩铃业务(M R B T，M u l t i m e d i aR i n gB a c kT o n e)如企业明信片：呼叫者在拨打某个企业电话的时候会出现该企业的图片以及介绍等，该业务目前在中国移动已经实现。在S I P 设备方面，爱立信也早已开发出支持S I P信令和业务的硬件，目前以上介绍到的业务爱立信均已在硬件和软件上实

21、现。如今很多I P 电话、用户代理、网络代理服务器、V O I P 网关、媒体服务器和应用服务器都在使用S I P。由于S I P 独立于传输层，因此可以充分利用成熟的I P 分组网络，运营商也认识到S I P 技术对于他们的深远意义，对于急于部署高级智能网络(A I N)的运营商，使用S I P 均可容易地实现以上呼叫等待、主叫号码识别以及其他多媒体服务高级通信服务的功能部署，因此S I P 已经成为了下一代网络的核心协议，并在通信领域得到了普遍应用。所以各大运营商都在紧锣密鼓地规划下一代网络，希望提供新一代基于I P 的电信服务。一方面目前中国移动，中国电信等运营商正在积极准备部署基于S

22、I P 协议的下一代通信网络I M S。I M S(I PM u l t i m e d i aS u b s y s t e m)是3 G P P 在R e l e a s e5 版本提出支持I P 多媒体业务的子系统，它的核心特点是采用S I P 进行呼叫控制、与接入无关和能够灵活提供多种业务等。I M S 为未来的多媒体应用提供一个通用的业务平台，它是向A L LI PN e t w o r k 业务提供体系演进的重要一步。中国移动目前已经在深圳部署了采用S I P 信令的I M S 体系架构试点。该试点初期以C M N E T 网进行接入测试，已经能够实现当前S S 7 能够实现的所有

23、功能，而且增加了很多传统运营商不具备的多媒体业务，如一号通，M M T E L，多媒体会议等等。迄今为止，S I P 已经被选作为下一代移动网络的会话控制机制，相信大规模部署采用S I P 会话控制信令的通信网络在不远的将来即可实现。另一方面对P 2 P 技术而言，中国移动同时也提出了D S N 网络架构。该网络基于P 2 P 为主的分布式技术，面向移动互联网业务，具有电信级营运能力，属于位于业务和承载网络之间的核心网络，该系统由于利用了P 2 P 技术，因此具有协同工作的优点，有良好的可扩展性和可靠性，可以大大减轻运营商的维护和配置。2第1 章绪论由此可见，无论是下代网络I M S 所采用的

24、核心协议S I P，还是可以构建D N S 网络的P 2 P 技术，它们都已经成为当今的热门课题，本文正是综合考虑二者的优缺点，提出了将二者结合的通信模式。1 2 当前电信网络架构方面的挑战从电信网络架构来看，电信网络正从各种相互独立，各自分离的业务网逐渐融合到基于I P 承载的多业务网，在网络的发展方向，分布化，均质化，自组织，智能路由以及高性价比是大势所需。I M S 有望以统一的架构，融合各种接入网，一统一的业务提供机制为用户提供各种多媒体业务。作为I P 的核心网控制层，I M S 可以支持会话类和非会话类多媒体业务，其核心特点是采用S I P 协议【5 l。但从目前的情况来看，大部分

25、采用S I P 协议的电信网络架构如目前中国移动的I M S 测试网络都是基于传统的C S 集中式控制，在C S 的传统通信网络模式下，系统利用一个中央化的资料库，给用户建立一个固定的账号、以及动态I P 地址间的映射。这将不可避免地造成系统内部设备负载分担不平衡的现象，同时，C S 结构会随着用户的增多而呈现出多种固有的问题：在用户基数增加到一定的数目后，资源耗费会非常大，比如服务器停止响应，服务器数量要随之增加，对每个中心服务器的鲁棒性，安全性要求变高，单点失效等问题都会随之出现。S I P 协议的一个缺点就是注册代理一旦出现故障就会崩溃，成为单点失效问题，所以S I P 系统要有很强的备

26、份，保证网络管理安全。具体到下一代通信网络I M S 系统而言，C S C F 将完全取代目前通信网络中的M S C 功能，因此传统的M S C重要节点容灾问题将转变为C S C F 的容灾问题。而P 2 P 作为近年来的一个热点研究技术无疑可以很好地解决传统上C S 结构的弊病，对照P 2 P 的优点，可以说P 2 P 具有解决传统C S 问题的天然本质。基于P 2 P 的S I P 系统S I P P 2 P 将S I P 和P 2 P 结合起来，利用P 2 P 的优势克服了S I P 系统集中式的系统结构带来的单点失效、性能瓶颈等问题，自然可以解决下一代通信网络I M S 体系结构重要节

27、点的单点故障问题，从而保证通信网络的可靠性。利用P 2 P 网络实现S I P 用户的定位是S I P P 2 P 系统的核心思想，自然也就成为S I P P 2 P 研究中的一项重点内容。1 3 国内外S I P 与P 2 P 结合技术的研究现状3中山大学硕士学位论文S I P 出现于二十世纪九十年代中期，源于哥伦比亚大学计算机系副教授H e n n i n gS c h u l z r i n n e 及其研究小组的研究。1 9 9 6 年，他向I E T F 提交了一个草案，其中包含了S I P 的重要内容。1 9 9 9 年，S h u l z r i n n e 在提交的新标准中删除

28、了有关媒体内容方面的无关内容。随后，I E T F 发布了第一个S I P 规范，即R F C 2 5 4 3，接着于2 0 0 1 年发布了S I P 规范R F C 3 2 6 1。P 2 P 是目前非常热门的应用【6】。自1 9 9 9 年以来，P 2 P 的研究一直是国外知名学府如美国麻省理工学院，加州大学伯克利分校等以及知名企业的研发机构如微软【7 1、诺基亚研究院、S U N、I n t e l 关注的重点。除了背景中提到的中国移动研究院的D N S 网络外，国外亦有许多P 2 P 研究的学术团体；主要包括P 2 P 工作组(P 2 P W G)，全球网格论坛(G l o b a

29、lG r i dF o r u m，G G F)等。P 2 P W G 成立的主要目的是加速P 2 P 计算基础设施的建立和相应的标准化工作，目前它已经和G G F合并，由该论坛管理P 2 P 计算相关的工作，G G F 负责网格计算和P 2 P 计算等相关的标准化工作【引。在结合P 2 P 技术与S I P 协议各自的优点方面，目前的发展仍然处于萌芽阶段。美国哥伦比亚大学的K S i n g h 和S c h u l z r i n n e 也提出了P 2 P S I P 协议，实现了S I P语音通信。美国威廉与玛丽学院的D B r y a n 和C J e n n i n g s 在2

30、0 0 5 年7 月1 8 日向I E T F 提交了第一份关于S I P 注册和资源定位的P 2 P 方法草案，他们提出了主要针对S I P 即时消息的S O S I M P L E 9】协议。P 2 P S I P 草案的大部分内容仍未明确，还存在很多问题。例如在命名空间方面，如何保证无需集中授权的同时又可以保证安全性；在数据库结构方面，出于S I P 客户机的利益，一旦企业需要将代理服务器加入P 2 PS I P 网络之中，数据库结构将很容易变得低效【l o】。此外，网络的通信需要建立相同的协议才得以进行，而P 2 P S I P 中尚未对通信协议做出标准【1 1 1。目前P 2 P S

31、 I P 的研究非常活跃，I E T F 已经成立一个专f-Jd,组讨论P 2 P S I P【1 2 1。该小组已经提出一个新的互联网草案协议：AP 2 PA p p r o a c ht oS I PR e g i s t r a t i o na n dR e s o u r c eL o c a t i o n ”】。该草案讨论了基于C h o r d 的P 2 P S I P 系统如何通过扩展S I P 的注册请求来定位S I P 节点，并且试图让该草案协议与已有的使用S I P 的设备兼容。对C h o r d 算法而言，由N 个节点组成的通信网络，只需要o(1 0 9)的路由跳数

32、就可以在系统中定位到节点。此外，美国哥伦比亚大学的K S i n g h 和S c h u l z r i n n e 也提出了P 2 P S I P 协议【4 5 1，实现了S I P 语音通信。美国威廉与玛丽学院的D B r y a n 和C J e n n i n g s 在2 0 0 5 年7 月1 8 日向I E T F 提交了第一份关4第1 章绪论于S I P 注册和资源定位的P 2 P 方法草案，他们提出了主要针对S I P 即时消息的S O S I M P L E 协议【1 4 1，另一方面，P 2 P 与S I P 结合的研究领域中大部分为P 2 P S I P架构，而S I

33、 P P 2 P 架构的研究并不多见。随着通信网络的发展，人们提出，可运营的P 2 P 与S I P 相结合的通信系统需要保证持续业务的提供能力，具各自适应负载均衡能力，宽带汇聚能力以及分布式存储能力，P 2 P 技术具有解决以上问题的天然本质，这对P 2 P 的发展来说无疑是一个良机。1 4 论文研究内容与结构安排本论文围绕S I P 协议和P 2 P 技术进行展开。研究的内容包括：从实际生活中运营商的角度出发，介绍P 2 P 与S I P 相结合的主要研究方向以及发展情况，对目前P 2 P S I P 融合的研究现状进行了说明；研究了P 2 P 技术与主流P 2 P 算法，对其中的C h

34、o r d 算法结构作了深入的分析；研究了S I P 协议的特点，S I P 会话的建立、维护和断开等过程，及其实现方法；提出了一个基于P 2 P 的S I P 通信网络系统的实现方案，以及对系统模块功能进行了具体的设计；利用开源的P a r t y s i p 项目和o S I P 开发库实现了部分的系统功能。本论文结构安排如下：第一章为绪论，主要分析了国内主要运营商对P 2 P 和S I P 的研究以及部署情况，P 2 P 技术以及S I P 协议在当前电信网络中存在的问题；介绍了目前国内外S I P 与P 2 P 结合技术的研究现状。第二章主要研究了P 2 P 技术，并对当前的P 2 P

35、 主流路由算法的优点与缺陷进行分析和比较。第三章研究S I P 协议；并分别对二者进行优点与存在的缺陷进行比较和分析。第四章针对现有S I P 的C S 架构存在的问题提出了基于S I P-P 2 P 的通信网络融合方案。在结合具体设计过程分析了S I P-P 2 P 的特点基础上，重点研究了S I P-P 2 P 的路由原理算法和其涉及的关键技术，详细阐述了S I P P 2 P 融合的解决方案。第五章对设计的S I P P 2 P 通信系统给出了部分的具体实现。第六章对全文进行了总结并指出进一步研究的方向。S中山大学硕士学位论文第2 章P 2 P 技术本章主要研究了P 2 P 技术，分别从

36、P 2 P 技术的概念，P 2 P 主要特性，P 2 P 技术的应用，P 2 P 网络的拓扑以及P 2 P 的路由算法进行了相关分析。其中重点研究了P 2 P 的路由算法。2 1P 2 P 技术概念从互联网产生到繁荣的过程来看，互联网得以发展的内在动力以及根本原因在于人类对信息交流以及获取的天然需求，其产生理念在于共享，自由，平等。共享可以将不同地域的各种资源聚拢在一起，让网络中的节点可以互相交换信息，降低了沟通和交易的成本；而自由平等的发展哲学使得网络世界逐渐向扁平化的构架发展。从这种意义上来说以往依靠非对称而构筑起来的网络体系会被彻底地打破；而共享，平等，促进信息沟通，以更低的成本以及更高

37、的效率实现信息的交流和获取是发展中的必然产物；发展过程中产生的P 2 P 技术则顺理成章地成为这种理念的继承者。目前业界对P 2 P 的具体定义还未形成统一的说法，与其说P 2 P 是种技术或者协议不如说是一种理念，这是因为P 2 P 本质上是一种基于共享，自由，平等理念而形成的知识体系。所以它的产生引起互联网的巨大变化，对传统的交流方进行了变革。尽管P 2 P 的定义未有权威定义，但是我们可以分别从词源，学术研究，以及产生的思想这三个方面来认识研究这个整体。词源来看P 2 P 是p e e r-t o p e e r 的缩写。简单的说，P 2 P 是一种逻辑上的覆盖网，它可以存在于物理层，传

38、输层，应用层等，在这个逻辑的网络结构体中，每个节点都能够与其他节点进行互动，既充当服务器又充当客户端，从而形成对等网，由此协作完成相应的功能，因此P 2 P 本意可理解为称为对等联网。从学术研究方面来看，K e i t hWR o s s(P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y)和D a nR u b e n s t e i n(C o l u m b i aU n i v e r s i t y)则对P 2 P 系统从以下3 个定义进行了描述【15】：(1)相比中心服务器而言有明显的自治性(A u t o n o m y)。6第2 章P 2 P 技术

39、(2)利用网络边缘的资源，如存储计算能力和信息资源。(3)网络边缘的资源处在动态的变化中(新的资源加入，已有的资源消失)。将以上三点综合起来不难发现P 2 P 整体的本质：自愈性，对等性，鲁棒性。P 2 P 网络通过中间件充分利用网络中参与者的计算能力和带宽资源避免了资源的浪费，改变互联网当前以服务器为中心的状态，重返“非中心化。从另一个角度认识P 2 P，P 2 P 可以看作是一种思想，它的出现让人们对互联网的认识发生了根本性的改变，从以往类似C S 的非平等主从网络结构再次回归到了对等扁平网络，将互联网的发展哲学重新修正回到了本质：自由，平等和共享，改变了整个互联网。从这种意义上讲P 2

40、P 也可以说是一种社会需求的使然。2 2P 2 P 主要特性与传统网络架构相比，P 2 P 具有优秀的特性【M】，但总体的特性可以归纳为以下几点：(1)非中心化。P 2 P 网络中信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行，网络中的资源以及服务均分散在各个结点上，不需要中央服务器的参与，整个网络体系是全分布的，避免了传统C S 可能存在的瓶颈，同时带来了可扩展性、健壮性等方面的优势。(2)优秀的可扩展性。在P 2 P 网络中，由于每个节点既是其他节点的客户端也是其他节点的服务器，为之提供各种资源以及服务，因此随着用户的加入，系统整体的资源和服务能力也在同步扩充，能够较好地满足用户的需要。(3)

41、良好的健壮性。由于服务是分散在各个结点之间进行的，部分结点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小。当出现部分结点失效的情况，网络会采用不同的拓扑构造方法，根据网络带宽、结点数、负载等变化不断自适应地调整拓扑结构，通过自动调整机制重构整体拓扑，保持与其他结点的连通性。(4)隐私保护在P 2 P 网络中，在P 2 P 中，所有参与者都可以提供中继转发的功能，由于信7中山大学硕士学位论文息的传输分散在各结点之间进行，无需中心服务器，用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小，因而大大提高了匿名通信的灵活性和可靠性，能够为用户提供更好的隐私保护。没有中心服务器进行监管，这个优点也成为了P 2 P 系统的缺

42、点，这种特性导致了它在网络的可控性方面并不令人满意，尤其是对运营商而言。(5)较高的性价比。采用P 2 P 架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通结点，将计算任务或存储资料分布到所有结点上，因此可以充分利用网络节点的计算能力以及存储等各种资源，达到高性能计算和海量存储的目的，如当前国内移动基于开源软件推出了大云(B i gC l o u d)1 5 版本平台【1 7 J，国外公司如亚马逊，谷歌，I B M 等部署的云计算服务便是利用分布式网络为许多企业节省购买大型服务器的成本的例子。此外，P 2 P 网路还具有负载均衡的特性。P 2 P 网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机，减少了对传

43、统C S 结构服务器计算能力、存储能力的要求，因为资源分布在多个节点，因此也更好的实现了整个网络的负载均衡。2 3P 2 P 技术的应用P 2 P 技术所具有的优秀特性(见2 2)使得它在实际的应用有着广泛的发展空间，主要体现在以下几个方面：(1)海量数据的存储。P 2 P 分布式存储系鲥1 8】是一个用于对等网络的数据存储系统。利用P 2 P 技术可以提供高效率的、鲁棒的和负载平衡的文件存取功能，因此它常用于海量容量的存储。应用的实例主要包括：O c e a n S t o r e 19 1，F a r s i t e f 2 0 1 等。其中，基于超级点结构的半分布式P 2 P 应用如K

44、a z z a 2 1 1，E d o n k e y l 2 2 1，B i t t o r r e n t 2 3】等也是属于分布式存储的范畴，并且用户数量急剧增加【2 4 1。(2)计算能力的共享。P 2 P 对等网络中的节点除了可以共享存储能力之外，还可以共享C P U 处理能力，以此实现计算能力的分布式。目前已经有了一些基于对等网络的计算能力共享系统。如由伯克利大学开展的寻找外星生命的S E T I ,h o m e t”1；1 9 9 9 年，8第2 章P 2 P 技术S E T I h o m e 就开始用P 2 P 来分析行星的无线电讯号，寻找宇宙可能存在其他外星文明的证据。借

45、助P 2 P 技术可以充分利用所有参与研究计划者闲置的电脑来执行庞大复杂的运算，然后再把结果传到S E T I h o r n e 总部。到2 0 0 2 年为止共有2 4 0 多万人为S E T I h o m e 贡献出了其闲置的电脑处理能力，这些电脑每天平均发挥的效能已经超过了全球造价最高，运算最快的超级电脑。目前S E T I h o m e采用的仍然是类似于N a p s t e r 的集中式索引策略。剑桥大学的X e n o s e r v e r s t 2 6 1 项目向真正的对等应用又迈进了一步，该项目的目标是建立一个公开的广域的分布式计算网络。X e n o s e r v

46、 e r s 利用了P 2 P 技术实现网络负载平衡，减少拥塞；让所有组织和用户以灵活的方式在这个软件平台之分享计算资源，为参与者提供一个开放的平台。亚马逊已经采用X e n o S e r v e r 开始了云计算的部署【2 刀，X e n o S e r v e r s 项目已被看作云计算的先驱。(3)P 2 P 应用层组播。应用层组播可以避免因网络层不能部署对组播的支持而导致组播应用难以进行的情况，将组播的功能从网络层移到应用层。应用层组播需要在参加的应用节点之间实现一个可扩展的，支持容错能力的重叠网络，而D H T 路由机制恰好为应用层组播的实现提供了良好的平台。当前国内的P P l

47、i v e t 2 s l 便采用了基于应用层组播(A L M)的流媒体发布和传输技术，P P l i v e 结合了P 2 P 和I P T V 的技术，利用P 2 P 原理在最大程度上降低了端服务器的负载和带宽问题的瓶颈，使多用户能够同时在线欣赏流畅的节目内容。(4)即时消息与网络电话的应用P 2 P 技术在许多方面弥补C S 方式本身的不足，不存在因某个节点故障而导致整个通信系统的瘫痪；它建立了互联网上的一种新的应用模式，为实现新的互联网应用提供了良好的基础；很多基于P 2 P 的通信应用由此应运而生。例如国外著名的S k y p e 2 9 。作为网络即时语音的沟通工具，它可以让位于S

48、 k y p e 网络中的节点用户与其他用户语音进行高质量的通话；允许用户拨打国内国际电话，包括固定电话、手机、小灵通；可以实现呼叫转移、短信发送等功能；同时它也具备I M 的各种功能：视频聊天、多人语音会议、多人聊天、传送文件、文字聊天等功能。它的出现改变了电信业的发展，也让人们之间的交流变得更加灵活、更加节约成本。9中山大学硕士学位论文(5)D N S 服务除了以上的应用之外，P 2 P 技术还被用来实现D N S 服纠3 0 1。可以使用基于C h o r d 的实现，为用户提供地址解析的能力。其中主机名称经过哈希运算后得到的结果作为k e y l 3 1 1，I P 地址经过哈希运算后

49、作为v a l u e 保存，这样便可以形成(k e y，v a l u e)映射。基于C h o r d 协议的D N S 服务不需要中央服务器，而传统服务器则依赖于根服务器，因此具有很好的健壮性。随着经济的快速发展，各个企业对资源的需求亦与日俱增，而在当前的技术发展阶段中，P 2 P 技术具有明显的降低成本并提高生产力的潜力，它的发展以及应用对信息产业的发展无疑具有正面的推进的作用。2 4P 2 P 网络的拓扑结构分类与研究从节点的中央化程度来讲，可以将P 2 P 分为：纯P 2 P 结构，杂P 2 P 结构如B T 以及混合P 2 P 结构如S k y p e；其主要区别在于是否需要中心

50、服务器保存网络中的节点信息，建立索引机制，并对之做出响应。纯P 2 P 结构不存在中央服务器，在该网络中每个节点都是服务器同时也是客户端，杂P 2 P 结构则通过部署中央服务器来实现检索等相应功能；由于纯P 2 P 结构在管理上存在一些安全问题，所以混合P 2 P 受到了广泛的青睐，混合P 2 P 结构结合了纯P 2 P 结构与杂P 2 P结构二者的优点同时摒弃了不足，混合P 2 P 架构中会根据某种算法选取出性能较强的节点充当超节点(S u p e r n o d e)以此取代了中央服务器，由于超节点的选取始终处于动态的学习状态中而且这些节点均来自于网络，所以避免了杂P 2 P结构的单点失效