Одна из первых пиринговых сетей, создана в 2000 г. Она функционирует до сих пор, хотя из-за серьезных недостатков алгоритма пользователи в настоящее время предпочитают сеть Gnutella2 .

При подключении клиент получает от узла, с которым ему удалось соединиться, список из пяти активных узлов; им отсылается запрос на поиск ресурса по ключевому слову. Узлы ищут у себя соответствующие запросу ресурсы и, если не находят их, пересылают запрос активным узлам вверх по “дереву” (топология сети имеет структуру графа типа “дерево”), пока не найдется ресурс или не будет превышено максимальное число шагов. Такой поиск называется размножением запросов (query flooding).

Понятно, что подобная реализация ведет к экспоненциальному росту числа запросов и соответственно на верхних уровнях “дерева” может привести к отказу в обслуживании, что и наблюдалось неоднократно на практике. Разработчики усовершенствовали алгоритм, ввели правила, в соответствии с которыми запросы могут пересылать вверх по “дереву” только определенные узлы - так называемые выделенные (ultrapeers), остальные узлы (leaves) могут лишь запрашивать последние. Введена также система кеширующих узлов.

В таком виде сеть функционирует и сейчас, хотя недостатки алгоритма и слабые возможности расширяемости ведут к уменьшению ее популярности.

Недостатки протокола Gnutella инициировали разработку принципиально новых алгоритмов поиска маршрутов и ресурсов и привели к созданию группы протоколов DHT (Distributed Hash Tables) - в частности, протокола Kademlia, который сейчас широко используется в наиболее крупных сетях.

Запросы в сети Gnutella пересылаются по TCP или UDP, копирование файлов осуществляется через протокол HTTP. В последнее время появились расширения для клиентских программ, позволяющие копировать файлы по UDP, делать XML-запросы метаинформации о файлах.

В 2003 г. был создан принципиально новый протокол Gnutella2 и первые поддерживающие его клиенты, которые были обратносовместимы с клиентами Gnutella. В соответствии с ним некоторые узлы становятся концентраторами, остальные же являются обычными узлами (leaves). Каждый обычный узел имеет соединение с одним-двумя концентраторами. А концентратор связан с сотнями обычных узлов и десятками других концентраторов. Каждый узел периодически пересылает концентратору список идентификаторов ключевых слов, по которым можно найти публикуемые данным узлом ресурсы. Идентификаторы сохраняются в общей таблице на концентраторе. Когда узел “хочет” найти ресурс, он посылает запрос по ключевому слову своему концентратору, последний либо находит ресурс в своей таблице и возвращает ID узла, обладающего ресурсом, либо возвращает список других концентраторов, которые узел вновь запрашивает по очереди случайным образом. Такой поиск называется поиском с помощью метода блужданий (random walk).

Примечательной особенностью сети Gnutella2 является возможность размножения информации о файле в сети без копирования самого файла, что очень полезно с точки зрения отслеживания вирусов. Для передаваемых пакетов в сети разработан собственный формат, похожий на XML, гибко реализующий возможность наращивания функциональности сети путем добавления дополнительной служебной информации. Запросы и списки ID ключевых слов пересылаются на концентраторы по UDP.

Вот перечень наиболее распространенных клиентских программ для Gnutella и Gnutella2: Shareaza, Kiwi, Alpha, Morpheus, Gnucleus, Adagio Pocket G2 (Windows Pocket PC), FileScope, iMesh, MLDonkey

Развитие интернета и его широкое распространение по всему миру позволило обмениваться различной информацией с достаточно большой скоростью на огромном расстоянии. Среди многих традиционных средств обмена информацией, все большую популярность приобретают так называемые P2P сети. Что же они собой представляют?

Само понятие P2P (в переводе: «равный равному») подразумевает непосредственный обмен информацией между равноправными участниками. За сетями, относящимися к этому протоколу, закрепились другие названия: пиринговый, одноранговый.

Отличие пиринговых сетей от файлообменных заключается, прежде всего, в способе передачи информации и иерархии сети. В случае традиционных обменных сетей, к которым мы получаем доступ, заходя на веб-сайт, мы имеем дело с конкретным сервером, на котором хранится интересующая нас информация. Сервер хранит эти данные и передает нужный файл каждому клиенту, который его запросил, целиком, ограничивая максимальную скорость загрузки возможностями своей сети. Соответственно, при удалении файла с сервера, ни один из клиентов не сможет получить его.

В пиринговых сетях все устроено иначе. В них каждый пользователь может выступать как в роли сервера, так и в роли клиента, скачивая и получая данные соответственно. Вся информация хранится на компьютерах пользователей и при установленном разрешении может быть доступна для других клиентов. Один и тот же файл может быть доступен с различных источников, скачивание производится фрагментами, а не целыми частями. Скорость передачи, соответственно тем быстрее, чем больше различных источников делятся с клиентом нужной информацией.

Современные гибридные P2P сети используют сервер не для хранения информации, а для распределения работы сети и объединения клиентов. Большую известность получили такие пиринговые протоколы BitTorrent, eDonkey и Direct Connect.

Протокол BitTorrent является наиболее распространенным способом передачи больших объемов информации. Он позволяет, при наличии специальной программы, запрашивать необходимый файл и скачивать его у сотен и тысяч других клиентов, и в то же время делиться им с другими участниками. Для того чтобы участники сети могли обнаружить и подключиться друг к другу, организуется специальный сервер, называемый торрент-трекером, на котором хранятся идентификаторы файлов, адреса клиентов, а также сайт с информацией о хранящихся данных, с обсуждениями пользователей.

Наиболее популярными BitTorrent клиентами выступают: Deluge, uTorrent, Vuze, Transmission, BitComet, Shareaza и ряд других. Для сетей Direct Connect предназначены клиенты: StrongDC++, FlylinkDC++, ApexDC++.

Таким образом, P2P сети обеспечивают удобный, быстрый и эффективный способ передачи больших объемов данных, привлекая все большее количество участников, предоставляя большие возможности и удобства для обмена информацией.

В современном мире все мы привыкли иметь возможность делиться интересными сведениями и материалами с друзьями и прочими людьми. Особенно в этом отношении важен интернет, так как именно и предоставляет нам кучу возможностей для осуществления такого рода обмена.

Разные типы информации и передавать можно различными способами. К примеру, сегодня весьма популярна пиринговая сеть (P2P), уникальность которой в способности к передаче практически любого объема данных. Но, разумеется, это далеко не единственная сфера, где эта технология действительно востребована. К примеру, именно на ее основе созданы многочисленные кластеры для распределенных вычислений, использующие мощности удаленных компьютеров.

«Этическая» сторона вопроса

Вообще, в последние годы активно «демонизируется» пиринговая сеть. Что это «опасно» с точки зрения получения вирусов и нелицензионного контента, говорят практически во всех СМИ.

Вот только журналисты отчего-то стыдливо умалчивают, что не менее 70% трафика от протокола Р2Р приходятся на абсолютно законопослушных пользователей и даже целые компании, которые просто разгружают свои серверы, вовлекая в обмен данными рядовые компьютеры. Простой пример: уже давно «Метелица», она же компания Blizzard, использует эти сети для обновления клиентов того же «Варкрафта» и прочих своих игр. Не стоит и упоминать, какое от игроков со всего мира там генерируется!

Но в этой статье пиринговая сеть нами будет рассмотрена именно с позиций приема и передачи файлов, так как рядовым пользователям эта сторона вопроса ближе всего.

Наиболее распространенные программы

Наверняка каждый пользователь хотя бы слышал о некоторых утилитах, посредством которых и осуществляется файловый обмен. У всех на слуху µTorrent и eMule, Shareaza, KaZaA и и другие, которые постоянно упоминаются в связи с передачей той или иной информации в сети интернет. Впрочем, постараемся рассказать о них более упорядочено. Итак, что такое пиринговая сеть? Какова научная расшифровка этого понятия?

Определение

Можно сказать, что сразу после создания компьютеров люди озадачились тем, как можно связывать их в единую систему. Вскоре была придумана технология локальных сетей, активно используемая и по сей день. Но у такого способа связывания компьютеров в единый «организм» есть и свои недостатки. К примеру, в большинстве случаев отдельные машины имеют повышенные привилегии, что допустимо далеко не всегда.

Именно для устранения такой «дискриминации» и была придумана пиринговая сеть, каждый компьютер в которой может не только принимать, но и передавать информацию, работая одновременно в качестве сервера и клиента. Чаще встречается аббревиатура P2P (peer-to-peer), что с английского можно перевести как «от равного к равному». Такие сети еще называют децентрализованными.

Основные принципы работы

Каждый участник — пир. Они и объединяются в глобальную систему, внутри которой осуществляется передача какой-либо информации. От в которой есть сервер и клиент, пиринговые отличаются своей повышенной живучестью: вне зависимости от количества функционирующих пиров, они сохраняют полную работоспособность. Кроме того, нет явной зависимости от сервера.

Давайте приведем «наглядный» пример передачи небольшого файла в такой сети. Данные передаются небольшими кусками, которые называются пакетами. Каждый файл разбивается на множество таких пакетов, которые и скачиваются пользовательской машиной. Порядок их получения особого значения не имеет.

Отличия от стандартной сети

В случае же обычной сети есть сервер, а есть файл, который оттуда можно скачать. Скорость получения данных будет находиться в прямой зависимости как от пропускной способности сервера, так и от его загруженности в каждый конкретный момент. Проще говоря, при наличии огромного количества пользователей, каждый из которых что-то «тянет» с сервера, скорость отдачи может вообще упасть до нуля.

Если же с сервером и вовсе что-то случится, то вся информация сразу станет вам недоступна. И придется заниматься поисками другого источника, с которого можно будет скачивать данную информацию.

Преимущества пиринговой модели передачи данных

Куда совершеннее работает пиринговая сеть. Что это значит? Во-первых, вам не потребуется искать конкретный сервер, с которого идет передача требующегося файла. Достаточно на специальном сайте отыскать файл или магнет-ссылку, которые указывают на его существование. Скачать его можно будет при помощи специальной программы, о некоторых из которых мы уже говорили выше. И основное отличие будет в том, что скачивание может идти одновременно с сотен и тысяч однотипных источников.

Мы уже отмечали, что в этих сетях каждый отдельный компьютер может выполнять одновременно еще и функцию сервера, а потому каждый сегмент является универсальным. Проще говоря, если какие-то пиры вдруг окажутся недоступными, всегда могут выручить компьютеры других людей, на жестких дисках которых наверняка окажется требуемая информация.

Некоторые недостатки пиринговой модели

Мы неоднократно подчеркивали, что основной сферой использования такого рода сетей является обмен данными. Как ни странно, но в мире практически не встречается описанная нами выше пиринговая сеть. Что это означает? Дело в том, что классическая модель имеет не только многие достоинства, но и некоторые критические недостатки.

Наиболее спорным обстоятельством является необходимость поиска в сети пиров, у которых есть тот же самый файл и которые находятся в сети в то же самое время. Именно поэтому была создана гибридная модель. В ней есть своего рода серверы, но отвечают они не столько за передачу данных, сколько за поиск активных пользователей, у которых имеется искомая вами информация. Практически все современные пиринговые сети работают именно за счет использования этой гибридной модели.

Чтобы стать полноправным и полноценным участником такой системы, понадобится инсталлировать на свой компьютер особую программу-клиент, которая будет отвечать за поиск свободных пиров с нужными данными. Заметим, что существует далеко не одна пиринговая сеть. Что это подразумевает?

Наиболее крупные и популярные сети для обмена файлами

Следует помнить, что в интернете существуют сотни и тысячи более мелких, локальных сетей, многие из которых поддерживаются даже региональными провайдерами. Прекрасным примером может служить пиринговая сеть МТС. Конечно, все они используют классическую или гибридную модель работы, подчиняются одним и тем же принципам, но могут использовать совершенно различные протоколы передачи данных, а уж о специфическом программном обеспечении и говорить не стоит.

Наиболее крупными, известными во всем мире, являются следующие Р2Р сети:

ED2K. Передача данных осуществляется по протоколу MFTP. Клиент — известная программа eMule. Уже с 2005 года проект находится в состоянии «хронической смерти», но пока что сеть продолжает стабильно функционировать, пусть даже и скорость передачи данных быстрой никак не назвать.

BitTorrent. Пожалуй, наиболее популярный сегмент пиринговой системы, отличающийся громадным количеством пользователей и высокой скоростью. Имеет огромное количество клиентов, к числу которых относится «эпический» uTorrent, BitComet, а также десятки иных.

Direct Connect. Более специфический вариант, когда хабы, образованные некими группами людей, используются ограниченным (сравнительно) кругом пользователей. Чрезвычайно популярна эта модель в качестве локальной сети провайдера. Основной клиент - DC++.

Gnutella. Вот это самая настоящая, чистая пиринговая система. Используется особый протокол передачи данных, который был создан компанией Nullsoft, разработчиком общеизвестного (хотя и умершего) «Винампа». Какие в этом случае используются клиенты пиринговых сетей? Известна программа Shareaza, LimeWire и прочие.

FastTrack. Также характеризуется «чистой» моделью P2P, но в обмене файлами могут участвовать только те компьютеры, которые имеют их полную версию. Программы - KaZaA, mlDonkey.

Каковы основные преимущества всех этих сервисов? Все просто — никакая настройка пиринговой сети совершенно не требуется. Ставите программу, переходите по «магнитной» ссылке и... вуаля, файл начал качаться!

Основные правила обмена файлами

Учитывая специфику работы этих сетей, не приходится удивляться наличию довольно-таки жестких правил, которые крайне желательно соблюдать. Многие из них просты и логичны. При их невыполнении вам грозит полное исключение из обменного процесса, что влечет за собой невозможность получения нужной информации.

Мы уже не раз говорили, что в основе такой модели лежит принцип равноправия всех участников. Из этого следует, что вам нужно не только скачивать, но и отдавать информацию. В принципе, это едва ли не единственное обязательное условие. Вас это не устраивает? Что ж, тогда к вашим услугам — многочисленные сервисы обмена информацией, построенные по стандартной архитектуре сервер-клиент.

Вот только ни одна программа для пиринговых сетей (со всеми ее преимуществами) в них не работает, а к скачиванию файла можно будет приступать только после оплаты или просмотра гигантского количества рекламы, да и скорость при этом будет отвратительной.

Что желательно делать при обмене?

Очень желательно, скачав какой-то файл, раздать с него же равный объем информации. Как правило, если пользователь только скачивает, но ничего не раздает, системой могут быть введены «штрафные санкции», предусматривающие полное исключение возможности получения новых файлов. Может использоваться даже блокировка по IP или МАС-адресу. В частности, этим отличается пиринговая сеть "Билайн".

Ни в коем случае не удаляйте файл, только-только завершив его скачивание. Если есть такая возможность, как можно дольше сохраняйте его на своем жестком диске.

Нельзя также перемещать или переименовывать полученные файлы, так как в этом случае другие пользователи также не смогут получить к ним доступ.

Ни в коем случае не занижайте искусственно скорость исходящего канала. Разумеется, такая передача в какой-то степени нагружает ваш жесткий диск и саму систему, однако не стоит так отмахиваться от нужд других людей.

Не помешает держать на компьютере десяток-другой популярных файлов, чтобы поддерживать систему.

Правообладателям: мы вовсе не советуем распространять пиратский софт или что-то подобное. Всегда можно только поприветствовать, если пользователь участвует в обмене дистрибутивами того же «Линукса», так как это значительно разгружает серверы компаний, которые и без того зачастую живут на одни пожертвования и работают исключительно на добровольческой основе!

О защите авторских прав

Мы уже отмечали, что пиринговые сети в последние годы ассоциируются исключительно с пиратством. И чаще всего такое отношение довольно-таки оправдано, так как пользователи массово скачивают не то... Вот только в большинстве случаев пиратскому контенту есть вполне адекватная и бесплатная замена. Всегда помните об этом!

Цель работы: изучение принципа функционирования P2P-сетей, анализ существующих топологий сетей, алгоритмов работы, протоколов и клиентских программ, основных возможностей предоставляемых P2P-сетями, выявление достоинств и недостатков.

Теоретическая часть:

1. Общее описание P2P-сетей. Принцип работы. Описание существующих топологий. Сферы применения. Преимущества и недостатки P2P-сетей.

2. Обмен файлами, распределенные вычисления. Особенности построения P2P-сетей в зависимости от сферы деятельности, в которой они применяются. Алгоритмы функционирования.

Программные средства:

1. Обзор популярных протоколов для обмена файлами. Сравнительный анализ.

2. Обзор популярных клиентских программ для обмена файлами. Сравнительный анализ.

Практическая часть:

1. Установка и настройка bitTorrent-трекера.

Теоретическая часть

P2P сети

К Р2Р относятся технологии, предоставляющие компьютерам в сети равноправные возможности обмена различными ресурсами (в том числе и вычислительными). Классическая архитектура - тип сети, в которой все рабочие станции имеют равные возможности и права. Для решения задачи создается одноранговая (peer-to-peer) вычислительная среда, которая позволяет отдельным элементам сети взаимодействовать без помощи серверов. Каждый участвующий компьютер вносит свой вклад в виде файлов, дискового пространства, процессорного времени. «P2P - это технология построения распределенной сети, где каждый узел может одновременно выступать как в роли клиента (получателя информации), так и в роли сервера (поставщика информации) ». P2P сеть (от англ. peer-to-peer, децентрализованная или пиринговая) состоит из равноправных узлов, каждый из которых связан с некоторым подмножеством узлов сети.

Информация между узлами в сети, которые на данный момент могут быть не связаны непосредственно друг с другом, передается по принципу, схожему со своеобразной эстафетой - от одного узла к другому узлу, также передача информации может происходить в результате установления временного прямого соединения между узлами. Вся информация о маршрутизации и авторизации сообщений, передаваемых от узла к узлу, хранится на этих же самых отдельных узлах, а не на одном выделенном сервере. Такая организация, в отличие от клиент-серверной, позволяет сети при любом количестве узлов и их сочетании сохранять свою работоспособность.

«Клиент-сервер» и P2P сети.

Централизованная архитектура «клиент-сервер» подразумевает, что сеть зависит от центральных узлов (серверов), обеспечивающих подключенные к сети терминалы (т.е. клиентов) необходимыми сервисами. В этой архитектуре ключевая роль отводится серверам, которые определяют сеть независимо от наличия клиентов. Очевидно, что рост количества клиентов сети типа «клиент–сервер» приводит к росту нагрузок на серверную часть. Таким образом, на определенном уровне развития сети она может оказаться перегруженной. Главным преимуществом такой системы является ее простота. Однако стабильность и надежность таких сетей существенно ниже, чем у пиринговых.

Децентрализованные системы, «чистые P2P сети», примером может послужить сеть Gnutella, представляют собой прямую противоположностью централизованных систем.

Гибридная топология: децентрализованная + централизованная (частично децентрализованная) – в сетях такого типа существуют сервера, основной задачей которых является координации работы, поиск и предоставления информации о существующих машинах сети и их статусе. Частично децентрализованные сети совмещают в себе качества централизованных сетей и надёжность децентрализованных (например сеть не теряет своей работоспособности при возникновении неполадок с одним или несколькими серверами). Примером гибридных файлообменных сетей могут служить: EDonkey и BitTorrent сети.

Рис.1 Топология сетей

Преимущества пиринговых сетей:

· скорость обмена информацией;

· Устойчивость сети к различным сбоям, в том числе устойчивость к внетехнологическому вмешательству;

• расширяемость - практически неограниченные возможности для расширения информационных ресурсов системы;

· масштабируемость.

Недостатки пиринговых сетей:

• неуправляемость;
• проблемы безопасности;
• информационная несогласованность, недостоверность информации.

Стандартизация в области P2P

P2P - это не только сети, но еще и сетевой протокол, обеспечивающий возможность создания и функционирования сети равноправных узлов, и их взаимодействия. Множество узлов, объединенных в единую систему и взаимодействующих в соответствии с протоколом P2P, образуют пиринговую сеть. Для реализации протокола P2P используются клиентские программы, обеспечивающие функционирование как отдельных узлов, так и всей пиринговой сети.
P2P относятся к прикладному уровню сетевых протоколов и являются наложенной сетью, которая использует транспортные протоколы стека TCP/IP - TCP или UDP. Протоколу P2P посвящено несколько основополагающих документов сети Интернет - RFC (в частности, последний датируется 2008 годом - RFC 5128 State of Peer-to-Peer (P2P) Communication across Network Address Translators).
В настоящее время при реализации пиринговых сетей используются самые различные методологии и подходы. В частности, компания Microsoft разработала протоколы для P2P-сетей Scribe и Pastry. Поддержка протокола PNRP (Peer Name Resolution Protocol), также относящегося к P2P-системам, была включена в состав Windows Vista.
Одну из удачных попыток стандартизации протоколов P2P предприняла компания Sun Microsystems в рамках проекта JXTA. Этот проект реализуется с целью унифицированного создания P2P-сетей для различных платформ. Цель проекта JXTA - разработка типовых инфраструктурных решений и способов их использования при создании P2P-приложений для работы в неоднородных средах.
В рамках проекта JXTA определено шесть протоколов, на основе которых могут создаваться прикладные системы:

· Peer Discovery Protocol (PDP). Узлы пользуются данным протоколом для поиска всех открытых JXTA-ресурсов. Низкоуровневый протокол PDP поддерживает базовые механизмы поиска. Любые прикладные системы могут включать собственные высокоуровневые механизмы поиска, которые реализованы поверх PDP протокола.

· Peer Resolver Protocol (PRP). Этот протокол стандартизирует формат запросов на доступ к ресурсам и сервисам. При реализации этого протокола с узла может быть послан запрос и получен на него ответ.

· Peer Information Protocol (PIP). Данный протокол применяется для определения состояния узла в сети JXTA. Узел, получающий PIP-сообщение, может в полной или сокращенной форме переслать ответ о своем состоянии либо проигнорировать это сообщение.

· Peer Membership Protocol (PMP). Узлы используют этот протокол для подключения и выхода из группы.

· Pipe Binding Protocol (PBP). В JXTA узел получает доступ к сервису через канал (pipe). С помощью PBP узел может создать новый канал для доступа к сервису или работать через уже существующий.

· Endpoint Routing Protocol (ERP). Используя этот протокол, узел может пересылать запросы к маршрутизаторам других узлов с целью определения маршрутов при отправке сообщений.

Области применения

Наиболее распространенными областями применения P2P технологий являются следующие направления:

· Обмен файлами – так называемые файлообменные сети. P2P файлообменные сети являются альтернативой устаревшим FTP-архивам, не соответствующим современным требованиям. Более подробно файлообменные сети рассмотрены далее.

· Распределенные вычисления. Одно из наиболее перспективных направлений развития, т.к. применение P2P технологий позволяют за сравнительно короткие сроки решать такие задачи, вычисление которых на суперкомпьютерах заняло бы десятки, а то и сотни лет. О данной области применения P2P технологии также более подробно рассказано далее.

· Обмен сообщениями. Jabber, ICQ.

· P2P-телефония. Skype.

· Сети групповой работы. Groove Network (защищенное пространство для коммуникаций), OpenCola (поиск информации и обмен ссылками).

· Параллельное программирование.

· Резервное копирование данных.

· P2P телевидение. Примером может служить проект P2P-Next, занимающийся разработкой пирингового телевидения пригодного для широковещательной трансляции телевизионных передач.

Файлообменные сети P2P.

Файлообменная сеть - одна из наиболее распространенных P2P-сетей, предназначенная для для совместного использования файлов. В основе технологии P2P лежит принцип децентрализации. Идея распределенных равноправных узлов является альтернативой подходу клиент-сервер.

Сеть P2P

Технология организации одноранговых сетей (peer-to-peer networking) , часто называемая технологией P2P, является одной из самых полезных и при этом часто неправильно понимаемых среди средств, появившихся в последние несколько лет. Когда люди думают о P2P, им на ум, как правило, приходит лишь одна вещь: возможность обмена музыкальными или видео файлами, зачастую незаконным образом. Это связано с тем, что приложения для обмена файлами наподобие BitTorrent стали очень популярными, а в них для работы используется именно технология P2P.

Однако, хотя технология P2P применяется в приложениях для обмена файлами, это вовсе не означает, что она не может использоваться в других приложениях. На самом деле эта технология может применяться в целом ряде других приложений, и она становится все более и более важной в современном мире повсеместных коммуникаций.

В Microsoft тоже не обошли стороной появление технологии P2P и стали разрабатывать собственные инструменты и средства для ее применения. Так появилась платформа Microsoft Windows Peer-to-Peer Networking , исполняющая роль своего рода каркаса для коммуникаций в приложениях P2P. В состав этой платформы входят такие важные компоненты, как PNRP (Peer Name Resolution Protocol - протокол преобразования имен членов) и PNM (People Near Me - соседние пользователи) .

Кроме того, в версию.NET Framework 3.5 было включено новое пространство имен System.Net.PeerToPeer и несколько новых типов и средств, позволяющих создавать приложения P2P с минимальными усилиями.

Обзор технологии P2P

Технология P2P представляет собой альтернативный подход к организации сетевых коммуникаций. Для того чтобы понять, чем P2P отличается от "стандартного" подхода к обеспечению коммуникаций, не помешает сделать шаг назад и вспомнить, что собой представляет связь типа "клиент-сервер". Коммуникации такого типа очень часто применяется в современных сетевых приложениях.

Архитектура типа "клиент-сервер"

Традиционно взаимодействие с приложениями по сети (в том числе Интернет) организуется с использованием архитектуры типа "клиент-сервер". Прекрасным примером могут служить веб-сайты. При просмотре веб-сайта происходит отправка по Интернет соответствующего запроса веб-серверу, который затем возвращает требуемую информацию. Если необходимо загрузить какой-то файл, это делается напрямую с веб-сервера.

Аналогично, настольные приложения, имеющие возможность подключения к локальной или глобальной сети, обычно устанавливают соединение с каким-то одним сервером, например, сервером баз данных или сервером, предоставляющим набор служб.

На рисунке ниже показан простой вариант архитектуры типа "клиент-сервер":

Ничего по сути неправильного в такой архитектуре нет, и на самом деле во многих случаях она будет оказываться именно тем, что нужно. Однако ей присуща проблема с масштабируемостью. На следующем рисунке показано, как она будет масштабироваться при добавлении дополнительных клиентов:

С добавлением каждого клиента нагрузка на сервер, который должен взаимодействовать с каждым клиентом, будет увеличиваться. Если снова взять пример с веб-сайтом, то такое увеличение нагрузки может стать причиной выхода веб-сайта из строя. При слишком большом трафике сервер просто перестанет реагировать на запросы.

Конечно, существуют варианты масштабирования, с помощью которых можно смягчить подобную ситуацию. Один из них предусматривает масштабирование "вверх" за счет увеличения мощи и ресурсов сервера, а другой - масштабирование "вширь" путем добавления дополнительных серверов. Первый способ, естественно, ограничивается доступными технологиями и стоимостью более мощного оборудования. Второй способ потенциально более гибкий, но требует добавления дополнительного уровня в инфраструктуру для обеспечения клиентов возможностью либо взаимодействовать с отдельными серверами, либо поддерживать состояние сеанса независимо от сервера, с которым осуществляется взаимодействие. Для этого доступна масса решений, таких как продукты, позволяющие создавать веб-фермы или фермы серверов.

Архитектура типа P2P

Одноранговый (peer-to-peer) подход полностью отличается от подхода с масштабированием "вверх" или "вширь". В случае применения P2P вместо того, чтобы сосредоточить усилия на попытках улучшить коммуникации между сервером и его клиентами, все внимание уделяется поиску способов, которыми клиенты могут взаимодействовать между собой.

Давайте для примера представим, что веб-сайтом, с которым взаимодействуют клиенты, является www.williamspublishing.com, а издательство Williams объявило о выходе новой книги на этом сайте и предоставлении его для бесплатной загрузки всем желающим, но лишь на протяжении одного дня. Не трудно догадаться, что при таком положении дел накануне появления книги веб-сайт начнет просматривать масса людей, которые будут постоянно обновлять его содержимое в своих браузерах и ожидать появления файла. Как только файл станет доступным, все они одновременно начнут пытаться загрузить его и, скорее всего, веб-сервер, который обслуживает веб-сайт, не выдержит такого натиска и выйдет из строя.

Чтобы предотвратить выход веб-сервера из строя, можно воспользоваться технологией P2P. Вместо отправки файла прямо с сервера сразу всем клиентам он может быть отправлен только определенному числу клиентов. Несколько остальных клиентов могут далее загрузить его у тех клиентов, у которых он уже есть. После этого еще несколько клиентов могут загрузить его у клиентов, получивших его вторыми, и т.д. По сути, этот процесс может происходить даже быстрее благодаря разбиению файла на куски и распределению этих кусков среди клиентов, одни из которых будут загружать их прямо с сервера, а другие - из других клиентов. Именно так и работают технологии файлообменных систем вроде BitTorrent, как показано на рисунке:

Особенности архитектуры P2P

Тем не менее, в описанной здесь архитектуре обмена файлами все равно остались кое-какие проблемы, которые должны быть решены. Для начала, каким образом клиенты узнают о том, что существуют другие клиенты, и как они будут обнаруживать фрагменты файла, которые, возможно, имеются у других клиентов? Кроме того, каким образом гарантировать оптимальное взаимодействие между клиентами, если их могут отделять друг от друга континенты?

Каждый клиент, участвующий в работе сетевого приложения P2P, для преодоления этих проблем должен быть способен выполнять следующие операции:

обнаруживать других клиентов;

подключаться к другим клиентам;

взаимодействовать с другими клиентами.

В том, что касается способности обнаруживать других клиентов, возможны два очевидных решения: поддержка списка клиентов на сервере, чтобы клиенты могли получать его и связываться с другими клиентами (называемыми peers- равноправными участниками), либо использование инфраструктуры (например, PNRP), которая позволяет клиентам обнаруживать друг друга напрямую. В большинстве файлообменных систем применяется решение с поддержкой списка на сервере и используются серверы, называемые "трекерами" (trackers) .

В файлообменных системах в роли сервера может также выступать и любой клиент, как показано на рисунке выше, объявляя, что у него имеется доступный файл, и регистрируя его на сервере-трекере. На самом деле в чистой сети P2P вообще не нужны никакие серверы, а лишь равноправные участники.

Проблема подключения к другим клиентам является более тонкой и распространяется на всю структуру используемой приложением P2P сети. При наличии одной группы клиентов, в которой все должны иметь возможность взаимодействовать друг с другом, топология соединений между этими клиентами может приобретать чрезвычайно сложный вид. Зачастую производительность удается улучшать за счет создания нескольких групп клиентов с возможностью установки подключения между клиентами в каждой из них, но не с клиентами в других группах.

В случае создания этих групп по принципу локальности можно добиться дополнительного повышения производительности, поскольку в таком случае клиенты получают возможность взаимодействовать друг с другом по более коротким (с меньшим числом прыжков) сетевым путям между машинами.

Способность взаимодействовать с другими клиентами, пожалуй, не так важна, поскольку существуют хорошо зарекомендовавшие себя протоколы вроде TCP/IP, которые вполне могут применяться и здесь. Конечно, допускается привносить свои улучшения, как в высокоуровневые технологии (например, использовать службы WCF, получая в распоряжение все предлагаемые ими функциональные возможности), так и в низкоуровневые протоколы (например, применять протоколы многоадресной рассылки и тем самым обеспечивать отправку данных во множество конечных точек одновременно).

Обеспечение клиентов возможностью обнаруживать, подключаться и взаимодействовать друг с другом играет центральную роль в любой реализации P2P.

Терминология P2

В предыдущих разделах уже было представлено понятие равноправного участника (peer) - именно так называют клиентов в сети P2P. Слово "клиент" в сети P2P не имеет никакого смысла, потому что здесь нет обязательного сервера, клиентом которого нужно быть.

Группы равноправных участников, которые соединяются друг с другом, называются ячейками (meshes) , облаками (clouds) или графами (graphs) . Каждая отдельная группа считается хорошо соединенной, если соблюдено хотя бы какое-то одно из следующих условий:

Между каждой парой равноправных участников существует путь соединения, позволяющий каждому участнику подключаться к другому равноправному участнику требуемым образом.

Между каждой парой равноправных участников существует относительно небольшое количество соединений, по которым они могут связываться.

Удаление одного равноправного участника из группы не лишает остальных равноправных участников возможности взаимодействия друг с другом.

Обратите внимание, что это вовсе не означает, что каждый равноправный участник должен обязательно иметь возможность подключаться к каждому другому равноправному участнику напрямую. На самом деле, если проанализировать сеть с математической точки зрения, то можно обнаружить, что для соблюдения упомянутых выше условий равноправным участникам необходимо иметь возможность подключаться к относительно небольшому количеству других равноправных участников.

Еще одним понятием в технологии P2P, о котором следует знать, является волновое распространение(flooding) . Под волновым распространением подразумевается способ, которым один фрагмент данных может передаваться по сети всем равноправным участникам и которым может производиться опрос других узлов в сети для обнаружения конкретного фрагмента данных. В неструктурированных сетях P2P этот процесс протекает довольно произвольно; при этом сначала устанавливается связь с ближайшими соседними равноправными участниками, которые затем, в свою очередь, связываются со своими ближайшими соседями, и т.д. до тех пор, пока не будет охвачен каждый равноправный участник в сети.

Также допускается создавать и структурированные сети P2P с четко определенными путями, по которым должно происходить распространение запросов и данных среди равноправных участников.

Решения P2P

При наличии подходящей инфраструктуры для P2P можно начинать разрабатывать не просто улучшенные версии клиент-серверных приложений, но и совершенно новые приложения. Технология P2P особенно подходит для приложений следующих классов:

приложения, предназначенные для распространения содержимого, в том числе упоминавшиеся ранее приложения обмена файлами;

приложения, предназначенные для совместной работы, такие как приложения, позволяющие открывать общий доступ к рабочему столу и "белой доске" (whiteboard);

приложения, предназначенные для обеспечения многопользовательской связи и позволяющие пользователям общаться и обмениваться данными напрямую, а не через сервер;

приложения, предназначенные для распределения обработки, как альтернатива приложениям для суперкомпьютеров, которые обрабатывают огромные объемы данных;

приложения Web 2.0, объединяющие в себе некоторые или все перечисленные выше приложения и превращающие их в динамические веб-приложения следующего поколения.