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摘要：全面阐述了P2P和P4P技术的概念，分析了各自网络的特点，重点介绍了P2P系统中版权问题、网络宽带危机和安全问题等关键技术研究现状以及P2P和P4P技术二者的对比。通过两个实例介绍了P4P的工作原理，最后指出了需要进一步研究的内容。
关键词：P2P；版权问题；网络宽带危机；P4P
一、P2P概念
对等网络（peer-to-peer network，P2P网络），以下简称P2P。我们较为普遍的把P2P做如下定义[1]：P2P网络是一种分布式的网络体系，参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源（如存储能力、网络带宽打印机等硬件），这些共享资源需要由网络提供服务和内容，并且无需经过中间节点就能被其他网络节点所直接获取。
相比较传统的C/S模式，P2P很大程度弱化甚至取消了服务器的功能。而且P2P的所有节点在逻辑上是对等的，也就是说每个节点既充当服务器，为其他节点提供服务，又充当了客户端，享用其他节点提供的服务。
P2P 有许多分类标准，按对等网络的体系结构将其分为三类：混合式对等网络、无结构对等网络和结构化对等网络。P2P的主要特点包含如下：a）去中心化，弱化甚至取消了集中控制概念；b）对等性，各节点在逻辑功能上对等；c）自组织性，各节点以自组织的方式互连成一个拓扑网络，能够适应节点的动态变化；d）资源共享，相互连接的各节点是以共享资源为目的的[2]。
二、P2P面临的问题
伴随着P2P越来越广泛的应用，其发展面临着三大挑战：版权问题、网络宽带危机和安全性问题。
（一）版权问题
版权问题一直以来是长期困扰P2P系统的难题。保证合法的、具有权限的用户对数字媒体内容（如数字图像、音/视频等）正常使用的同时，保护数字媒体创作者和拥有者的版权，并根据版权信息获得合法收益，而且在版权受到侵害时能够鉴别数字信息的版权归属及版权信息的真伪[3]。然而，截至现在，我们在保持P2P系统开放性的同时，如何保护版权内容仍然是一个难题。当前，许多的网络开发商采取了各种措施进行防范，如在线激活、注册、数字许可等多种方式，并起到了一定的效果。除技术外，同时也需要结合法律的手段，制定相应的法律法规，从而使P2P技术逐步走上良性发展的轨道。
（二）网络宽带危机
由于P2P并发连接的特点使得P2P应用必然消耗大量可用资源，很容易导致网络拥塞，并导致其他互联网应用的性能降低。例如抢占宽带：如果局域网中有很多人同时使用P2P软件进行数据交换，这时P2P节点上传和下载数据同时进行，宽带就可能达到上限值，进而妨碍网络的正常访问。文献[4]采用模糊流量优化方法：在研究过程中，引入模糊数学选优理论的思维，对参数进行模糊数学分析，达到对P2P网络的流量进行优化目的。对于电信运营商而言，互联网中P2P流量所造成的网络拥塞会让电信运营商不断的扩容。然而扩容所投入的巨大成本往往没能获得相对应的收益，如果是对P2P流量进行限控的话又会降低用户的感知，因此采取P4P技术对网络流量进行疏导优化是一种不错的选择。
（三）安全问题
由于P2P是分布式网络结构，这就要求在没有中心节点的情况下，P2P可以提供身份的验证、授权、信息的安全传输、数字签名、加密等机制，还要避免大量信息传输拥塞、病毒的入侵和恶意代码攻击等问题。文献[4]作者给出的基于CPK的P2P认证授权机制，其认证授权、签名在用户之间进行，无需可信第三方参与，是一种无“中心”的运行方式，与P2P网络的结构特征不谋而合。
现有的信任管理系统大多是集中式的管理方式，因而在P2P环境下需要新的信任管理模式。在过去的一段时间里，许多信任管理系统被提出，主要有：PGP模式、基于X.509证书的PKI体系和声望系统等。文献[5]选择了适合P2P环境的SPKI证书。文献[6]作者分析了传统访问控制的缺点，提出一个分簇对等网络模型及在该模型下基于角色访问控制技术的P2P系统安全机制。文献[7]提出了一个基于团体的分布式路由算法（CSDR）及对其安全性扩展技术的研究。
三、P4P定义及工作原理
耶鲁大学的谢海永博士首次提出P4P理论。所谓P4P，是“Proactive network Provider Participation for P2P（电信运营商主动参与P2P网络）[8]”的简称，被誉为电信级别或者运营商级别的P2P文件传输系统，它将成为网络分享机制与电信运营商之间关系的历史转折点[9]。
P4P的工作原理：
（1）当peer需要查询某个资源时，首先通过某种资源定位算法得到存储该资源的节点的IP地址列表，然后将该列表传送给appTracker并向它发送资源优化请求；
（2）AppTracker保存了IP地址与PID的映射表，可将得到的IP地址列表转化为PID列表，并向iTracker寻求来自ISP的指导，iTracker通过政策、信息接口向appTracker返回从请求PID到各个资源PID的Virtual Cost、策略等信息；appTracker还可以向iTracker 请求分配一个固定的高性能的服务器用于辅助内容分发，iTracker 将通过能力接口将服务器的地址返回给appTracker；
（3）AppTracker通过权衡P2P应用的需求和iTracker提供的信息，从资源节点的列表中选择一组效率较高的Peer，并将所选择的节点的PID列表映射为IP址列表，若有iTracker回复的服务器的地址，则把它一起加入到返回的peers列表中；
（4）AppTracker将返回节点列表发送给请求节点，然后请求节点与资源节点（结点或服务器）直接建立连接，进行资源的下载。
下面是根据上述描述给出的的两个应用实例。 实例1：图1是一个appTracker用Virtual Cost和Policy接口向iTracker查询网络拓扑/状态、策略信息的例子。
图1 实例1
由图可知，P2P应用跨越了ISP A和ISP B两个网络，每个ISP都有一个在自己的网络内运行的iTracker。在启动时，peer a和peer b获得自己的PID和ASN（Autonomous System Number-自治系统号），然后向appTracker注册并将这些信息交给appTracker，appTracker综合P2P应用的需求和这些网络信息，更加有效的指导P2P应用的资源调度。虚线部分是在没有appTracker的情况下，用户直接和iTracker进行通信。
实例2：图2所示例子展示如何过Capability接口向iTracker查询网络能力信息。
图2 实例2
此例中appTracker向iTracker B发送请求，要求ISP B分配一个固定的高性能的服务器用于辅助内容的分发。ITracker B将分配的服务器的地址作为应答发送给appTracker。AppTracker将该服务器的地址记录下来，并加入到给peer a返回的peers列表中，从而提高了P2P应用的能力。
四、P2P和P4P的比较
P4P和P2P最大的区别在于交换的机制。P2P过于强调“对等”，每个节点之间的交换完全是无序的。而P4P则可以协调网络拓扑数据，能够有效选择节点，从而提高网络路由效率[10]。
美国 Verizon Communications、AT&T、Comcast和欧洲 Telefonica Group在网络上对P4P通讯能力进行现场测试。Verizon的测试结果显示：在P4P的参与下，P2P网络用户的下载速率提高将近60%，使用光纤下载的用户速率更是提高两倍多，甚至是六倍之多；ISP内部数据传输距离减少84%，其中“同城交换”的数据有58%，而传统P2P网络“同城交换”的比例却只有P4P的十分之一。正是由于这些优势，P4P已经得到了美国不少通信和有线网络巨头如Verizon、AT&T和Comcast等的大力支持和推动。
总的来说，P4P与P2P的对比较：一方面我们看到边缘网络、地区路由和互联网传输的负荷不同；另外一方面，可以看到下载速度上面，P4P有了质的提升。
五、P4P发展前景
无论如何，P4P相对于P2P是一个非常重要的进步，也为共享问题提供了新的研究方向，相信P4P最终将会拓宽到整个P2P网络，并替代原有的P2P。随着解决方案的不断更新，一些问题也逐渐出现：
（1）怎样去设计简单有效、可扩展的接口，是P4P要面临的一个巨大挑战。P4P己经和原有的的P2P应用整合过，但是新型的P2P应用层出不穷，所以相关接口也必然要随之发展，必然增加P4P技术的难度系数。
（2）完善P4P会是一个耗时长的过程。P4P技术主要包含有数据平面、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，数据平面和管理平面的研究涉猎很少。因此，要将P4P发展的更为完善，就需要在其技术发展上投入大量的时间和精力。
总的来看，P4P的工作目前还处于初期，未来还有很多工作需要完成，规则也需要标准化。由于P2P自身的标准化还不是很成熟，所以P4P的标准化可能需要更长时间。但我们坚信，P4P很将会在中国互联网市场蓬勃发展，并为中国的互联网用户提供更加可靠、迅捷的互联网服务。
【参考文献】
[1]许莹. P2P网络中信任模型的研究[D].武汉：武汉科技大学，2009
[2]贵诲，李振华.对等网络：结构、应用与设计[M].北京：清华大学出版社，2007：275-284
[3]贾钊，王蕊楠，陶波.P2P网络安全综述[J].网络安全技术与应用，2008（3）：38-39
[4]卢志培.基于CPK的P2P认证授权系统研究与设计[D].广州：暨南大学，2010
[5]蒋柏梁.P2P网络分布式证书发布与查找的研究[D].合肥：中国科学技术大学，2006
[6]牛新征，余垄，路纲等.基于RBAC技术的P2P安全机制的研究[J].电子科技大学学报，2007.36（3）：112-118
[7]周世杰.对等计算中的分布式路由算法及其安全性研究[D].成都：电子科技大学，2004
[8]阮伟超. P4P体系下的节点选择算法研究[D].广州：中山大学，2010：21-24
[9]姜朝晖.P2P网络的搜索算法研究[D]. 南京：南京理工大学，2009：1-6
[10]董艳磊.由P2P技术展望P4P[J].数字技术与应用，2012（2）：210
关键词：P2P；版权问题；网络宽带危机；P4P
一、P2P概念
对等网络（peer-to-peer network，P2P网络），以下简称P2P。我们较为普遍的把P2P做如下定义[1]：P2P网络是一种分布式的网络体系，参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源（如存储能力、网络带宽打印机等硬件），这些共享资源需要由网络提供服务和内容，并且无需经过中间节点就能被其他网络节点所直接获取。
相比较传统的C/S模式，P2P很大程度弱化甚至取消了服务器的功能。而且P2P的所有节点在逻辑上是对等的，也就是说每个节点既充当服务器，为其他节点提供服务，又充当了客户端，享用其他节点提供的服务。
P2P 有许多分类标准，按对等网络的体系结构将其分为三类：混合式对等网络、无结构对等网络和结构化对等网络。P2P的主要特点包含如下：a）去中心化，弱化甚至取消了集中控制概念；b）对等性，各节点在逻辑功能上对等；c）自组织性，各节点以自组织的方式互连成一个拓扑网络，能够适应节点的动态变化；d）资源共享，相互连接的各节点是以共享资源为目的的[2]。
二、P2P面临的问题
伴随着P2P越来越广泛的应用，其发展面临着三大挑战：版权问题、网络宽带危机和安全性问题。
（一）版权问题
版权问题一直以来是长期困扰P2P系统的难题。保证合法的、具有权限的用户对数字媒体内容（如数字图像、音/视频等）正常使用的同时，保护数字媒体创作者和拥有者的版权，并根据版权信息获得合法收益，而且在版权受到侵害时能够鉴别数字信息的版权归属及版权信息的真伪[3]。然而，截至现在，我们在保持P2P系统开放性的同时，如何保护版权内容仍然是一个难题。当前，许多的网络开发商采取了各种措施进行防范，如在线激活、注册、数字许可等多种方式，并起到了一定的效果。除技术外，同时也需要结合法律的手段，制定相应的法律法规，从而使P2P技术逐步走上良性发展的轨道。
（二）网络宽带危机
由于P2P并发连接的特点使得P2P应用必然消耗大量可用资源，很容易导致网络拥塞，并导致其他互联网应用的性能降低。例如抢占宽带：如果局域网中有很多人同时使用P2P软件进行数据交换，这时P2P节点上传和下载数据同时进行，宽带就可能达到上限值，进而妨碍网络的正常访问。文献[4]采用模糊流量优化方法：在研究过程中，引入模糊数学选优理论的思维，对参数进行模糊数学分析，达到对P2P网络的流量进行优化目的。对于电信运营商而言，互联网中P2P流量所造成的网络拥塞会让电信运营商不断的扩容。然而扩容所投入的巨大成本往往没能获得相对应的收益，如果是对P2P流量进行限控的话又会降低用户的感知，因此采取P4P技术对网络流量进行疏导优化是一种不错的选择。
（三）安全问题
由于P2P是分布式网络结构，这就要求在没有中心节点的情况下，P2P可以提供身份的验证、授权、信息的安全传输、数字签名、加密等机制，还要避免大量信息传输拥塞、病毒的入侵和恶意代码攻击等问题。文献[4]作者给出的基于CPK的P2P认证授权机制，其认证授权、签名在用户之间进行，无需可信第三方参与，是一种无“中心”的运行方式，与P2P网络的结构特征不谋而合。
现有的信任管理系统大多是集中式的管理方式，因而在P2P环境下需要新的信任管理模式。在过去的一段时间里，许多信任管理系统被提出，主要有：PGP模式、基于X.509证书的PKI体系和声望系统等。文献[5]选择了适合P2P环境的SPKI证书。文献[6]作者分析了传统访问控制的缺点，提出一个分簇对等网络模型及在该模型下基于角色访问控制技术的P2P系统安全机制。文献[7]提出了一个基于团体的分布式路由算法（CSDR）及对其安全性扩展技术的研究。
三、P4P定义及工作原理
耶鲁大学的谢海永博士首次提出P4P理论。所谓P4P，是“Proactive network Provider Participation for P2P（电信运营商主动参与P2P网络）[8]”的简称，被誉为电信级别或者运营商级别的P2P文件传输系统，它将成为网络分享机制与电信运营商之间关系的历史转折点[9]。
P4P的工作原理：
（1）当peer需要查询某个资源时，首先通过某种资源定位算法得到存储该资源的节点的IP地址列表，然后将该列表传送给appTracker并向它发送资源优化请求；
（2）AppTracker保存了IP地址与PID的映射表，可将得到的IP地址列表转化为PID列表，并向iTracker寻求来自ISP的指导，iTracker通过政策、信息接口向appTracker返回从请求PID到各个资源PID的Virtual Cost、策略等信息；appTracker还可以向iTracker 请求分配一个固定的高性能的服务器用于辅助内容分发，iTracker 将通过能力接口将服务器的地址返回给appTracker；
（3）AppTracker通过权衡P2P应用的需求和iTracker提供的信息，从资源节点的列表中选择一组效率较高的Peer，并将所选择的节点的PID列表映射为IP址列表，若有iTracker回复的服务器的地址，则把它一起加入到返回的peers列表中；
（4）AppTracker将返回节点列表发送给请求节点，然后请求节点与资源节点（结点或服务器）直接建立连接，进行资源的下载。
下面是根据上述描述给出的的两个应用实例。 实例1：图1是一个appTracker用Virtual Cost和Policy接口向iTracker查询网络拓扑/状态、策略信息的例子。
图1 实例1
由图可知，P2P应用跨越了ISP A和ISP B两个网络，每个ISP都有一个在自己的网络内运行的iTracker。在启动时，peer a和peer b获得自己的PID和ASN（Autonomous System Number-自治系统号），然后向appTracker注册并将这些信息交给appTracker，appTracker综合P2P应用的需求和这些网络信息，更加有效的指导P2P应用的资源调度。虚线部分是在没有appTracker的情况下，用户直接和iTracker进行通信。
实例2：图2所示例子展示如何过Capability接口向iTracker查询网络能力信息。
图2 实例2
此例中appTracker向iTracker B发送请求，要求ISP B分配一个固定的高性能的服务器用于辅助内容的分发。ITracker B将分配的服务器的地址作为应答发送给appTracker。AppTracker将该服务器的地址记录下来，并加入到给peer a返回的peers列表中，从而提高了P2P应用的能力。
四、P2P和P4P的比较
P4P和P2P最大的区别在于交换的机制。P2P过于强调“对等”，每个节点之间的交换完全是无序的。而P4P则可以协调网络拓扑数据，能够有效选择节点，从而提高网络路由效率[10]。
美国 Verizon Communications、AT&T、Comcast和欧洲 Telefonica Group在网络上对P4P通讯能力进行现场测试。Verizon的测试结果显示：在P4P的参与下，P2P网络用户的下载速率提高将近60%，使用光纤下载的用户速率更是提高两倍多，甚至是六倍之多；ISP内部数据传输距离减少84%，其中“同城交换”的数据有58%，而传统P2P网络“同城交换”的比例却只有P4P的十分之一。正是由于这些优势，P4P已经得到了美国不少通信和有线网络巨头如Verizon、AT&T和Comcast等的大力支持和推动。
总的来说，P4P与P2P的对比较：一方面我们看到边缘网络、地区路由和互联网传输的负荷不同；另外一方面，可以看到下载速度上面，P4P有了质的提升。
五、P4P发展前景
无论如何，P4P相对于P2P是一个非常重要的进步，也为共享问题提供了新的研究方向，相信P4P最终将会拓宽到整个P2P网络，并替代原有的P2P。随着解决方案的不断更新，一些问题也逐渐出现：
（1）怎样去设计简单有效、可扩展的接口，是P4P要面临的一个巨大挑战。P4P己经和原有的的P2P应用整合过，但是新型的P2P应用层出不穷，所以相关接口也必然要随之发展，必然增加P4P技术的难度系数。
（2）完善P4P会是一个耗时长的过程。P4P技术主要包含有数据平面、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，数据平面和管理平面的研究涉猎很少。因此，要将P4P发展的更为完善，就需要在其技术发展上投入大量的时间和精力。
总的来看，P4P的工作目前还处于初期，未来还有很多工作需要完成，规则也需要标准化。由于P2P自身的标准化还不是很成熟，所以P4P的标准化可能需要更长时间。但我们坚信，P4P很将会在中国互联网市场蓬勃发展，并为中国的互联网用户提供更加可靠、迅捷的互联网服务。
【参考文献】
[1]许莹. P2P网络中信任模型的研究[D].武汉：武汉科技大学，2009
[2]贵诲，李振华.对等网络：结构、应用与设计[M].北京：清华大学出版社，2007：275-284
[3]贾钊，王蕊楠，陶波.P2P网络安全综述[J].网络安全技术与应用，2008（3）：38-39
[4]卢志培.基于CPK的P2P认证授权系统研究与设计[D].广州：暨南大学，2010
[5]蒋柏梁.P2P网络分布式证书发布与查找的研究[D].合肥：中国科学技术大学，2006
[6]牛新征，余垄，路纲等.基于RBAC技术的P2P安全机制的研究[J].电子科技大学学报，2007.36（3）：112-118
[7]周世杰.对等计算中的分布式路由算法及其安全性研究[D].成都：电子科技大学，2004
[8]阮伟超. P4P体系下的节点选择算法研究[D].广州：中山大学，2010：21-24
[9]姜朝晖.P2P网络的搜索算法研究[D]. 南京：南京理工大学，2009：1-6
[10]董艳磊.由P2P技术展望P4P[J].数字技术与应用，2012（2）：210