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摘要：客户/服务器模式是因特网的基本模式，是传统因特网得以快速发展和广泛应用的主要动力。近年来随着网络通信技术的快速发展，因特网迅速普及，同时网络中PC机性能也显著提高，客户/服务器模式的局限性已经越来越明显，而以服务器的瓶颈问题最为突出。作为分布式计算技术的实现形式之一的对等网络技术，因其自组织特点，不存在客户/服务器模式的服务器瓶颈问题，能满足网络用户之间的直接交互需求，实现一个自由良好的互联网环境。对等网络技术有望解决传统互联网面临的困惑，有着广泛的应用前景，同时也面临着诸多挑战。
关键词：因特网；C/S模式；对等网络；分布式技术
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）22-0009-02
1 传统互联网的发展瓶颈
网络技术的高速发展把我们带入了一个信息爆炸时代，如今，互联网络已经成为了我们工作、生活中的重要组成部分。客户/服务器（C/S）模式是传统因特网的基本模式，它是一种基于中心控制机制的网络模型，如图1所示。在C/S网络模式中，高性能服务器是网络的核心。服务器需要及时响应客户端的各类请求，同时还要承担网络通信与网络安全等诸多重任。在过去的许多年里，C/S模式对互联网络的快速发展起了很大的推动作用，大量的网络协议诸如HTTP、FTP、WWW等都是基于C/S模式构建的。然而近年来随着网络应用的迅速普及，因特网规模急速放大，同时作为客户端的PC机及其他设备性能也显著提高，服务器的负担越来越重以至于无法承受，甚至会出现服务器过于繁忙而无法保持网络正常通信的情况。同时，客户端性能大幅提高，客户端有大量的闲置资源，因此也需要某种机制来将这些闲置的客户端资源加以充分的利用。所以，传统C/S模式已经不再适应网络的发展现状甚至已经阻碍网络的进一步发展，寻求技术突破成为网络发展的当务之急。
2 对等网络及其优势
分布式网络技术是有望解决传统网络瓶颈提高网络效用的的方法之一。作为分布式技术实现形式之一的对等网络（P2P）技术，因其自组织特点，不存在C/S模式的服务器瓶颈问题，网络用户之间的直接交互需求也能得到满足，因此可实现一个自由良好的互联网环境，是现代互联网的重要候选技术之一。如图2所示。
早在20世纪70年代，对等网络技术已开始使用于局域网内的文件共享应用，但因当时硬件软件水平不高，PC机的整体性能低下，对等网络技术的发展被制约。到了90年代中后期，随着网络通信技术的发展和PC机性能的提高，对等网络技术再次受到人们的重视并快速发展。目前，对等网络技术应用广泛，已经涉及到协同工作、网络游戏、即时通讯、文件共享、对等计算、搜索引擎等各个领域。研究表明，Internet通信总量中对等网络应用的通信流量所占比重越来越大，对等网络技术及其应用已经受到网络通信领域的普遍关注。
对等网络是建立在传统Internet基础上的一种分布式覆盖网络（Overlay Network），充分利用网络系统中的各种可能的端系统进行大规模的协作工作与资源共享，因其优越的应用性能而受到业界和学术界的普遍关注。21世纪初，对等网络技术被财富杂志列为影响Internet未来的四大技术之一，并被列为下一代网络体系结构的四项关键技术之一。在业界，由Sony、Intel、HP等公司发起组织了对等网络工作组P2PWG，主要研究对等网络技术的底层标准化；微软公司也成立了Pastry工作组。学术界也高度重视对等网络技术的研究与开发，ICSI的CAN、伯克利的Tapestry、麻省理工学院的Chord等都是对等网络技术方面的著名科研项目。
3 对等网络技术的主要应用
对等网络技术的优越性能使其获得广泛关注并在各领域迅速推广应用，目前，对等网络技术已经覆盖了商业、军事、通讯以及个人应用等诸多领域，主要应用有：
（1）文件共享
文件共享是对等网络技术最初的主要应用之一。20世纪末，在文件共享需求的推动下Napster首次通过对等网络模式建立了一个自由的文件共享体系，实现了在互联网上对MP3文件的自由共享，其优越性开始引起人们的广泛关注。对等网络文件共享系统大致可分为三种形式：第一种是以Napster为代表的集中式系统，也称“中心文件目录/分布式文件系统”；第二种是完全的对等系统，该類系统不需要服务器，网络节点接近于绝对的自由。但是由于没有中间服务器，该类系统很难实现身份认证、流量管理、安全管理、计费等管理功能。该类系统的典型应用有Gnutella与Freenet。第三种系统则综合了两者的优点，设置了中间服务器，同时采用分布式文件目录。
（2）多媒体传输
多媒体传输对网络带宽与稳定性要求较高，C/S模式中的服务器存在性能和出口带宽的限制，因此传统网络无法满足多媒体传输系统的可扩展性需求。而采用对等网络技术，用户节点之间可进行直接的数据交换，因此传输所需要的大量带宽被分散到不同网络链路中，很好地满足了多媒体传输系统对网络带宽的需求。基于对等网络技术的流媒体分发系统的实施部署不需要改变Internet网络层协议，并具有CDN技术的低延时、IP组播的可扩展等特点，具有巨大的发展前景。目前典型的流媒体分发系统有ppstream、ppLive等。
（3）分布式数据存储
分布式数据存储技术是以存储数据的可用性、持久性、安全性为目标，并且通常致力于海量数据存储等相关领域。分布式数据存储技术包含了文件共享的功能，但其目的与文件共享不同。在文件共享系统中，数据的传输率是非常重要的性能指标，而分布式数据存储系统是以数据的安全存储为最终目的。在分布式数据存储系统中，每个数据对象通常都带有自身的鉴别与认证信息，系统用户进行数据存取时，都遵循事先设定的规则和权限来进行。同时，为了达到存储数据的可用性、持久性与安全性，分片、复制以及混存等方法在分布式数据存储系统通常被使用。目前，有代表性的分布式存储系统有CFS 、OceanStore等，这些分布式存储系统都是面向全球用户的。 （4）分布式计算
随着网络技术的高速发展和PC机性能的提高，网络中各种终端系统的CPU资源浪费极大，如何充分利用这些富余的处理器资源是对等网络技术的一个重要研究方向。采用分布式技术将网络中大量节点联合起来共同完成大规模的计算任务，这就是分布式计算。在对等网络系统中，参与分布式计算的节点是灵活的和相互协作的，每个节点都可以将获得的任务再次分发到下一层节点，对等节点之间也可以直接交換中间计算结果，协作完成计算任务，也可以将计算结果层层上传，直至任务分发的根节点。可见，分布式计算的对等网络系统能够有效整合网络上的闲散计算资源，极大地提高网络的总体计算能力，大幅提高网络的整体计算性价比。为了搜索外星文明迹象，伯克利大学于1999年成功开发了SETI@HOME项目，它利用分布式技术将遍布世界各地的志愿者电脑连接起来组成一个巨大的计算机阵列对射电天文望远镜采集到的海量数据进行处理，获得了全球千万用户的大力支持。
（5）协同工作
通过协同工作平台可以使网络上多个用户相互协作、共享资源和进行数据计算。传统网络中常用的协同工作平台由于需要系统服务器的参与，因此计算负担重，成本高，并且客户与供应商、企业与合作伙伴之间的交流也不能得到很好的实现。使用对等网络技术，不需要中心服务器的参与，就可以使互联网上任意两台PC都能建立直接的通讯联系，节点之间协同工作更加便捷。同时，由于网络吞吐量和快速反应的要求得到了降低，协同工作的成本也随之大幅度降低。
当前，对等网络中有代表性的协同工作平台有Lotous的Groove，Microsoft的.NET My Service架构等。
（6）即时通讯
近年来，即时通讯应用的发展速度很快，如QQ、陌陌、MSN、Skype等都非常成功，其用户数量已远远超出文件共享应用，已成为对等网络的第一大应用。相对于BBS、WEB等聊天室软件，采用对等网络技术的即时通讯软件可以使通讯双方的交流完全是点对点进行的，不需依赖网络带宽与高性能服务器的支持。需要指出的是，当前大多数即时通讯系统都配有中心服务器，但只是用来实现用户认证和帮助节点完成初始互连等工作，并不承担传统服务器的核心角色。Skype等IP电话具有比传统电话更多的功能、使用更便捷和更高的性价比，吸引着越来越多的用户，传统电信业正受到冲击。
此外，对等网络技术还在搜索引擎、网络游戏、电子商务、电子邮件系统等诸多领域获得广泛应用，其影响必将越来越大。
4 对等网络的发展前景和面临的挑战
显然，相对于传统网络，对等网络在许多方面有着巨大的优越性，其发展前景十分广阔，但也面临诸多挑战。
（1）通信协议的标准化
对等网络的通信协议都位于应用层，在带宽利用、网络安全等诸多方面仍存在严重限制和不足，通信协议的标准化有待完善。
（2）匿名机制的完善
匿名是网络中通信双方的基本需求，匿名机制是所有网络的重要组成部分。由于对等网络的自组织方式与传统网络的集中控制模式有着本质的区别，如何实现用户信息的匿名也是当前一个重要的课题。
（3）系统的安全性
安全是网络系统的基本需求，包括软硬件资源安全、数据安全与通信安全。安全机制有加密、授权、认证等。由于对等网络系统有别于传统“客户/服务器”模型，因此它的安全需求也不一样。针对不同的安全需求，需要采用不同的安全机制。
（4）防火墙与NAT
防火墙和NAT的存在提高了网络系统的安全性，但是也严重地降低了网络的透明性。在对等网络系统中，如果不对防火墙和NAT进行适当的处理，很多网络传输的数据包就不能通过这些设备，从而降低网络系统的性能。
（5）垃圾信息处理
在对等网络中，由于缺乏服务器的统一管理，网络中的节点高度自由和自私，对等网络的这些特征，会促使许多用户为了某种目的而提供大量的垃圾信息，从而导致整个网络系统的效率大大下降。如何有效禁止和处理这些垃圾信息是当前面临的一项任务。
此外，对等网络在智能代理、带宽占用以及版权问题等许多方面亦面临挑战。对等网络具的自组织特点，使得网络中节点高度自由，这一方面增加了网络的灵活性，另一方面节点行为的随意性也会造成网络系统性能的不稳定。由于缺乏集中有效的管理机制，对等网络中可能存在大量的虚假信息和网络病毒。这些不但给对等网络带来了很大的安全隐患，也制约了对等网络应用的进一步发展。加强对等网络安全管理机制、激励机制、访问控制机制与安全路由机制等关键技术的研究，建立和完善网络安全和知识产权保护的立法工作，是解决问题的重要途径。
5 结束语
对等网络的自组织特征与传统网络的服务器集中控制模式有着本质的区别，从根本上改变了人们对因特网的理解和认识，其在诸多应用领域所表现出来的巨大优势越来越受到人们的重视，已经成为改变传统互联网应用模式的重要候选技术之一。当然，作为新兴的技术仍面临着诸多挑战。我们相信，随着对等网络技术的不断完善和推广应用，必将对下一代新型网络产生广泛而深远的影响。
参考文献：
[1] 蔡康，唐宏，丁圣勇，等. P2P对等网络原理与应用[M]. 北京： 科学出版社， 2011：103-106.
[2] 洪帆，崔国华，付小青.信息安全概论[M].武汉： 华中科技大学出版社， 2005：103-107.
[3] 陈贵海，李振华. 对等网络.结构应用与设计[J].北京： 清华大学出版社， 2007：1-5.
[4] 王汝传，徐小龙，韩志杰，等. 对等网安全技术[M].北京： 科学出版社， 2012：69-72.
[5] GB/T20984-2007.信息安全技术信息安全风险评估规范[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2007：35-41.
关键词：因特网；C/S模式；对等网络；分布式技术
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）22-0009-02
1 传统互联网的发展瓶颈
网络技术的高速发展把我们带入了一个信息爆炸时代，如今，互联网络已经成为了我们工作、生活中的重要组成部分。客户/服务器（C/S）模式是传统因特网的基本模式，它是一种基于中心控制机制的网络模型，如图1所示。在C/S网络模式中，高性能服务器是网络的核心。服务器需要及时响应客户端的各类请求，同时还要承担网络通信与网络安全等诸多重任。在过去的许多年里，C/S模式对互联网络的快速发展起了很大的推动作用，大量的网络协议诸如HTTP、FTP、WWW等都是基于C/S模式构建的。然而近年来随着网络应用的迅速普及，因特网规模急速放大，同时作为客户端的PC机及其他设备性能也显著提高，服务器的负担越来越重以至于无法承受，甚至会出现服务器过于繁忙而无法保持网络正常通信的情况。同时，客户端性能大幅提高，客户端有大量的闲置资源，因此也需要某种机制来将这些闲置的客户端资源加以充分的利用。所以，传统C/S模式已经不再适应网络的发展现状甚至已经阻碍网络的进一步发展，寻求技术突破成为网络发展的当务之急。
2 对等网络及其优势
分布式网络技术是有望解决传统网络瓶颈提高网络效用的的方法之一。作为分布式技术实现形式之一的对等网络（P2P）技术，因其自组织特点，不存在C/S模式的服务器瓶颈问题，网络用户之间的直接交互需求也能得到满足，因此可实现一个自由良好的互联网环境，是现代互联网的重要候选技术之一。如图2所示。
早在20世纪70年代，对等网络技术已开始使用于局域网内的文件共享应用，但因当时硬件软件水平不高，PC机的整体性能低下，对等网络技术的发展被制约。到了90年代中后期，随着网络通信技术的发展和PC机性能的提高，对等网络技术再次受到人们的重视并快速发展。目前，对等网络技术应用广泛，已经涉及到协同工作、网络游戏、即时通讯、文件共享、对等计算、搜索引擎等各个领域。研究表明，Internet通信总量中对等网络应用的通信流量所占比重越来越大，对等网络技术及其应用已经受到网络通信领域的普遍关注。
对等网络是建立在传统Internet基础上的一种分布式覆盖网络（Overlay Network），充分利用网络系统中的各种可能的端系统进行大规模的协作工作与资源共享，因其优越的应用性能而受到业界和学术界的普遍关注。21世纪初，对等网络技术被财富杂志列为影响Internet未来的四大技术之一，并被列为下一代网络体系结构的四项关键技术之一。在业界，由Sony、Intel、HP等公司发起组织了对等网络工作组P2PWG，主要研究对等网络技术的底层标准化；微软公司也成立了Pastry工作组。学术界也高度重视对等网络技术的研究与开发，ICSI的CAN、伯克利的Tapestry、麻省理工学院的Chord等都是对等网络技术方面的著名科研项目。
3 对等网络技术的主要应用
对等网络技术的优越性能使其获得广泛关注并在各领域迅速推广应用，目前，对等网络技术已经覆盖了商业、军事、通讯以及个人应用等诸多领域，主要应用有：
（1）文件共享
文件共享是对等网络技术最初的主要应用之一。20世纪末，在文件共享需求的推动下Napster首次通过对等网络模式建立了一个自由的文件共享体系，实现了在互联网上对MP3文件的自由共享，其优越性开始引起人们的广泛关注。对等网络文件共享系统大致可分为三种形式：第一种是以Napster为代表的集中式系统，也称“中心文件目录/分布式文件系统”；第二种是完全的对等系统，该類系统不需要服务器，网络节点接近于绝对的自由。但是由于没有中间服务器，该类系统很难实现身份认证、流量管理、安全管理、计费等管理功能。该类系统的典型应用有Gnutella与Freenet。第三种系统则综合了两者的优点，设置了中间服务器，同时采用分布式文件目录。
（2）多媒体传输
多媒体传输对网络带宽与稳定性要求较高，C/S模式中的服务器存在性能和出口带宽的限制，因此传统网络无法满足多媒体传输系统的可扩展性需求。而采用对等网络技术，用户节点之间可进行直接的数据交换，因此传输所需要的大量带宽被分散到不同网络链路中，很好地满足了多媒体传输系统对网络带宽的需求。基于对等网络技术的流媒体分发系统的实施部署不需要改变Internet网络层协议，并具有CDN技术的低延时、IP组播的可扩展等特点，具有巨大的发展前景。目前典型的流媒体分发系统有ppstream、ppLive等。
（3）分布式数据存储
分布式数据存储技术是以存储数据的可用性、持久性、安全性为目标，并且通常致力于海量数据存储等相关领域。分布式数据存储技术包含了文件共享的功能，但其目的与文件共享不同。在文件共享系统中，数据的传输率是非常重要的性能指标，而分布式数据存储系统是以数据的安全存储为最终目的。在分布式数据存储系统中，每个数据对象通常都带有自身的鉴别与认证信息，系统用户进行数据存取时，都遵循事先设定的规则和权限来进行。同时，为了达到存储数据的可用性、持久性与安全性，分片、复制以及混存等方法在分布式数据存储系统通常被使用。目前，有代表性的分布式存储系统有CFS 、OceanStore等，这些分布式存储系统都是面向全球用户的。 （4）分布式计算
随着网络技术的高速发展和PC机性能的提高，网络中各种终端系统的CPU资源浪费极大，如何充分利用这些富余的处理器资源是对等网络技术的一个重要研究方向。采用分布式技术将网络中大量节点联合起来共同完成大规模的计算任务，这就是分布式计算。在对等网络系统中，参与分布式计算的节点是灵活的和相互协作的，每个节点都可以将获得的任务再次分发到下一层节点，对等节点之间也可以直接交換中间计算结果，协作完成计算任务，也可以将计算结果层层上传，直至任务分发的根节点。可见，分布式计算的对等网络系统能够有效整合网络上的闲散计算资源，极大地提高网络的总体计算能力，大幅提高网络的整体计算性价比。为了搜索外星文明迹象，伯克利大学于1999年成功开发了SETI@HOME项目，它利用分布式技术将遍布世界各地的志愿者电脑连接起来组成一个巨大的计算机阵列对射电天文望远镜采集到的海量数据进行处理，获得了全球千万用户的大力支持。
（5）协同工作
通过协同工作平台可以使网络上多个用户相互协作、共享资源和进行数据计算。传统网络中常用的协同工作平台由于需要系统服务器的参与，因此计算负担重，成本高，并且客户与供应商、企业与合作伙伴之间的交流也不能得到很好的实现。使用对等网络技术，不需要中心服务器的参与，就可以使互联网上任意两台PC都能建立直接的通讯联系，节点之间协同工作更加便捷。同时，由于网络吞吐量和快速反应的要求得到了降低，协同工作的成本也随之大幅度降低。
当前，对等网络中有代表性的协同工作平台有Lotous的Groove，Microsoft的.NET My Service架构等。
（6）即时通讯
近年来，即时通讯应用的发展速度很快，如QQ、陌陌、MSN、Skype等都非常成功，其用户数量已远远超出文件共享应用，已成为对等网络的第一大应用。相对于BBS、WEB等聊天室软件，采用对等网络技术的即时通讯软件可以使通讯双方的交流完全是点对点进行的，不需依赖网络带宽与高性能服务器的支持。需要指出的是，当前大多数即时通讯系统都配有中心服务器，但只是用来实现用户认证和帮助节点完成初始互连等工作，并不承担传统服务器的核心角色。Skype等IP电话具有比传统电话更多的功能、使用更便捷和更高的性价比，吸引着越来越多的用户，传统电信业正受到冲击。
此外，对等网络技术还在搜索引擎、网络游戏、电子商务、电子邮件系统等诸多领域获得广泛应用，其影响必将越来越大。
4 对等网络的发展前景和面临的挑战
显然，相对于传统网络，对等网络在许多方面有着巨大的优越性，其发展前景十分广阔，但也面临诸多挑战。
（1）通信协议的标准化
对等网络的通信协议都位于应用层，在带宽利用、网络安全等诸多方面仍存在严重限制和不足，通信协议的标准化有待完善。
（2）匿名机制的完善
匿名是网络中通信双方的基本需求，匿名机制是所有网络的重要组成部分。由于对等网络的自组织方式与传统网络的集中控制模式有着本质的区别，如何实现用户信息的匿名也是当前一个重要的课题。
（3）系统的安全性
安全是网络系统的基本需求，包括软硬件资源安全、数据安全与通信安全。安全机制有加密、授权、认证等。由于对等网络系统有别于传统“客户/服务器”模型，因此它的安全需求也不一样。针对不同的安全需求，需要采用不同的安全机制。
（4）防火墙与NAT
防火墙和NAT的存在提高了网络系统的安全性，但是也严重地降低了网络的透明性。在对等网络系统中，如果不对防火墙和NAT进行适当的处理，很多网络传输的数据包就不能通过这些设备，从而降低网络系统的性能。
（5）垃圾信息处理
在对等网络中，由于缺乏服务器的统一管理，网络中的节点高度自由和自私，对等网络的这些特征，会促使许多用户为了某种目的而提供大量的垃圾信息，从而导致整个网络系统的效率大大下降。如何有效禁止和处理这些垃圾信息是当前面临的一项任务。
此外，对等网络在智能代理、带宽占用以及版权问题等许多方面亦面临挑战。对等网络具的自组织特点，使得网络中节点高度自由，这一方面增加了网络的灵活性，另一方面节点行为的随意性也会造成网络系统性能的不稳定。由于缺乏集中有效的管理机制，对等网络中可能存在大量的虚假信息和网络病毒。这些不但给对等网络带来了很大的安全隐患，也制约了对等网络应用的进一步发展。加强对等网络安全管理机制、激励机制、访问控制机制与安全路由机制等关键技术的研究，建立和完善网络安全和知识产权保护的立法工作，是解决问题的重要途径。
5 结束语
对等网络的自组织特征与传统网络的服务器集中控制模式有着本质的区别，从根本上改变了人们对因特网的理解和认识，其在诸多应用领域所表现出来的巨大优势越来越受到人们的重视，已经成为改变传统互联网应用模式的重要候选技术之一。当然，作为新兴的技术仍面临着诸多挑战。我们相信，随着对等网络技术的不断完善和推广应用，必将对下一代新型网络产生广泛而深远的影响。
参考文献：
[1] 蔡康，唐宏，丁圣勇，等. P2P对等网络原理与应用[M]. 北京： 科学出版社， 2011：103-106.
[2] 洪帆，崔国华，付小青.信息安全概论[M].武汉： 华中科技大学出版社， 2005：103-107.
[3] 陈贵海，李振华. 对等网络.结构应用与设计[J].北京： 清华大学出版社， 2007：1-5.
[4] 王汝传，徐小龙，韩志杰，等. 对等网安全技术[M].北京： 科学出版社， 2012：69-72.
[5] GB/T20984-2007.信息安全技术信息安全风险评估规范[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2007：35-41.