對P2P應(yīng)用程序開發(fā)框架的研究

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　　1概述

　　P2P應(yīng)用程序以一種分布的方式管理和組織位于互聯(lián)網(wǎng)邊緣的各種資源。位于互聯(lián)網(wǎng)邊緣的通常都是一些聯(lián)網(wǎng)的普通PC。在傳統(tǒng)的C/S網(wǎng)絡(luò)模式下，普通PC作為客戶端，通過向位于Intemet中的各種服務(wù)器發(fā)送請求來完成一些任務(wù)。相反在P2P模式下，普通PC直接與互聯(lián)網(wǎng)中成千上萬臺計算機相連，實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的共享。因為與用戶計算機相連的各種計算機資源的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，所以P2P協(xié)議被設(shè)計為可以在不穩(wěn)定的聯(lián)網(wǎng)和動態(tài)的 地址的情況下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作的一種通訊規(guī)則。

　　P2P應(yīng)用程序的開發(fā)要比C/s應(yīng)用程序的開發(fā)復(fù)雜一些。在P2P系統(tǒng)中，所有的計算機(節(jié)點)都運行相同的程序。開發(fā)P2P應(yīng)用程序要解決如下一些問題：

　　(1)聯(lián)通性：如何找到和連接其他的P2P節(jié)點，這些節(jié)點通常不具有固定IP;(2)消息路由：消息如何從一個節(jié)點路由到另一個節(jié)點，源節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點之間互相都不知道對方的位置;(3)搜索：如何從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中找到需要的信息;(4)安全：在這方面存在很多的問題，包括節(jié)點如何信任其它節(jié)點等。

　　本文將會針對開發(fā)P2P應(yīng)用程序的相關(guān)問題提出一個簡單的P2P應(yīng)用程序開發(fā)框架。

　　2 P2P應(yīng)用程序開發(fā)框架基本結(jié)構(gòu)

　　該P2P應(yīng)用程序開發(fā)框架的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，在該圖中也演示了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間相互通訊的全部過程。

　　在節(jié)點中運行的P2P應(yīng)用程序向用戶提供了一個界面，并且運行了一個用于監(jiān)聽從其它節(jié)點發(fā)來的連接請求的主循環(huán)。用戶可以單擊節(jié)點A圖形界面中的一個按鈕(比如搜索按鈕)，與該按鈕相關(guān)的程序就會向節(jié)點B發(fā)出“Query“消息，請求與節(jié)點B建立連接。節(jié)點B的主循環(huán)檢測到節(jié)點A發(fā)出的連接請求后，會啟動一個單獨的線程來處理這個請求。一旦節(jié)點A與節(jié)點B建立了連接，節(jié)點A就會向節(jié)點B發(fā)送包含了真正要處理數(shù)據(jù)的消息，節(jié)點B中的相應(yīng)線程就會接收消息并向節(jié)點A發(fā)出回復(fù)，然后關(guān)閉與節(jié)點A的連接，再根據(jù)節(jié)點A發(fā)送給自己的消息類型，調(diào)用相應(yīng)的消息處理函數(shù)處理該消息。處理完消息中包含的數(shù)據(jù)之后，節(jié)點B會主動連接節(jié)點A，并向節(jié)點A發(fā)出“Query Response”的消息。

　　3核心模塊

　　上述P2P節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通訊功能是基于一個簡單的開發(fā)框架實現(xiàn)的，該框架中包括除用戶界面之外的兩個重要的功能模塊。

　　3.1節(jié)點模塊

　　節(jié)點模塊管理著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的全部操作功能。該模塊包含一個用于監(jiān)聽連接請求和啟動消息處理線程的主循環(huán)。借助該框架進行P2P應(yīng)用開發(fā)的程序員可以在節(jié)點模塊中注冊新的消息處理句柄(函數(shù)或方法)，該模塊中的主循環(huán)會根據(jù)節(jié)點接收到的消息類型分配相應(yīng)的消息處理句柄進行消息的處理。一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點啟動初始化時會提供一個監(jiān)聽連接請求的端口，一個IP地址以及一個節(jié)點標(biāo)識符。

　　節(jié)點模塊也維護著一個已知節(jié)點列表，該列表的大小是有限制的，節(jié)點可以通過標(biāo)識符或者在列表中的順序位置來訪問這些已知節(jié)點。

　　除了存儲各種不同類型消息的處理句柄之外，節(jié)點模塊還存儲了程序員編寫的用來決定如何路由消息的函數(shù)。節(jié)點模塊也能以固定間隔允許固定的操作程序。

　　3.2節(jié)點連接模塊

　　節(jié)點連接模塊封裝了用于連接其它節(jié)點的套接字。該框架使用TCP/IP協(xié)議在節(jié)點之間進行通訊。節(jié)點連接模塊提供了可以讓程序員非常容易發(fā)送和接收消息的各種方法，這些方法保證了消息的編碼格式的正確。另外，節(jié)點連接模塊也可以偵測到P2P數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的各種錯誤。

　　該框架中定義的消息包含一個8字節(jié)長度的消息頭，該消息頭中有4個字節(jié)用來存放消息的類型標(biāo)識，另外4字節(jié)用來存放一個表示消息中數(shù)據(jù)長度的整數(shù)。4字節(jié)的消息類型標(biāo)識可以被看作是字符串。因此，程序員可以用自定義的長度為4-T-節(jié)的字符串來標(biāo)識各種不同的消息類型。當(dāng)節(jié)點中的主循環(huán)接收到消息后，它就會根據(jù)消息類型將消息分配給正確的處理句柄。消息句柄是一個可以接收節(jié)點連接模塊對象引用和消息類型的函數(shù)，句柄可以根據(jù)消息類型被注冊。目前，該框架被設(shè)計為一個消息僅對應(yīng)一個句柄對象的1：1模式。當(dāng)節(jié)點模塊接收到一個連接請求時，它就會建立一個節(jié)點連接模塊對象，該對象讀取其它節(jié)點發(fā)來的消息類型，啟動一個線程處理消息中的數(shù)據(jù)，當(dāng)消息句柄完成它的任務(wù)后，節(jié)點連接自動關(guān)閉。

　　4結(jié)語

　　P2P應(yīng)用程序的開發(fā)難度較大，借助于框架技術(shù)可以大大簡化開發(fā)過程，提高開發(fā)效率。本文提出的這個簡單的開發(fā)框架對P2P應(yīng)用程序的開發(fā)起到了一定的改進作用。