[C# 網路編程系列]專題八：P2P編程

引言：

前面的介紹專題中有朋友向我留言說介紹下關於P2P相關的內容的，首先本人對於C#網路編程也不是什麼大牛，因為能力的關係，也只能把自己的一些學習過程和自己的一些學習過程中的理解和大家分享下的，下面就進入正題——P2P（Peer to Peer）編程

 

一、P2P的介紹

 首先，現在大家熟知的BT、電驢、迅雷、QQ、MSN和PPlive等都是基於P2P方式實現的軟體，並且對等連網（Peer to Peer，P2P）將是互連網的發展方向，因此對於P2P技術的瞭解顯得非常的重要，下面就來介紹下P2P架構：

在P2P技術之前，我們所有的網路應用都採用C/S或者B/S架構來實現的，然而在之前C/S架構的應用程式中，用戶端軟體向伺服器發出請求，伺服器然後對用戶端請求做出響應，在這種情況下，如果用戶端越多，此時伺服器的壓力就越大。然而採用P2P技術實現的每台電腦既是用戶端，也是伺服器，他們的功能都是對等的。對於安裝了P2P軟體（如迅雷，QQ等）的電腦加入一個共同的P2P網路，網路中的節點之間可以直接進行資料轉送和通訊。

1.1 P2P架構和C/S架構的比較

C/S架構有下面的缺點（其實上面的簡單介紹中也講到過）：

1. 伺服器負擔過重。當大量使用者訪問C/S系統的伺服器時，伺服器常常會出現網路堵塞等現象，這時候，我們可能會通過增加投資提高伺服器的硬體效能

2. 系統穩健性和伺服器關聯密切。指的是——如果伺服器出現了問題時，整個系統的運行將會癱瘓（感覺是物件導向中經常強調的原則——低耦合原則）

然而P2P具有下面的特點：

1.對等模式

P2P系統中的用戶端能夠同時扮演用戶端和伺服器的角色，使兩台電腦之間能夠不通過伺服器直接進行資訊分享（QQ中當好友線上的時候發資訊時，相信此時是不需要經過伺服器轉寄的，只有當給離線好友發送訊息時，此時應該會先把訊息發送到伺服器端儲存起來，當好友再次登入的時候，會和伺服器進行串連，伺服器會進行判斷是不是給這個使用者的資訊來決定是否轉寄，QQ軟體的實現屬於混合型P2P結構的， 這個會在後面的P2P系統分類中介紹。）

註：括弧中都是我個人的一些理解，如果有什麼說錯的地方請大家及時更正我，這樣我會及時的更新以免誤導大家，謝謝大家監督。

2. 網路資源的分布式儲存

在C/S架構中，所有用戶端都直接從伺服器下載所有資料資源，這樣勢必會加重伺服器的負擔，而P2P則改變了以伺服器為中心的狀態，使每個節點可以先從伺服器上個下載一部分，然後再相互從對方或者其他節點下載其餘部分。採用這種方式，當大量用戶端同時下載時，就不會形成網路堵塞現象了。

 

1.2 P2P系統的分類

使用P2P技術的系統分為兩類：（1）單純型P2P——沒有專用的伺服器。安裝了P2P軟體的各個電腦可以直接通訊

　　　　　　　　　　　　　 （2）混合型P2P——有專用的伺服器，此時的伺服器一般叫索引伺服器，此伺服器與C/S架構下的伺服器不同，在C/S架構下所有資源都儲存在伺服器中，所有傳遞的資訊都要經過伺服器，而在混合型P2P系統中的索引伺服器僅僅起到協調和擴充的功能，資源不是全部儲存在伺服器上，而是分布在各個電腦上，安裝了P2P軟體的電腦開始全部和索引伺服器串連，以便告知自己監聽的IP地址和連接埠號碼，然後再通過索引伺服器告訴其他與自己串連的電腦，每台電腦的串連和斷開都通過伺服器通知網路上有聯絡的電腦，這樣就減輕了每台電腦搜尋其他電腦的負擔，但是資訊的傳遞還是通過點對點的方式來完成（這裡可以以QQ為例，當我們電腦上安裝了QQ這類P2P軟體時，安裝了QQ這類軟體的電腦就會加入一個P2P網路，並且登陸的時候都會與索引伺服器建立串連，通過串連來告訴伺服器自己的IP地址和連接埠號碼，當我們找一個好友聊天時，此時自己的電腦和好友的電腦都會與伺服器連接埠串連，但是要互相發送訊息，自己的電腦必須知道好友電腦的IP地址和連接埠號碼才可以通訊，這樣的工作正是通過索引伺服器來告知對方的--指的是告訴自己的電腦好友的電腦的IP地址和連接埠號碼，告訴好友的電腦自己的IP地址和連接埠號碼，這樣雙方就可以不通過伺服器直接通訊了。）

 

1.3 主流P2P應用分類

P2P 網路應用大致可以分為三類—— 1. 檔案分享權限設定類，例如迅雷，BT等軟體都是檔案分享權限設定類的應用

　　　　　　　　　　　　　　　　 2. 即時通訊類，例如QQ，MSN等軟體都是屬於即時通訊類

　　　　　　　　　　　　　　　　 3. 多媒體傳輸類，例如線上ApsaraVideo for Live軟體，PPlive等軟體

從上面的分類可以看出，現在網路上流行的軟體都採用了P2P技術來實現的， 但是它們的實現肯定不是單純的只採用P2P技術來實現的， 而是採用多種技術來實現的， 在下一專題中將介紹利用TCP，UDP和P2P等技術來實作類別似QQ的一個即時通訊程式，希望通過此程式可以綜合前面專題介紹的內容以及協助大家對QQ等軟體的實現原理有瞭解。

 

二、P2P的基本原理

在前面我們對P2P的一些知識進行的簡單的介紹， 通過前面的介紹相信大家對P2P的技術有了一定的瞭解，但是要自己開發一個P2P的應用當然必須瞭解P2P技術的實現原理的，下面就介紹下P2P實施的基本原理。

安裝了P2P軟體後，首先雙方要進行通訊，必須能夠發現對方（指的就是知道對方的IP地址和連接埠號碼），一旦發現了對方後才可以進行通訊，所以P2P應用程式一般分為發現、串連和通訊3個階段。 發現階段負責動態定位通訊方的網路位置；串連階段負責在雙方建立網路連接，通訊階段負責在雙方之間傳輸資料。

 2.1 發現階段

一台電腦要和另外一台電腦通訊，必須知道對方的IP地址和監聽連接埠，否則就無法向對方發送訊息。在之前的C/S架構中，伺服器的IP地址一般固定不變的，並且提供服務的電腦網域名稱也一般不會改變，所以為了方便用戶端訪問，一些Web伺服器在DNS（DNS其實就是網域名稱和IP地址的一個映射）中進行了註冊，客戶機可以利用網域名稱解析機制將伺服器網域名稱解析為IP地址，然後在P2P應用中，各個對等節點（電腦或資源）可以隨時加入和隨時離開，並且對等節點的IP地址也不是固定的，所以不能採用DNS的機制來擷取P2P架構中的對等節點的資訊。

目前，在單純型P2P中，針對如何發現對等節點，各種P2P技術採用的協議和標準都不一樣，微軟在.net 支援對等名稱解析通訊協定（Peer name Resolution Protocol, PNRP）,該協議可以發現對等節點的資訊，通過無伺服器的解析功能將任何資源解析為一組ＩＰ地址和連接埠號碼，在後面的實現的簡單程式用的就是這個協議來完成發現階段的。

2.2 串連和通訊階段

 完成對等節點的發現後，接下來就可以根據需要，選擇TCP、UDP或者其他協議完成資料轉送。如果選擇TCP，則需要先建立串連，再利用該串連傳輸資料，關於TCP的內容可以查看我之前的專題；如果選擇UDP，則無須建立串連，直接在對等節點之間通訊就可以了。

三、.net平台對P2P編程的支援

 之前在發現階段也介紹了.Net平台對P2P編程的支援的，然後微軟幫我們已經封裝好了對PNRP協議的實現，這些類在System.Net.PeerToPeer命名空間裡（微軟現在很多東西都幫我們封裝了，這樣可以方便我們開發應用程式，感覺微軟的做的東西都是這樣，把程式的實現都幫我們做好了，我們開發程式的時候只要關注商務邏輯就好了的， 這樣做當然有好處也有壞處的， 我覺得好處就是縮短軟體的開發週期，讓花更多的時間去實現軟體真真的商務邏輯方面的東西，不好的地方就是現在的程式員就不能叫程式員，所以園子裡面有很多人都稱碼農,這些我自己的觀點了）

3.1 對等名稱解析通訊協定（PNRP）

PNRP可以完成對等名稱的註冊和解析（可以和DNS對比來理解）。

3.1.1 基本概念

第一個介紹的是對等名稱的概念，我們將每一個網路資源（包括電腦，P2P應用程式、視頻、Mp3或其他文檔等資源）抽象為對等節點，對等節點名稱當然就是對等節點的名稱。對等節點名稱簡稱為對等名，分為安全的和不安全的兩種形式，不安全的名稱僅由文本字串組成，任何人都可以註冊一個相同的不安全對等名稱；安全的由一個公開金鑰/私密金鑰（代表唯一）對支援，所以使用PNRP註冊時，不會受到欺騙，對等名稱的格式如下：

Authority.Classifier

Authority的值取決於該名稱的安全類型。對於不安全的類型，Authority為單字元“0”，而對於安全的對等名稱，Authority由40個十六機制字元組成

Classifier是使用者定義的用於標誌對等節點的字串，最大長度為150個Unicode字元。例如，對等名稱0.PeerNametest1就是一個不安全的對等名稱。

第二個概念就是雲（Cloud）的概念，安裝了相同P2P軟體的電腦會加入一個共同的P2P網路中，才能相互識別各自擁有的資源並順利進行P2P通訊。微軟PNPR協議將這個P2P網路稱為“雲”。雲是指一組可以通過P2P網路相互識別的對等節點及其上資源的集合。雲中的所有對等節點都可以解析註冊到該雲中的其他任何資源所在的位置（IP+Port),一個對等節點上的某個資源可以同時註冊到多個雲中。

PNPR目前使用了兩種雲——本地雲和全域雲。一個對等名稱若註冊到連結一本地雲，就意味著只有同一本網上的其他對等節點可以解析該名稱。而註冊到全域雲上的對等名稱則允許IPv6互連網的任何對等節點解析。

註：全域雲是基於IPv6協議的，並不支援IPv4，如果不存在IPv6地址，則不會出現全域雲，也無法加入全域雲。由於現在網上絕大多數應用使用的仍然是IPv4的地址，所以我們通常的P2P編程還用不到全域雲，而只能使用預設的本地雲。

3.1.2 名稱註冊

任何資源要被網路上的其他電腦識別到，首先必須註冊進P2P網路，名稱註冊就是將包含對等節點資訊的對等名稱發布到雲中，以便其他對等節點解析。一個資源如果註冊到雲中後，就可以被雲中的其他對等節點解析和訪問。

關於名稱註冊的具體內容，在後面的P2P的程式中也會使用的， 相信大家可以通過代碼來進一步理解名稱的註冊，這裡就先介紹到這裡的

3.1.3 名稱解析

名稱解析是指利用對等名稱擷取到雲中資源所在對等節點的IP地址和連接埠號碼的過程（和DNS解析原理一樣）。PNPR名稱解析僅能夠註冊到雲中的其他對等節點資源，而不能發現自身註冊的資源

PNPR協議沒有使用索引伺服器，所以為了完成解析，雲中的每個對等節點都儲存一些PNRP ID的緩衝記錄。PNPR緩衝中的都含有PNPR ID和應用程式的IP地址和連接埠號碼。名稱解析的步驟為——首先在本機電腦對等節點的緩衝中尋找目標資源，如果沒有，則在緩衝中的臨近節點查看，這樣迴圈下去，直到找到目標資源所在的對等節點位置。

3.2 PeerToPeer命名空間

上面主要介紹了PNPR協議的工作過程（相當於是理論部分了），下面就介紹下.net 為我們封裝好PNPR的類的使用。這裡就簡單指明幾個常用類的使用，並附上MSDN的連結，大家可以直接點連結進行查看詳細內容，因為後面的P2P程式中也有具體的使用，所以這裡就不一一列出來了。

類名	MSDN連結
Peer類	http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.net.peertopeer.collaboration.peer.aspx
Cloud類	http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.net.peertopeer.cloud.aspx
PeerName類	http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.net.peertopeer.peername.aspx
PeerNameRecord類	http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.net.peertopeer.peernamerecord.aspx
PeerNameRegistration類	http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.net.peertopeer.peernameregistration_members(v=VS.90).aspx
PeerNameResolver類	http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.net.peertopeer.peernameresolver.aspx

 這些類基本上從類名都可以大致知道他們的用途的，所以在這裡就沒有一一介紹的，只是附上了MSDN的連結。

四、實現P2P應用程式

以上介紹了那麼多P2P的相關的知識，主要是為了實現一個自訂的P2P應用程式做準備的，這裡就簡單實現了資摘要搜索的一個程式。

核心代碼：

 對等名稱的註冊代碼：

 // 註冊資源        private void btnRegister_Click(object sender, EventArgs e)        {            if (tbxResourceName.Text == "")            {                MessageBox.Show("請輸入發布的資源名！", "提示");                return;            }            // 將資源名註冊到雲中            // 具體資源名的結構在部落格有介紹            PeerName resourceName = new PeerName(tbxResourceName.Text, PeerNameType.Unsecured);            // 用指定的名稱和連接埠號碼初始化PeerNameRegistration類的執行個體            resourceNameReg[seedCount] = new PeerNameRegistration(resourceName, int.Parse(tbxlocalport.Text));            // 設定在雲中註冊的對等名對象的其他資訊的注釋            resourceNameReg[seedCount].Comment =resourceName.ToString();            // 設定PeerNameRegistration對象的應用程式定義的位元據            resourceNameReg[seedCount].Data = Encoding.UTF8.GetBytes(string.Format("{0}", DateTime.Now.ToString()));            // 在雲中註冊PeerName(對等名)            resourceNameReg[seedCount].Start();            seedCount++;            comboxSharelist.Items.Add(resourceName.ToString());            tbxResourceName.Text = "";        }

名稱解析代碼（搜尋資源）：

  // 搜尋資源        private void btnSearch_Click(object sender, EventArgs e)        {            if (tbxSeed.Text == "")            {                MessageBox.Show("請先輸入要尋找的種子資源名", "提示");                return;            }            lstViewOnlinePeer.Items.Clear();            // 初始化要搜尋的資源名            PeerName searchSeed = new PeerName("0." + tbxSeed.Text);            // PeerNameResolver類是將節點名解析為PeerNameRecord的值（即將通過資源名來尋找資源名所在的地址,包括IP地址和連接埠號碼）            // PeerNameRecord用來定於雲中的各個節點            PeerNameResolver myresolver = new PeerNameResolver();            // PeerNameRecordCollection表示PeerNameRecord元素的容器            // Resolve方法是同步的完成解析            // 使用同步方法可能會出現介面“假死”現象            // 解決介面假死現象可以採用多線程或非同步方式            // 關於多線程的知識可以參考本人部落格中多線程系列我前面UDP編程中有所使用            // 在這裡就不列出多線程的使用了，朋友可以自己實現，如果有問題可以留言給我一起討論            PeerNameRecordCollection recordCollection = myresolver.Resolve(searchSeed);            foreach (PeerNameRecord record in recordCollection)            {                foreach(IPEndPoint endpoint in record.EndPointCollection)                {                    if (endpoint.AddressFamily.Equals(AddressFamily.InterNetwork))                    {                        ListViewItem item = new ListViewItem();                           item.SubItems.Add(endpoint.ToString());                        item.SubItems.Add(Encoding.UTF8.GetString(record.Data));                        lstViewOnlinePeer.Items.Add(item);                    }                }            }        }

運行結果：
為了示範資摘要搜索的效果，所以同時開啟了本程式的3個進程來類比網路上對等的3個電腦節點，當在資源名中輸入資源後會在分享下列表中顯示出本地分享的資源，同時在P2P網路上的其他電腦可以通過資源名稱搜尋該資源，將得到的資源名稱和發布時間顯示在ListView控制項中，下面是程式的運行結果：

五、總結

到這裡P2P編程的介紹就結束了， 本專題只是簡單示範了一個資摘要搜索的程式，資摘要搜索是P2P的核心技術，正是因為P2P技術實現了互連網範圍的資摘要搜索，才使得它被廣泛應用，像我們經常用的下載工具——迅雷，迅雷就是典型採用P2P技術的應用程式，當我們在迅雷頁面中輸入“愛情公寓3”（相當於本專題中種子文字框填的資源名）然後點擊搜尋後迅雷會自動啟動“狗狗搜尋”並顯示資源連結列表，當我們點擊串連就可以進行下載了。不過迅雷肯定不是使用微軟的PNPR，而是迅雷自主研發的與PNPR作用一樣的協議——都是完成解析網路資源的地址的作用，當然，迅雷軟體中也採用了其他的一些技術，如搜尋引擎等。

希望本專題可以協助大家對P2P技術有所瞭解，如果有任何的問題都可以通過留言的方式來一起討論，在下一個專題中將介紹實現一個類似QQ的程式。

 

源碼附上：http://files.cnblogs.com/zhili/P2PResourceDiscovery.zip ，希望覺得有協助的朋友可以推薦下。謝謝支援