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對等網絡

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無中心伺服器的對等網絡系統
有中心伺服器的中央網絡系統

對等式網絡（英語：peer-to-peer， 簡稱P2P），又稱對等技術，是去中心化、依靠用戶群（peers）交換資訊的互聯網體系，它的作用在於，減低以往網路傳輸中的節點，以降低資料遺失的風險。與有中心伺服器的中央網絡系統不同，對等網絡的每個用戶端既是一個節點，也有伺服器的功能，任何一個節點無法直接找到其他節點，必須依靠其戶群進行資訊交流。

P2P節點能遍佈整個互聯網，也給包括開發者在內的任何人、組織或政府帶來監控難題。P2P在網絡私隱要求高和檔案共用領域中，得到了廣泛的應用。使用一般型P2P技術的網絡系統有比特幣、Gnutella或自由網等。另外，P2P技術也被使用在類似VoIP等即時媒體業務的數據通訊中。有些網絡（如Napster、OpenNAP、IRC @find）包括搜尋的一些功能，也使用客戶端-伺服器結構，而使用P2P結構來實現另外一些功能。這種網絡設計模型不同於客戶端-伺服器模型，在客戶端-伺服器模型中通訊通常來往於一個中央伺服器。

歷史

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分散式雜湊表

P2P架構體現了一個網際網路技術的關鍵概念，這一概念被描述在1969年4月7日第一份RFC文件「RFC 1，主機軟件」[1]中。在不用中心索引伺服器結構交換多媒體檔案的大趨勢下，這個概念已經得到廣泛普及。

分類

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根據中央化程度

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  • 特殊型P2P
    • 有一個中心伺服器儲存節點的資訊並對請求這些資訊的要求做出響應。
    • 節點負責發佈這些資訊（因為中心伺服器並不儲存檔案），讓中心伺服器知道它們想共用什麼檔案，讓需要它的節點下載其可共用的資源。
    • 路由終端使用地址，通過被一組索引參照來取得絕對地址。
    • 如最原始的Napster。
  • 混合型P2P
    • 同時含有一般型P2P和特殊型P2P的特點。
    • 如Skype。

根據網路拓撲結構

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  • 結構P2P
    • 對等之間互有連結資訊，彼此形成特定規則拓撲結構。
    • 需要請求某資源時，依該拓撲結構規則尋找，若存在則一定找得到。
    • 如Chord、YaCy、Kademlia。
  • 無結構P2P
    • 對等之間互有連結資訊，彼此形成無規則網狀拓撲結構。
    • 需要請求某資源節點時，以廣播方式尋找，通常會設TTL，即使存在也不一定找得到。
    • 如Gnutella。
  • 鬆散結構P2P
    • 對等之間互有連結資訊，彼此形成無規則網狀拓撲結構。
    • 需要請求某資源時，依現有資訊推測尋找，介於結構P2P和無結構P2P之間。
    • 如Freenet、Zeronet。

P2P網絡的優勢

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P2P網絡的一個重要的目標就是讓所有的客戶端都能提供資源，包括頻寬，儲存空間和算力。因此，當有節點加入且對系統請求增多，整個系統的容量也增大。這是具有一組固定伺服器的Client-Server結構不能實現的，因為在上述這種結構中，客戶端的增加意味着所有用戶更慢的數據傳輸。

P2P網絡的分佈特性通過在多節點上複製數據，也增加了防故障的健壯性，並且在一般型P2P網絡中，節點不需要依靠一個中心索引伺服器來發現數據。在後一種情況下，系統也不會出現單點崩潰。

當用P2P來描述Napster 網絡時，對等協定被認為是重要的，但是，實際中，Napster 網絡取得的成就是對等節點（就像網絡的末枝）聯合一個中心索引來實現。這可以使它能快速並且高效的定位可用的內容。對等協定只是一種通用的方法來實現這一點。

應用

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eMule

對等技術有許多應用。共用包含各種格式音訊，視像，數據等的檔案是非常普遍的，即時數據（如IP電話通訊，Anychat音視像開發軟件）也可以使用P2P技術來傳送。

有些網絡和通訊渠道，像Napster、OpenNAP和IRC@find，一方面使用了主從式架構結構來處理一些任務（如搜尋功能），另一方面又同時使用P2P結構來處理其他任務。而有些網絡，如Gnutella和Freenet，使用P2P結構來處理所有的任務，有時被認為是真正的P2P網路。儘管Gnutella也使用了目錄伺服器來方便節點得到其它節點的網絡地址。

對等技術亦常應用於加密貨幣上。比特幣的白皮書[2]標題正是「一種對等式的電子現金交易系統」。對等網絡中每個節點的地位相當，沒有任何節點屬於中央控制地位，也沒有任何節點扮演交易中介的角色；網絡中每個節點既是伺服器端，亦是用戶端；節點可以選擇隨時加入，隨時退出；節點可以選擇運行所有的功能，也可以選擇運行部分的功能；節點越多，整個系統的運算能力越強，數據安全性越高，抗破壞能力越強。 比特幣便是採用了這種P2P網絡協定，其後的許多加密貨幣，如以太坊﹑EOS （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）等仍然繼續採用。

學術性P2P網絡

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2015年1月28日，賓西法尼亞州立大學的開發者，聯合了麻省理工學院開放知識行動，西蒙弗雷澤大學的研究人員，還有第二代網際網絡P2P工作群組，正在開發一個P2P網絡的學術性應用。這個專案稱為LionShare，基於第二代網絡技術，更詳細地說是Gnutella模型。這個網絡的主要目的是讓眾多不同學術機構的用戶能夠共用學術材料。LionShare網絡使用特殊型P2P網絡類型，混合了Gnutella分散的P2P網絡和傳統的C/S網絡。這個程式的用戶能夠上載檔案到一個伺服器上，不管用戶是否線上，都能夠持續的共用。這個網絡也允許在比正常小得多的共用社區中使用。

這個網絡與當前正在使用的其他P2P網絡的主要不同是LionShare網絡不允許匿名用戶。這樣做的目的是防止版權材料在網絡上共用，這同時也避免了法律糾紛。另一個不同是對不同組有選擇性的共用個別的檔案。用戶能個別選擇哪些用戶可以接收這一個檔案或者這一組檔案。

學術社區需要這種技術，因為有越來越多的多媒體檔案應用在課堂上。越來越多的教授使用多媒體檔案，像音頻檔，影片檔和幻燈片。把這些檔案傳給學生是件困難的任務，而這如果用LionShare這類網絡則容易的多。

優點

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  • 擁有較佳的並列處理能力。
  • 運用主記憶體來管理交換資料，大振幅提高效能。
  • 不用投資大量金錢在伺服器的軟、硬件裝置。
  • 適用於小規模的網路，維護容易。

缺點

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  • 架構較為複雜，除了要有開發伺服器端，還要有專用的客戶端。
  • 用在大規模的網路，資源分享紊亂，管理較難，安全性較低。

爭議

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法律方面

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在美國法律中，「Betamax判決」[3]的判例堅持，如果它們有實質性非侵權用途，複製「技術」就不是本質非法的。這個互聯網廣泛使用之前的決定被應用於大部分的數據網絡，包括P2P網絡，因為已得到認可的檔案的傳播也是可以的。這些非法侵犯的使用包括開放原始碼軟件，公共領域檔案和不在版權範圍之內的作品。其他司法部門也可用類似的方式看待這個情況。

實際上，大多數在P2P網絡上共用的檔案是版權流行音樂和電影，包括各種格式（MP3，MPEG，RM 等）。在多數司法範圍中，共用這些複本是非法的。這讓很多觀察者，包括多數的媒體公司和一些P2P的倡導者，批評這種網絡已經對現有的發行模式造成了巨大的威脅。試圖測量實際金錢損失的研究多少有些意義不明。雖然紙面上這些網絡的存在而導致的大量損失，而實際上自從這些網絡建成以來，實際的收入並沒有多大的變化。不管這種威脅是否存在，美國唱片業協會和美國電影協會正花費大量的錢來試着遊說立法者來建立新的法律。一些版權擁有者也向公司出錢希望幫助在法律上挑戰從事非法共用他們材料的用戶。

儘管有Betamax判決，P2P網絡已經成為那些藝術家和版權許可組織的代表攻擊的靶子。這裏面包括美國唱片協會和美國電影協會等行業組織。Napster 服務由於美國唱片協會的投訴而被迫關閉。在這個案例中，Napster故意地買賣這些並沒有從版權所有者那得到許可發行的音像檔案。

隨着媒體公司打擊版權侵犯的行為擴大，這些網絡也迅速不斷地作了調整，讓其無論從技術上還是法律上都難於撤除。這導致真正犯法的用戶成為目標，因為雖然潛在的技術是合法的，但是用侵犯版權的方式來傳播的個人對它的濫用很明顯是非法的。

匿名P2P網絡允許發佈材料，無論合法不合法，在各種司法範圍內都很少或不承擔法律責任。很多人表示這將導致更多的非法材料更容易傳播，甚至（有些人指出）促進恐怖主義，要求在這些領域對其進行規範。而其他人則反對說，非法使用的潛在能力不能阻止這種技術作為合法目的的使用，無罪推定必須得以應用，像其他非P2P技術的匿名服務，如電子郵件，同樣有着相似的能力。

重要案例：

  • 美國法律
    • Sony Corp. vs Universal City Studios ( Betamax判決)
    • MGM vs Grokster

安全方面

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許多P2P網絡一直受到懷有各種目的的人的持續攻擊。例子包括：

  • 中毒攻擊（提供內容與描述不同的檔案）
  • 阻斷服務攻擊（使網絡執行非常慢甚至完全崩潰）
  • 背叛攻擊（吸血）（用戶或軟件使用網絡卻沒有貢獻出自己的資源）
  • 在數據中插入病毒（如，下載或傳遞的檔案可能被感染了病毒或木馬）
  • P2P軟件本身的木馬（如，軟件可能含有間諜軟件）
  • 過濾（網絡營辦商可能會試圖禁止傳遞來自P2P網絡上的數據）
  • 身份攻擊（如，跟蹤網絡上用戶並且進行不斷騷擾式的或者是用合法性地攻擊他們）
  • 垃圾資訊（如在網絡上傳送未請求的資訊--不一定是阻斷服務攻擊）

如果精心設計P2P網絡，使用加密技術，大部分的攻擊都可以避免或控制，P2P網絡安全事實上與拜占庭將軍問題有密切聯絡。然而，當很多的節點試着破壞它時，幾乎任何網絡也都會失效，而且許多協定會因用戶少而表現得很失敗。

2007年4月23日，CA公司發表資安警訊，指出Foxy、BitComet、eDonkey、µTorrent、Ares、Azureus、BearShare、Lphant、Shareaza、Hamachi、exeem lite、Fpsetup、Morpheus（英語：Morpheus (software)）、iMesh等14款P2P軟件都存在安全威脅，這些P2P軟體的潛在威脅來源包括可能會覆寫檔案，為檔案重新命名，刪除檔案，被第三方植入惡意程式等。

計算技術展望

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技術角度嚴格來講，對等網絡雙方嚴格對等並同等地提供和使用數據 ，沒有伺服器和客戶端的區別。但這樣的一般型P2P應用和網絡少之又少，大部分稱為P2P的網絡和應用實際上依賴或包含像DNS這樣的一些非對等單元。同時應用中實際也使用了多個協定，使節點可以同時或分時成為客戶端、伺服器、和對等節點；譬如Usenet(1979年)和FidoNet(1984年)這樣已經使用多年完全的分散式對等網絡。

很多P2P系統使用更強的對等點（稱為超級對等點(Super Node)）作為伺服器，那些客戶節點以星狀方式連接到一個超級對等點上。

在1990年代末期，早在即時通訊流行之前，為了促進對等網絡應用的發展，昇陽（SUN）公司在Java技術中增加累一些類，以便開發者能開發不受控於中心伺服器的的即時聊天applet及應用。這個工作現在由JXTA工程來繼續。

P2P系統和應用已經吸引了電腦科學研究的大量關注，在這一領域有包括Chord計劃，ARPANET，the PAST storage utility，P-Grid（一個自發組織的新興覆蓋性網絡），和CoopNet內容分發系統在內的一系列卓越的研究計劃。

限制

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中華人民共和國

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P2P技術在中國法律方面處於空白狀態，原則上不受中國政府的官方限制。但由於P2P技術會大量佔用網絡頻寬，並且由於中國的網絡設施的現狀和中國對網絡管理的態度，都不同程度的對P2P通訊方式有所限制。

目前中國各大ISP對網絡接入都進行了限速，對佔用頻寬的應用比如P2P，會採取措施，常用的手段有限制TCP連接數，封鎖P2P協定，限制下載/上載速度等。但是由於這些行為大部分都是秘密進行，因此中國眾多P2P用戶稱，此舉嚴重侵犯了他們的知情權和使用權。在中國，被限制最多的P2P軟件是BitTorrent系列軟件和eMule。

在日趨稀少的IPv4地址資源的情況下，中國大部分地區開始採用「大內網」的方式，減少對IP位址資源的消耗，即大部分的家庭及個人用戶將連接ISP的路由器，使用網絡地址轉換方式連接外部網絡。因NAT和部分P2P協定的限制，導致P2P軟件大多只能在內網進行傳輸，對P2P產業鏈產生了很大影響。

此外，中國出於對國內產業支援和資訊控制的考慮，也會限制一些P2P方式的即時通訊軟件。中國資訊工業部曾發文要求VOIP只能在指定的網絡營辦商進行試驗，並有地區封殺skype，不過也有官員對此否認並說明只是針對PC-Phone[4]。

2009年12月，中國廣電總局以無視聽許可證為由，由工信部復原了Btchina網站的備案號，使其被迫關站。此次行動還影響了包括悠悠鳥討論區等BT站點。

日本

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在日本，根據日本現行版權法，日本境內一切免費提供商業軟件/或其他數據下載的網站均屬非法。違法情節嚴重的可被判處有期徒刑，同時處以罰款。BitTorrent系列軟件和eMule均被禁止。但因為Share和Winny軟件的存在，P2P技術在日本仍然流行。這兩款軟件都採用了IP加密和數據加密的技術，目前日本有幾百萬人使用這兩款軟件來交流動畫，遊戲，音樂，軟件等數據，但顯然警方已經掌控了追查用戶的方法。2008年5月9日，三名在share上發佈大量版權保護作品的職人遭到逮捕。這兩款軟件的流行也帶來了一些負面問題，比如機密資料的泄漏和電腦病毒的傳播。

新西蘭

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在新西蘭，根據新西蘭2011年9月實施的版權法，新西蘭境內下載受版權保護的內容為違法，主要針對的就是P2P技術的下載。如果下載的內容收到版權方提訴，ISP會根據用戶在下載的時間評估，如有版權侵犯，用戶將被警告，警告三次將被罰款15000新西蘭元，約合75000人民幣。不過需要注意的是對於線上觀看以及檔案寄存類網站卻不在此次罰款範圍內。也就是說用戶通過Torrent軟件的BT種子下載一個受版權保護的作品可能會被罰款，但是如果利用離線檔案下載方式則不會受到懲罰。而且在新西蘭收版權保護的版權所有者通常僅包括歐美一些公司，所以對當地華人來說，即使使用p2p技術下載中國，韓國等亞洲地區綜藝電影同樣不會被提訴。

參考文獻

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  1. ^ 存档副本. [2005-11-19]. （原始內容存檔於2018-06-11）. 
  2. ^ 存档副本 (PDF). bitcoin.org. [2019-01-09]. （原始內容存檔 (PDF)於2014-03-20）. 
  3. ^ Feder, Jesse M. Is Betamax Obsolete: Sony Corp. of America v. Universal City Studios, Inc. in the Age of Napster. Creighton Law Review. 2003, 37: 859. ISSN 0011-1155. 
  4. ^ 信息产业部严控网络电话 铁通卫通面临出局. [2007-04-22]. （原始內容存檔於2019-06-10）. 

參見

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外部連結

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