P2P

P2P简介

P2P(Peer to Peer):点对点通信或称为对等联网。每个用户既下载数据，又作为服务器存储数据并供其他用户下载。他的本质，是一种硬盘的共享，是把每个人电脑上的一部分硬盘，拿出来与其他人共享。

1999年互联网界非常著名的一个创业者，他的名字叫Shawn Fanning。他创立了一个叫 Napster的mp3音乐分享网站，他通过将每个人电脑上的mp3汇集成一张目录，当有人想下载mp3时，那么Napster就会找到那些有这个mp3的电脑，同时去从这些电脑中下载一个个小小的碎片，然后在你的电脑上拼成这个mp3。所以Napster本身并不拥有MP3，他只是帮助那些拥有mp3的人互相分享，我们把这个叫做点对点的分享。

P2P可以是一种通信模式、一种逻辑网络模型、一种技术、甚至一种理念。在P2P网络中，所有通信节点的地位都是对等的，每个节点都扮演着客户机和服务器双重角色，节点之间通过直接通信实现文件信息、处理器运算能力、存储空间等资源的共享。P2P网络具有分散性、可扩展性、健壮性等特点，这使得P2P技术在信息共享、即时通讯、协同工作、分布式计算、网络存储等领域都有广阔的应用。

传统的CS模型:

p2p模型:

迅雷

说到P2P我的第一印象就是迅雷。

迅雷就是做P2P下载的，它的逻辑是把电影文件，放到每个不同的电脑上，然后彼此分享，这个模式极大地节省了资源。它将整个文件虚拟等份拆分→制作bt种子，记录等分文件信息及追踪信息→用户获取种子→ 下载工具解析文件信息并追踪拥有分块文件的用户地址→发起连接→同时从多个用户计算机直接下载分块文件（无需再上传至服务器）

迅雷将P2P技术优势发扬光大，并加以改进推出P2SP（存储资源至迅雷自己的服务器，P2P下载的同时还解析HTTP的下载链接）；当年大型网络游戏在国内的井喷式发展吸引了大量玩家，而安装文件动辄几个GB，还不到100kb/s的HTTP下载速度实在无法满足用户需求。迅雷为用户提供高速稳定的下载体验，快速占领下载工具市场；2004年，迅雷超越传统HTTP/FTP下载工具龙头——网际快车，成为市场第一。其实网际快车和比特彗星的没落也与网络游戏有关，创始人由于沉迷于魔兽世界，停更软件长达一年。

2006年用户数量破亿，迅雷积累大量P2P用户，用户越多资源越多，下载速度越快，由此迅雷在下载工具市场的地位变得无法撼动。

P2P的弊端

版权问题
P2P传输是用户间直接共享，不向版权方支付任何费用。版权方起诉下载用户不现实，转而起诉P2P下载工具。 2011年-2014年一季度，迅雷涉及版权的诉讼达366起。版权及诉讼问题影响公司自身发展。虽然迅雷只输了3起官司，赔偿5.6万人民币，但确实为用户盗版提供了帮助。迅雷曾经因版权问题受到美国电影协会质疑而影响IPO进程。
监管与安全
数据传输完全不需要中心服务器使得P2P传输缺乏监管，色情暴力、敏感政治等无法从正规渠道获取的非法内容，却可以通过私下分享种子文件传播。无法确定下载内容是否包含病毒程序。
传输速度
上行带宽影响下行带宽：P2P用户需要作为服务器为其他用户提供下载服务。用户打开迅雷即便自身不下载任何数据也会影响网速，因此迅雷一度被称为“吸血迅雷”，在大学寝室开迅雷的童鞋也常常被室友揪出来批斗。因为整个互联网的基础设施是非对称型的，下行特别快，上行会窄一点。P2P场景虽然把上行带宽用起来了，但是最终对社会的成本是比较高的。P2P虽然用户节点多，但数据传输较为无序，算法有优化空间。随着互联网信息量暴增，尤其是视频格式从avi/rmvb发展到mkv，用户对视屏分辨率的要求越来越高，一部蓝光高清电影有可能达到十几GB，即便P2P传输也压力山大。

P2P的弊端加上互联网变革使迅雷面临困境

丧失资源优势，用户流失
- 盗版资源：
  迅雷为融资及业务发展解决了版权的问题，包括字幕组在内的盗版资源转战虚拟网盘（以前都是要迅雷种子/磁链，现在流行百度云盘）
- 色情暴力：
  2014年扫黄打黑办公室开展净网行动，典型事件是快播CEO王欣的入狱，时至今日涉及色情、暴利、政治敏感的资源很难再从迅雷获取。

迅雷的突破

完美契合迅雷的技术优势与互联网趋势，成为最佳的转型方向。

点播业务峰值是相对均衡的，它已经通过各家CDN在功能、性能、稳定性以及响应度各种努力，把它做到了一秒的延时、秒开、高质量、低卡顿。但直播业务的峰值时不时出现巨量增长，且往往并发非常高，也就两个小时。这会带来高额的带宽成本。在此基础上若引入P2P结合CDN，可降低整体产品的使用成本。
传统的P2P架构已经老化，就是早期的迅雷以及在快播做的P2SP架构。其最大的场景，是PC上的分布式网络。而现在机顶盒、路由器、手机等所有设备都已经自动化，以前PC的这套网络已经落后，亟待革新。传统P2P的最大特点就是高分享率、但低可用性。比如说原来在快播做的数据分享率可以做到99%，但质量是无法保障的。而CDN+P2P是把CDN的高可用性、可管理、可运维去和P2P的加速性、可靠性以及突发处理能力做一个有机结合，在网络层面提高系统的可扩展性，降低成本，降低跨域、跨流量的问题。

2015年6月，迅雷全资子公司网心科技推出星域CDN，正式布局P2PCDN业务。P2PCDN与传统CDN或云CDN模式的区别在于，服务器不再由厂商自建而是P2P用户自己提供或购买设备，带宽从P2P用户端低价收购。

P2PCDN的优势

CDN成本大幅降低（服务器成本，带宽采购成本），服务器规模理论上无限多且容易扩展（多卖一台设备就多一个P2P服务器）。从官方透露的信息来看，星域CDN业务受到视频直播领域客户的广泛认可。爱奇艺、快手都是星域CDN的客户，采购量有所增加。星域CDN也与小米、熊猫、陌陌、bilibili和触手等用户保持密切合作。

但在成本方面：迅雷节省的成本越多，用户可得收益越少。对迅雷而言，CDN服务利润=给客户提供的带宽售价-从用户收来的带宽成本-自身服务器的架设成本。对用户而言，分享带宽的动机=迅雷收集闲置带宽所给予的收益-硬件购置与损耗成本-电费成本-网络成本（注：一般用户的网络实际上是成本略低的家用网络，若将其用于商业用途，或违反与电信商签署的宽带协议）。

需要注意的是，一旦参与迅雷CDN计划的用户减少，迅雷CDN市场占有率也会降低。所以，给予用户足够的动机显得至关重要。

用户刺激

为了刺激用户的分享热情，迅雷开启了一系列的计划。其中最有名的是玩客云

迅雷水晶
将用户PC直接作为服务器，用户贡献上行带宽，所得奖励为迅雷水晶，迅雷水晶可兑换人民币。问题：硬件损耗大，耗电量高，影响网速。
赚钱宝+IDC专属项目
2014年腾讯云计算总裁陈磊加入迅雷任CTO，合作迅雷云计算业务。2015年4月推出二代P2PCDN计划：赚钱宝。赚钱宝是独立的硬件设备，由玩家购买作为服务器。玩家贡献上行带宽，所得奖励为迅雷水晶，10000水晶=1人民币。 IDC专属针对的是闲置机房/个人网管。解决了上一代的问题：赚钱宝较PC功率小，耗电量低；作为独立硬件贡献闲置带宽，网速影响小。
玩客云
玩客云与赚钱宝的运作模式类似，用户购买玩客云设备，贡献带宽与储存，按照一定规则获取玩客币。唯一的不同之处就在于赚钱宝给人民币，玩客云给玩客币。

扯远了，这里回来继续说P2P。

P2P的原理

常见流媒体直播协议都属于C/S型，即所有客户端通过指定协议，从服务端获取直播数据。当客户端数量达到一定规模后，服务端将承受巨大的I/O和带宽压力。若服务器无法及时处理客户请求，客户端卡播率急剧上升，从而影响用户观看体验。

直播P2P技术，简单来说，就是客户端之间使用一定协议，交换和共享直播数据，通过减少对服务器的数据请求，来降低服务端的I/O带宽等方面压力，从而削减服务器带宽成本，降低客户端卡播率。

鉴于通用性与效率，一般很少从底层开始设计一套全新的流媒体直播P2P协议。惯用做法是基于通用协议，实现客户端的P2P网络。对基于HTTP的流媒体协议，如HLS，MPEG-DASH等，重写客户端数据下载逻辑即可；对非HTTP的流媒体协议实现P2P，如RTMP，RTSP，需要一套切片服务器，切片服务器负责持续地将数据流切成一个个数据片段（类似HLS的TS文件），客户端在P2P网络基础上进行数据片段的下载和交换共享。

设计直播P2P协议，通常关注两个要素：客户端延迟，P2P分享率。客户端延迟是指客户端播放到的最新数据时间戳与服务器最新产生的数据时间戳的差值，P2P分享率是指客户端从P2P网络获取的数据量与客户端完整观看所需的数据量的比值。

NAT

二十世纪90年代初，网络专家们意识到，IPv4地址很快就要耗光了。于是，人们开始考虑IPv4的替代方案，同时采取一系列的措施来减缓IPv4地址的消耗。正是在这样一个背景之下，本期的主角闪亮登场，它就是网络地址转换——NAT。

NAT是一项神奇的技术，说它神奇在于它的出现几乎使IPv4起死回生。在IPv4已经被认为行将结束历史使命之后近20年时间里，人们几乎忘了IPv4的地址空间即将耗尽这样一个事实——在新技术日新月异的时代，20年可算一段漫长的历史。更不用说，在NAT产生以后，网络终端的数量呈加速上升趋势，对IP地址的需求剧烈增加。此足见NAT技术之成功，影响之深远。

说它神奇，更因为NAT给IP网络模型带来了深远影响，其身影遍布网络每个角落。根据一份最近的研究报告，70%的P2P用户位于NAT网关以内。因为P2P主要运行在终端用户的个人电脑之上，这个数字意味着大多数PC通过NAT网关连接到Internet。如果加上2G和3G方式联网的智能手机等移动终端，在NAT网关之后的用户远远超过这个比例。

然而当我们求本溯源时却发现一个很奇怪的事实：NAT这一意义重大的技术，竟然没有公认的发明者。NAT第一个版本的RFC作者，只是整理归纳了已被广泛采用的技术。

NAT名字很准确，网络地址转换，就是替换IP报文头部的地址信息。NAT通常部署在一个组织的网络出口位置，通过将内部网络IP地址替换为出口的IP地址提供公网可达性和上层协议的连接能力。那么，什么是内部网络IP地址？

RFC1918规定了三个保留地址段落：10.0.0.0-10.255.255.255；172.16.0.0-172.31.255.255；192.168.0.0-192.168.255.255。这三个范围分别处于A,B,C类的地址段，不向特定的用户分配，被IANA作为私有地址保留。这些地址可以在任何组织或企业内部使用，和其他Internet地址的区别就是，仅能在内部使用，不能作为全球路由地址。这就是说，出了组织的管理范围这些地址就不再有意义，无论是作为源地址，还是目的地址。对于一个封闭的组织，如果其网络不连接到Internet，就可以使用这些地址而不用向IANA提出申请，而在内部的路由管理和报文传递方式与其他网络没有差异。

对于有Internet访问需求而内部又使用私有地址的网络，就要在组织的出口位置部署NAT网关，在报文离开私网进入Internet时，将源IP替换为公网地址，通常是出口设备的接口地址。一个对外的访问请求在到达目标以后，表现为由本组织出口设备发起，因此被请求的服务端可将响应由Internet发回出口网关。出口网关再将目的地址替换为私网的源主机地址，发回内部。这样一次由私网主机向公网服务端的请求和响应就在通信两端均无感知的情况下完成了。依据这种模型，数量庞大的内网主机就不再需要公有IP地址了。

虽然实际过程远比这个复杂，但上面的描述概括了NAT处理报文的几个关键特点:

网络被分为私网和公网两个部分，NAT网关设置在私网到公网的路由出口位置，双向流量必须都要经过NAT网关；
网络访问只能先由私网侧发起，公网无法主动访问私网主机；
NAT网关在两个访问方向上完成两次地址的转换或翻译，出方向做源信息替换，入方向做目的信息替换；
NAT网关的存在对通信双方是保持透明的；
NAT网关为了实现双向翻译的功能，需要维护一张关联表，把会话的信息保存下来。

NAT最典型的应用场景就如同图2描述的，一个组织网络，在出口位置部署NAT网关，所有对公网的访问表现为一台主机。这就是所谓的一对多模型。这种方式下，出口设备只占用一个由Internet服务提供商分配的公网IP地址。面对私网内部数量庞大的主机，如果NAT只进行IP地址的简单替换，就会产生一个问题：当有多个内部主机去访问同一个服务器时，从返回的信息不足以区分响应应该转发到哪个内部主机。此时，需要NAT设备根据传输层信息或其他上层协议去区分不同的会话，并且可能要对上层协议的标识进行转换，比如TCP或UDP端口号。这样NAT网关就可以将不同的内部连接访问映射到同一公网IP的不同传输层端口，通过这种方式实现公网IP的复用和解复用。这种方式也被称为端口转换PAT、NAPT或IP伪装，但更多时候直接被称为NAT，因为它是最典型的一种应用模式。

更多P2P技术的原理可见:

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Good Luck!

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