對等計算

雖然Napster是最近最知名的對等計算模式的實現例子，但是它只能算的上是對等計算的一個側面——Napster僅僅使用了對等計算模式的一個方面：檔案共享。實際上，對等計算概念要廣泛的多，包括共享處理能力，記憶體，存儲空間，並且支持海量數目的計算機進行協作。

基本介紹

• 中文名：對等計算
• 外文名：peer-to-peer computing（P2P）
• 發明者：Napster
• 內容：共享處理能力，支持海量協作
• 概念：使各個計算機直接互相通訊
• 模式：使用這種技術來完成計算

對等計算概念

與傳統的伺服器/客戶機的模式不同，對等計算的體系結構是令傳統意義上作為客戶機的各個計算機直接互相通訊，而這些計算機實際上同時扮演著伺服器和客戶機的角色，因此，對等計算模式可以有效地減少傳統伺服器的壓力，使這些伺服器可以更加有效的執行其專屬任務。

例如，利用對等計算模式的分散式計算技術，我們有可能將網路上成千上萬的計算機連線在一起共同完成極其複雜的計算，成千上萬台桌面PC和工作站集結在一起所能達到的計算能力是非常可觀的，這些計算機所形成的“虛擬超級電腦”所能達到的運算能力甚至是現有的單個大型超級電腦所無法達到的。

對等計算模式

在分散式計算模型中，複雜的處理任務通常被劃分為簡單的“任務塊”，然後分配到所有參與計算的計算機上，雖然在過去我們也使用這種技術來完成計算，但是傳統的模式通常是建立一個專用的伺服器集群，所有計算任務僅僅在這個伺服器集群中完成。但是現在對等計算模式下的分散式計算模型則將計算任務分配到所有可用的計算機上，特別是包括公司企業中數量巨大的桌面計算機以及空閒的部門級伺服器等等。這種分散式計算模式充分的利用桌面系統空閒的計算能力(這些計算能力過去通常只是用來運行螢幕保護程式或者乾脆是休眠了)來完成計算，一方面降低了採購大型專用伺服器集群的費用，同時也不會影響桌面計算機完成其原有的各種桌面處理任務。

對等計算意義

在企業和公司中，由於桌面系統的數量巨大，同時桌面系統的處理能力在今年也在快速的增長，因此總的運算能力是很可觀的，但是由於桌面系統的任務特點，這些資源通常浪費嚴重。美國威斯康星大學的研究表明，多數企業對於他們所擁有的計算能力和存儲能力的使用，不到25%，DataSynapse是一家為金融行業提供分散式計算解決方案的公司，其CEO Peter Lee 認為，即使是在繁忙的交易所中，桌面計算機的計算能力的使用也是很低的，機器的空閒狀態通常超過60%。

顯然，如果我們能夠將這些被浪費掉的資源有效地收集起來，完全可以勝任很多企業的複雜計算任務，實際上，很多公司已經在利用分散式計算來解決他們的問題了，比如，不少小型的設計工作室的美工會利用周末的時間，使用公司的多台計算機運行3D Max的網路渲染，共同完成一段複雜的3D動畫的生成。而Intel公司也從1990年就開始使用這種技術，他們使用公司的NetBatch系統將大約10000台計算機協同在一起完成晶片設計工作，就此Intel不僅減少了很多大型主機的採購，甚至將一些已有的主機系統封存，轉而依靠上述分散式系統。

對等計算發展

從信息技術發展趨勢的需要來看，P2P(對等計算)主要包括技術發展趨勢和用戶需求。 技術發展趨勢主要包括網路計算技術的演變、格線計算的促進和無線通信的推動三個方面。這些技術的不斷發展，不僅為P2P 提供了技術基礎, 促進了P2P 技術的出現, 也為 P2P 提供了很好的套用模型。

網際網路與對等計算

起源於20世紀60年代的網際網路技術以客戶/伺服器（C/S）模型為套用模型。為解決異種平台的互聯、互通和互操作提供了基礎保障。

以 TCP/ IP 網路為基礎，其基本套用模型是客戶/ 伺服器模型。 在廣域網環境中, 客戶/伺服器計算模型的局限性日益明顯。這是因為在該模型中, 大量資源集聚在少數伺服器節點上, 單純依靠複雜的負載平衡算法和容錯算法已經難以向客戶提供快捷的服務。 此外, 隨著訪問量的增加, 與伺服器相關的網路頻寬也必須相應增加, 才能滿足用戶海量信息傳遞的要求。 雖然在基於 Web 服務的環境中, 採用數據快取和複製技術可以在一定程度上緩解這種網路頻寬緊張的形勢, 但要想從根本上解決這個問題, 必須從根本上改變這種集中服務的模式, P2P 技術正是在這一背景之下發展起來的。

格線技術與對等計算

隨著計算機套用技術和網路的普及, 網路環境中閒置資源(包括存儲資源、計算資源等)逐漸增加。 起源於 20 世紀 90年代的格線計算(Grid Computing)[ 12] 的目的之一, 即是希望整合一個國家或者地區的超級計算機系統為一個統一的計算平台, 從而使用戶可以像使用一台單獨的計算機一樣去使用這些計算機, 完成科學計算等計算密集型的任務。 格線計算是構建在可靠的通信基礎設施基礎之上 , 且利用的是可控的閒置資源, 其基本模型仍舊是客戶/ 伺服器方式。 受格線計算技術的啟發, 人們希望可充分利用遍布全球的個人閒置資源, 來完成單台計算機無法勝任的任務。 以全分散式通信模型為通信基礎設施的 P2P 技術, 充分利用網路邊界閒置資源, 為用戶構建了一個使用這些資源的友好環境, 從而可實現個人閒置資源的有效利用, 並向用戶提供各種網路計算服務。

無線通信與對等計算

無線接入是組建下一代網際網路的主要通信技術之一。 以無線接入為基礎, 網路的套用模式將發生巨大轉變, 即從傳統的提供套用和信息服務為中心的集中模式, 過渡到以共享這些套用和信息資源的以人為中心的分散式模型。 分散式網路環境中, 人們希望在網路世界中的交流也採用所謂面對面的方式, 即不需通過額外的服務提供商來中轉彼此的通信信息,而是直接進行訊息傳遞。P2P 技術正是實現這一方式的有效模型。 目前, 以 P2P 技術為基礎的即時訊息、即時電子郵件等已經為人們所接受。 P2P技術的出現, 不僅符合人們的自然需求, 也符合信息社會發展的自然規律。

用戶需求與對等計算

當人類邁入21 世紀信息社會之後, 其顯著特徵之一就是數位化生活:數字家電、數字信息、電子消費、電子醫療、電子教育等。為人類營造這樣的數位化生活空間，是下一代網際網路技術(Next Generation Internet , NGI)的主要目標。 而P2P 技術融合了NGI 技術和人類資源共享與信息交流的自然需要，從而可構造一個與現實世界相似的數字世界，來滿足人類的需要。

目前問題

雖然目前開展對等工作較多，但無論從理論上還是從套用上，對等計算仍然存在著一些問題。

1、安全問題。由於沒有集中管理，對等計算需要安全環境來保證無序行為的有序化。對等計算基數的主要安全問題還包括：用戶認證問題，數據加密與解密問題，理由安全問題，存儲與訪問安全問題、惡意破壞問題 、故意欺騙問題、套用安全問題和個人隱私問題。

2、資源發現與路由算法的效率問題。目前，分散式 Hash表模型中，資源發現與路由算法的最好效率是發現資源需要的路由表長度為 logN(其中 N 是 P2P 網路總節點數), 查詢資源需要的通信量為 logN(其中 N 是 P2P 網路總節點數)。如何在保證可靠性的基礎上, 最佳化資源發現和路由算法，是 P2P技術今後主要研究方向之一。 此外, 現有路由協定沒有考慮安全問題, 因此融入安全思想的路由算法在 P2P 的研究中也具有重要意義。

3、可擴展性問題。P2P 計算技術優越於客戶/ 伺服器計算模式的原因之一就是P2P是全分散式的平台, 因此可擴展性好。 而目前的P2P 系統, 或者以犧牲網路頻寬為代價來換取可擴展性(如Gnutella, Freenet 等)，或者犧牲可擴展性來獲得資源的節約(如 Napster)。 如何兼顧二者，保持 P2P 可擴展性好的優點，將是下一代 P2P 技術重點研究內容之一。

4、可管理性問題。從套用的角度來看，無序狀態需要通過管理使之有序化，從而滿足實際的需要；從技術本質來看，P2P 的本質卻強調自由，無需人為約束。自由與約束的衝突，使得現實世界中的 P2P 面臨如何管理的問題:即要實施管理，以滿足人們的需要, 又要保證自由，維持P2P 的本質特徵。

5、套用模型問題。通過集中查詢機制，Napster 在音樂檔案共享領域取得了空前的成功；但法律因素卻導致其被迫關閉。 Gnutella 依靠開放分散式技術，使之擴展性好；但網路頻寬的極大需求，使之在現有網路基礎設施中難以套用。什麼樣的套用模型才能即保證P2P 的本質特徵不變，又能使其符合實際環境的需要，這將是 P2P 領域今後重要的研究方向之一。