1.2.2无结构的Overlay网络
典型的无结构的Overlay网络如Freenet[12]、Gnutella[13]、FastTrack[14]、KaZaA[15]，下面简单介绍一下Gnutella的工作原理。
Gnutella是一种非集中控制的协议，Gnutella被广泛使用并且有很多新的改进。Gnutella的特别之处在于它的分布式的文件定位和响应方法，图3所示为Gnutella文件的定位方法。由于数据的查询不依赖于任何有结构的拓扑结构，其查询的方式只能把请求广播到所有邻近的节点(Peer)，相应节点响应消息，之后下载所需的文件。这种网络的突出优势在于良好的健壮性和可扩展性，明显的缺点在于会带来很大的查询消耗。一个节点想要加入Gnutella的网络，首先连接一些全局的可以连接的节点，一旦建立连接，节点以广播的方式通告给其他的存在。开始每一个消息被赋予一个唯一的随机产生的标识，其他节点记录到该节点的路由信息，用来防止重新广播和后向传播。广播消息通过生存时间(TTL)和经过的跳数来控制消息泛洪的范围。节点之间通过周期性的类似Ping机制的消息维护彼此的连接，每个节点建立的连接都根据本地信息来选择。最新的Gnutella引入了超级节点的概念用来提高路由查找的效率。但是由于网络本身的自组织特性使得这种超级节点的部署优势不能充分的发挥。
2 P2P流量特性
据统计，P2P应用已占运营商业务总量的60%～80%，已经成为网络带宽的最大消费者，对底层网络造成了巨大的影响。
2.1P2P流量产生的影响
P2P网络的发展首先对于个人用户接入网络的性能提出了更高的要求。由于P2P流量特征具有上下行流量对称的特性，这使得直接面向用户的接入网络需要相应提高所能承载上行流量的能力。对大型的企业用户，其关注目标是网络的可控性以及安全性。P2P相对随机的端口号，使得企业难以对内部的网络实行有效地监测和管理，加大了日常维护的难度。对于ISP，P2P应用的影响不仅增加了网络升级的难度，同时也将降低了网络的总体性能以及P2P本身的服务质量。用户可以选择高带宽接入以正常使用各种P2P应用，企业用户可以通过谨慎的企业内部安全规范的制订来保证网络的正常使用，而ISP成为P2P应用产生流量的最终承担者，设备升级速度加大，维护费用升高。有效识别和管理网络中的P2P流量成为ISP最为关心的问题。
2.2P2P流量特性
P2P的流量呈现出与传统流量不同的特性，P2P应用所产生的流量具有分布非均衡的特性、上下行流量的对称特性、流量的隐蔽性、数据集中性等。
P2P流量的分布具有明显的非均衡特性，在网络中，大部分节点的数据流量都是从为数很少的一些节点获取。文献[16]对该流量分布的非均衡性做了比较详细的研究。文章认为，P2P中服务提供者的价值不应该只以高的链路带宽来刻画，还应考虑节点的可用时间。在实验结果中，系统只有20%的主机拥有93%以上的实际在线时间。不到20%的P2P节点拥有80%以上的P2P网络在线时间。而正是这些少数的长时间在线主机贡献了网络中的主要流量。文献[17]中的研究结果表明，研究者可通过仅仅监测网络中1%的节点来达到了解整个P2P网络中80%以上流量的目的。
P2P流量还表现出上下行流量的对称性。在文献[16]中对上下行流量的对称特性进行了详细的研究，通过对P2P上下行流量比较得出结论，具有高带宽的用户通常会以更长的时间为其他的节点提供下载服务，上下行对称流量已经成为P2P网络流量区别于其他流量的主要特征。
P2P流量还具备很强的隐蔽的特性，它们通常使用随机端口或用户自定义端口，无法通过简单的端口识别P2P流量，目前常用的方法是通过特征码检测的方式识别P2P流量。P2P应用的特征码处在不断变化之中，加深了P2P流量的这种隐蔽特性。此外，对P2P节点之间传输文件的研究中发现，80%以上的P2P流量都是在不断地重复传播几个用户乐于获取的热点文件，这种热点文件的存在影响了P2P网络中的传输效率，针对P2P网络传输数据的高集中性，研究者提出了一系列包括文件缓存在内的解决方案。P2P数据的集中性，已经成为网络服务提供商控制P2P域间流量以及提高P2P服务质量的基本理论依据。
3 典型P2P应用的机制分析
分析典型的P2P应用机制可以深入了解P2P的原理。本节将对文件分发、流媒体应用、语音服务3个领域中具有代表性的软件机制进行详细的分析。对于这些软件的分析有助于理解P2P技术的原理和把握P2P技术未来发展的趋势。
3.1BitTorrent
BitTorrent软件用户首先从Web服务器上获得下载文件的种子文件，种子文件中包含下载文件名及数据部分的哈希值，还包含一个或者多个的索引(Tracker)服务器地址。它的工作过程如下：客户端向索引服务器发一个超文本传输协议(HTTP)的GET请求，并把它自己的私有信息和下载文件的哈希值放在GET的参数中；索引服务器根据请求的哈希值查找内部的数据字典，随机地返回正在下载该文件的一组节点，客户端连接这些节点，下载需要的文件片段。因此可以将索引服务器的文件下载过程简单地分成两个部分：与索引服务器通信的HTTP，与其他客户端通信并传输数据的协议，我们称为BitTorrent对等协议。BitTorrent软件的工作原理如图4所示。BitTorrent协议也处在不断变化中，可以通过数据报协议(UDP)和DHT的方法获得可用的传输节点信息，而不是仅仅通过原有的HTTP，这种方法使得BitTorrent应用更加灵活，提高BitTorrent用户的下载体验。
3.2eMule
eMule软件基于eDonkey协议改进后的协议，同时兼容eDonkey协议。每个eMule客户端都预先设置好了一个服务器列表和一个本地共享文件列表，客户端通过TCP连接到eMule服务器进行登录，得到想要的文件的信息以及可用的客户端的信息。一个客户端可以从多个其他的EMule客户端下载同一个文件，并从不同的客户端取得不同的数据片段。eMule同时扩展了eDonkey的能力，允许客户端之间互相交换关于服务器、其他客户端和文件的信息。eMule服务器不保存任何文件，它只是文件位置信息的中心索引。eMule客户端一启动就会自动使用传输控制协议(TCP)连接到eMule服务器上。服务器给客户端提供一个客户端标识(ID)，它仅在客户端服务器连接的生命周期内有效。连接建立后，客户端把其共享的文件列表发送给服务器。服务器将这个列表保存在内部数据库内。eMule客户端也会发送请求下载列表。连接建立以后，eMule服务器给客户端返回一个列表，包括哪些客户端可以提供请求文件的下载。然后，客户端再和它们主动建立连接下载文件。图5所示为eMule的工作原理。
