對等式架構

**對等式網路**（英語：peer-to-peer， 簡稱 **P2P**），又稱**對等技術**，是去中心化、依靠使用者群（peers）交換資訊的網際網路體系，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路系統不同，對等網路的每個使用者端既是一個節點，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 節點能遍布整個網際網路，也給包括開發者在內的任何人、組織或政府帶來監視難題。P2P 在網路隱私要求高和檔案分享領域中，得到了廣泛的應用。使用一般型 P2P 技術的網路系統有比特幣、Gnutella 或自由網等。另外，P2P 技術也被使用在類似 VoIP 等即時媒體業務的資料通訊中。有些網路（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。這種網路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

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，主機軟體」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

### 根據中央化程度

* **一般型 P2P**

  * 節點同時作為客戶端和伺服器端。
  * 沒有中心伺服器。
  * 沒有中心路由器。
  * 如 Gnutella。
* **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回應。
  * 節點負責發布這些資訊（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享什麼檔案，讓需要它的節點下載其可共享的資源。
  * 路由終端使用位址，通過被一組索引參照來取得絕對位址。
  * 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

* **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 網路的優勢

P2P 網路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，儲存空間和計算能力。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，客戶端的增加意味著所有使用者更慢的資料傳輸。

P2P 網路的分布特性通過在多節點上複製資料，也增加了防故障的健壯性，並且在一般型 P2P 網路中，節點不需要依靠一個中心索引伺服器來發現資料。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 網路時，對等協定被認為是重要的，但是，實際中，Napster 網路取得的成就是對等節點（就像網路的末枝）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

對等技術有許多應用。共享包含各種格式音訊，視訊，資料等的檔案是非常普遍的，即時資料（如 IP 電話通訊，Anychat 音視訊開發軟體）也可以使用 P2P 技術來傳送。

有些網路和通訊管道，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。而有些網路，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路位址。

對等技術亦常應用於加密貨幣上。比特幣的白皮書標題正是「一種對等式的電子現金交易系統」。對等網路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；網路中每個節點既是伺服器端，亦是使用者端；節點可以選擇隨時加入，隨時登出；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 網路協定，其後的許多加密貨幣，如以太坊﹑EOS （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）等仍然繼續採用。

### 學術性 P2P 網路

2015 年 1 月 28 日，賓夕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，還有第二代網際網路 P2P 工作群組，正在開發一個 P2P 網路的學術性應用。這個專案稱為 LionShare，基於第二代網路技術，更詳細地說是 Gnutella 模型。這個網路的主要目的是讓眾多不同學術機構的使用者能夠共享學術材料。LionShare 網路使用特殊型 P2P 網路類型，混合了 Gnutella 分散的 P2P 網路和傳統的 C/S 網路。這個程式的使用者能夠上傳檔案到一個伺服器上，不管使用者是否線上，都能夠持續的共享。這個網路也允許在比正常小得多的共享社群中使用。

這個網路與當前正在使用的其他 P2P 網路的主要不同是 LionShare 網路不允許匿名使用者。這樣做的目的是防止著作權材料在網路上共享，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享個別的檔案。使用者能個別選擇哪些使用者可以接收這一個檔案或者這一組檔案。

學術社群需要這種技術，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，像音訊檔，視訊檔和幻燈片。把這些檔案傳給學生是件困難的任務，而這如果用 LionShare 這類網路則容易的多。

## 優點

* 擁有較佳的並列處理能力。
* 運用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、硬體裝置。
* 適用於小規模的網路，維護容易。

## 缺點

* 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

### 法律方面

在美國法律中，「Betamax 判決」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。這個網際網路廣泛使用之前的決定被應用於大部分的資料網路，包括 P2P 網路，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體，公共領域檔案和不在著作權範圍之內的作品。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 網路上共享的檔案是著作權流行音樂和電影，包括各種格式（MP3，MPEG，RM 等）。在多數司法範圍中，共享這些複本是非法的。這讓很多觀察者，包括多數的媒體公司和一些 P2P 的倡導者，批評這種網路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。雖然紙面上這些網路的存在而導致的大量損失，而實際上自從這些網路建成以來，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著遊說立法者來建立新的法律。一些著作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享他們材料的使用者。

儘管有 Betamax 判決，P2P 網路已經成為那些藝術家和著作權許可組織的代表攻擊的靶子。這裡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著作權所有者那得到許可發行的音像檔案。

隨著媒體公司打擊著作權侵犯的行為擴大，這些網路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。這導致真正犯法的使用者成為目標，因為雖然潛在的技術是合法的，但是用侵犯著作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 網路允許發布材料，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，同樣有著相似的能力。

重要案例：

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

### 安全方面

許多 P2P 網路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（使網路執行非常慢甚至完全崩潰）
* 背叛攻擊（吸血）（使用者或軟體使用網路卻沒有貢獻出自己的資源）
* 在資料中插入病毒（如，下載或傳遞的檔案可能被感染了病毒或木馬）
* P2P 軟體本身的木馬（如，軟體可能含有間諜軟體）
* 過濾（網路業者可能會試圖禁止傳遞來自 P2P 網路上的資料）
* 身分攻擊（如，跟蹤網路上使用者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（如在網路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 網路，使用加密技術，大部分的攻擊都可以避免或控制，P2P 網路安全事實上與拜占庭將軍問題有密切聯絡。然而，當很多的節點試著破壞它時，幾乎任何網路也都會失效，而且許多協定會因使用者少而表現得很失敗。

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、iMesh 等 14 款 P2P 軟體都存在安全威脅，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

技術角度嚴格來講，對等網路雙方嚴格對等並同等地提供和使用資料 ，沒有伺服器和客戶端的區別。但這樣的一般型 P2P 應用和網路少之又少，大部分稱為 P2P 的網路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路。

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，為了促進對等網路應用的發展，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路），和 CoopNet 內容分發系統在內的一系列卓越的研究計劃。

## 限制

### 中華人民共和國

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 技術會大量占用網路頻寬，並且由於中國的網路設施的現狀和中國對網路管理的態度，都不同程度的對 P2P 通訊方式有所限制。

目前中國各大 ISP 對網路接入都進行了限速，對占用頻寬的應用比如 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 / 上傳速度等。但是由於這些行為大部分都是秘密進行，因此中國眾多 P2P 使用者稱，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 軟體是 BitTorrent 系列軟體和 eMule。

在日趨稀少的 IPv4 位址資源的情況下，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使用者將連接 ISP 的路由器，使用網路位址轉換方式連接外部網路。因 NAT 和部分 P2P 協定的限制，導致 P2P 軟體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 方式的即時通訊軟體。中國資訊工業部曾發文要求 VOIP 只能在指定的網路業者進行試驗，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。

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論壇等 BT 站點。

### 日本

在日本，根據日本現行著作權法，日本境內一切免費提供商業軟體 / 或其他資料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 系列軟體和 eMule 均被禁止。但因為 Share 和 Winny 軟體的存在，P2P 技術在日本仍然流行。這兩款軟體都採用了 IP 加密和資料加密的技術，目前日本有幾百萬人使用這兩款軟體來交流動畫，遊戲，音樂，軟體等資料，但顯然警方已經掌控了追查使用者的方法。2008 年 5 月 9 日，三名在 share 上發布大量著作權保護作品的職人遭到逮捕。這兩款軟體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。

### 紐西蘭

在紐西蘭，根據紐西蘭 2011 年 9 月實施的著作權法，紐西蘭境內下載受著作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著作權方提訴，ISP 會根據使用者在下載的時間評估，如有著作權侵犯，使用者將被警告，警告三次將被罰款 15000 紐西蘭元，約合 75000 人民幣。不過需要注意的是對於線上觀看以及檔案代管類網站卻不在此次罰款範圍內。也就是說使用者通過 Torrent 軟體的 BT 種子下載一個受著作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。而且在紐西蘭收著作權保護的著作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

## 參見

* Foxy
* eMule
* BitTorrent 協定
* BitTorrent 協定規範
* I2P
* 分散網路

## 外部連結

* Glossary （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） of P2P terminology
* Foundation of Peer-to-Peer Computing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Special Issue, Elsevier Journal of Computer Communication, (Ed) Javed I. Khan and Adam Wierzbicki, Volume 31, Issue 2, February 2008
* Ross J. Anderson. The eternity service （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. In _Pragocrypt 1996_, 1996.