P2P文件共享系统的实现分析

(整期优先)网络出版时间:2019-07-20
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摘 要:系统Qt P2P file-sharing System (QPS)是利用Qt开发的P2P文件共享系统。QPS采用P2P中的混合模式,此模式结合了集中目录式和纯分布式两者的优点,在实现上具有简易性,在共享度上具有很强的扩展性。QPS的最大特点是加入了策略。这种策略能限制一些用户只下载而不共享资源的行为。策略的引入是为了鼓励用户与其他人分享自己的资源,而不仅仅是索取。入策略的QPS不仅能比较有效的限制只下载不分享的行为,而且对系统的寿命也有相当程度的提高。
关键词:文件共享;P2P;策略;Qt
  
  C/S式架构造就了一批著名的门户网站,如雅虎,新浪等。这些网站容易受到黑客的亲睐后果是服务崩溃。C/S式架构只有一个服务器或服务机群,服务器一旦崩溃,它提供的服务也将停止。而P2P式架构却正好相反,它没有服务器(相对C/S架构而言)或服务器是分布的,一个服务器崩溃了,其他的服务器照样能提供服务。这种架构能有效的抵抗DDOS攻击,它的安全性有很可靠的保障。另外,采用P2P式架构的网络资源共享系统不但大大的减轻了单个服务器的负担,而且也提高了很大的安全性。人们也可以通过这种架构建立自己的信息天地,与其他的人分享自己的资源。
  
  1 系统设计实现的重点与难点
  
  系统QPS在Linux上用Qt开发,系统设计原理和策略都并不复杂,但这不代表系统的实现也是简单的。对于系统的整个实现来说,有三个地方是最重要的,也是比较难的。先介绍系统运行流程:
  (1)Group-leader peer运行,并连接上其他的任意某个Group-leader peer;
  (2)Ordinary peer连接(登陆)某个Group-leader peer,并把所资源表发送个Group-leader peer;
  (3)Group-leader peer将已连接的其他PC的资源表发送给此ordinary peer;
  (4)Ordinary peer浏览资源并选择下载或则向Group-leader peer发送资源搜索请求;
  (5)Group-leader peer将资源表中符合搜索的资源所在ordinary peer的IP发给请求ordinary peer,同时向其他以连接的Group-leader peer发送搜索请求,其他的Group-leader peer将资源IP反馈,收到反馈后再发送个搜索ordinary peer;
  (6)Ordinary peer从获得的资源表中选择下载,即与另一个ordinary peer建立连接,下载完毕后断开连接。
  从上面的过程可以看出,系统共有三个通信链路,分别是:
  (1)Group-leader peer与Group-leader peer之间的通信;
  (2)ordinary peer与Group-leader peer之间的通信;
  (3)ordinary peer与ordinary peer之间的通信。
  
  三个通信链路上的信息都是不一样的。因此,必须给三个通信链路都制定相应的通信协议。QPS不是多线程的,因此对每个通信套接字来说,都必须知道对方的套接字。这在实现上也存在一定的难度,这个是由开发工具而带来的。最后一个难度是NAT穿透问题。为了解决不同局域网间的通信,这个问题的解决是必须的。由于开发硬件环境的限制,现版本的QPS本没有考虑这个问题。也就是说,实现的版本是局域网内的。在此,需要指出的是,NAT的问题并没有违背QPS的目的。首先,QPS只是当前的一个版本,以后可能会进一步完善;再者,在将来IPv6的推出就自然而然的解决了不同局域网内通信这一问题。
  
  2 实现过程
  
  针对上节的三个通信链路,必须要设计好三个通信协议。先看下QPS中需要传输的各种信息。如图1:
  
  通信链路上的信息表示的意义如下:
  Download request:文件下载请求信息;
  File data:文件数据;
  Local share list:本地的共享信息列表,包括文件名,文件大小,下载次数等;
  Share list:Group-leader peer上的共享信息列表;
  Search message:文件搜索信息,包括文件名及搜索跳数;
  Search result:返回的搜索结果,包括文件名和文件所在IP;
  Other leader msg:其他leader peer上的信息,包括连接ordinary peer数目和文件数量等;
  Local share msg:和other leader msg一样。
  (1) 数据结构定义。
  为了实现以上三个通信协议,首先规定了一些数据结构,以区别不同的通信信息。个种数据结构如下:
  #define FILEINFO 1//文件信息

  #define SHAREINFO 2//共享列表信息
  #define DOWNLOAD3//下载请求信息转#define SEARCH4//文件搜索信息
  #define LEADERINFO 5//Group-leader peer信息
  #define FILEDATA6//文件数据
  #define MAX_SIZE (2048*10) //文件数据的大小
  typedef struct
  {
  int type;//表示是何种信息,下同
  ULONG size; //文件大小
  ULONG downloadTimes; //文件下载次数
  char name[100]; //文件名
  }FileMsg; //文件信息结构体
  typedef struct
  {
  int type;
  ULONG size;//文件大小
  ULONG downloadTimes;//文件下载次数
  char ip[20];//文件所在IP
  char name[100];//文件名
  }ShareMsg; //共享信息列表结构体
  typedef struct
  {
  int type;
  ULONG size; //文件大小
  ULONG seek;//文件数据块在文件中的位置
char name[100];//文件名
  }DownloadMsg;//下载请求结构体
  typedef struct
  {
  int type;
  ULONG tips; //文件搜索跳数
  char name[100]; //文件名
  }SearchMsg; //文件搜索结构体
  typedef struct
  {
  int type;
  ULONG connectedNumber;//连接数量
  ULONG fileNumber; //文件数目
  char ip[20];//Group-leader peer的IP
  }LeaderMsg;//Group-leader peer信息结构体
  typedef struct
  {
  int type;
  ULONG seek;//文件数据块在文件中的位置
  ULONG bytes; //buff中的实际字节数
  ULONG size; //文件大小
  char name[100];//文件名
  char buff[MAX_SIZE];//文件数据
  }FileData;//文件数据结构体
  (2)信息传输函数的声明。
  void uploadShareList(const FileMsg& file);//upload local share list to leader
  void download(const DownloadMsg& msg);//download file data
  void search(QString fileName, UINT tips);//search a file
  void downShareList();//download other peers' share list from leader
  void otherLeadersInfo();//get other leaders' info through the connected leader
  void searchBack();//seach result back, read it
  void uploadFile(int sock);//upload the file data that downloader requested
  void receiveList(int sock);//receive peer's share list
  void sendShareList(ComSocket* socket); //send share list to peer -> socket
  void sendOtherLeaderInfo(ComSocket* socket);//send other leaders' info to peer
  void sendLeaderInfo(ComSocket* socket);//send leader's info to some leader
  void search(int sock);//received search request from peer
  void remoteSearch(SearchMsg msg);//send search to logoned leader
  void leaderSearch(int sock);//received leader's search request

  void searchBack();// received search result from leader
  以上函数是根据上面的数据结构而声明的。每个函数都有一个对应的数据结构。这些函数是整个系统的核心。
  设计了解决通信问题的数据结构和函数的声明后,剩下需要做的便是具体编码,将声明的函数加以实现,最后测试其是否正确便真正意义上的解决了上面叙述的难点问题,也是核心问题。
  
  
  (3)用户接口。
  QPS只给用户提供了简单的操作接口,但我相信这是足够的。具体的用户接口如下:
  连接选择:让用户选择想要连接的Group-leader peer。
  上传数目设置:为了限制上传量,保障用户的系统资源(CPU,网络带宽等)。
  搜索设置:让用户输入文件名及搜索跳数。
  下载选择:双击文件名即可下载该文件。共享目录设置:让用户选择想要共享的目录
  下载目录设置:让用户选择下载文件放置的路径
  除了上述用户可以直接操作的接口外,还有些接口是用户不可操作的。这些接口是用来显示当前系统的运行情况。比如,下载显示用来显示当前正在下载的文件,包括下载速率,已下载文件的大小等;而下载完成列表显示的则是系统自启动以来下载的所有文件列表。对于许多的其他文件共享系统来说,它们都有丰富的接口,尽可能的让用户使用更简便。QPS的设计和实现的主要目的是在原理和策略上挖掘网络资源,使得网络资源能够尽可能的广泛共享。因此,在界面上只做了基本的接口。
  (4)配置文件。
  为方便用户的各项设置,QPS中也有许多的配置文件。这些配置文件在系统运行时会被自动的读取,相应的变量会被赋值。用户改变某个设置后,这项设置同样会被写入到配置文件中,并在下次运行时被读取。这类配置文件典型的是下载目录和共享目录的设置。系统运行时,会找到当前共享目录路径,并获取该目录下文件信息。还有一类配置文件是可作为用户输入的文本文件。比如leaders.dat这个文件就是用来让用户输入可以选择连接的Group-leader peer IP的。记录文件被下载次数的配置文件对用户来说是不可更改的,这是为了防止用户恶意修改此文件以获得totalValue,达到少共享文件就可以下载大量文件的目的。
  文件共享系统QPS是在上面叙述的四点上一步一步加以实现的,其中也有考虑不全的地方,反反复复经过了几次修改。在提供基本功能上,工作重点都放在协议的实现上。由于Qt开发平台没有对网络程序提供丰富的接口,许多的接口不得不自己一步一步实现并测试正确性。在这点上,对QPS的实现确实用相当大的影响。当然,这带来的好处是二次开发比较简便,因为上层的接口都是已经实现了的,正确性很高。
  
  参考文献
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