Peer-To-Peer Networks

P2P network

介紹

• 對等式網路，又稱對等技術，依靠使用者群（peers）交換資訊的網際網路體系
• 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。
• 根據中央化程度，可以區分為一般型P2P、特殊型P2P與混合型P2P，使用一般型P2P技術的網路系統有比特幣、Gnutella或自由網等。

好處

• 不會因為單點故障就導致整體服務無法運作
• 不會讓單點遇到效能瓶頸

Gossip Protocol

簡介

• 又稱作 epidemic protocol，是 P2P network 的核心技術
• Gossip protocol 的實際應用如 Cassandra / Redis Cluster / Consul 等集群架構
  • consul 用於管理 membership 與傳播消息，有興趣可點這邊
• 廣度優先遍歷(Breadth-First Search, BFS)
  • 假設 A 得到某些資訊，更新了自身的資訊，A 需要將資訊告訴 B、C 等，然後 B、C 告訴其他的 D、E、F、G，一直遍歷。如果節點 B 收到 A 的消息，發現自己早就知道這個消息就直接忽略，從而可以防止圖重複遍歷。

執行過程

• Gossip 過程是異步的，也就是說發消息的節點不會關注對方是否收到，即不等待響應；不管對方有沒有收到，它都會每隔1 秒向周圍節點發消息

通信模式

• Push:
  • 節點 A 將數據 (key,value,version) 及對應的版本號推送給節點 B，節點 B 更新 A 中比自己新的數據
• Pull:
  • A 僅將數據 key, version 推送給 B，B 將本地比 A 新的數據（Key, value, version）推送給 A，A 更新本地
  • 對 A 來說是 pull
• Push/Pull:
  • 與 Pull 類似，步驟上多一步，A 再將本地比 B 新的數據推送給 B，B 則更新本地
  • 收斂速度最快，收斂速度是指所有節點的資訊達到一致的速度

優點

• 擴展性 (scalability)
  • 允許任意節點的增加和減少
• 容錯 (Fault tolerance)
  • 任何節點的故障和重啟都不會影響 Gossip 消息的傳播
• 去中心化 (decentralization)
  • 所有節點都可以是對等的，任何一個節點無需知道整個狀況，只要網路相通，任意一個節點就可以把消息散播到全網
• 一致性收斂
  • 消息會以一傳十、十傳百一樣的指數級速度在網路中快速傳播，因此系統狀態的不一致可以在很快的時間內收斂到一致
• 簡易實現

缺點

• latency
  • 節點只會隨機向少數幾個節點發送消息，消息最終是通過多個輪次的散播而到達全網
• 消息冗餘
  • 節點會定期隨機選擇周圍節點發送消息，而收到消息的節點也會重複該步驟，因此就不可避免的存在消息重複發送給同一節點的情況，造成了消息的冗餘，同時也增加了收到消息的節點的處理壓力。
  • 由於是定期發送，即使收到了消息的節點還會反複收到重複消息，加重了消息的冗餘。

參考資料 👐

• 對等網路 - 维基百科，自由的百科全书
• Day20|P2P網路(1)：P2P網路基礎知識 - iT 邦幫忙::一起幫忙解決難題，拯救 IT 人的一天
• Gossip Protocol 介紹 (上) - 從 Cassandra 內部實作認識 Gossip Protocol 的使用
• P2P 网络核心技术：Gossip 协议

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