CN101147380B

CN101147380B - 用于高效扩展p2p网络的方法和装置

Info

Publication number: CN101147380B
Application number: CN2006800089733A
Authority: CN
Inventors: R·詹宁斯三世; J·拉瓦耶
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP4755683B2; JP2008537619A; WO2006100185A1; EP1867137B1; ATE547889T1; CN101147380A; US8788573B2; TWI392285B; CA2602483A1; EP1867137A1; US20060209819A1; TW200644525A; US20080270539A1

Abstract

用于高效扩展P2P网络的本方法和装置的一实施例包括：从请求节点接收搜索请求消息以及代表具有所请求的数据的节点发送响应消息到所述请求节点，其中所述响应消息源自于中间节点。例如在下述情形中所述中间节点可以代表“响应”节点进行响应，在所述情形中响应节点距离请求节点太远以至于无法接收到搜索请求消息。

Description

用于高效扩展P2P网络的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及计算网络，并更具体地涉及对等数据传输网络的扩展。

背景技术

图1是以对等(P2P)方式进行交互的节点(例如计算设备)的网络100的示意图。一般而言，请求节点101发送搜索消息105(例如包含关于请求节点101希望定位的数据的关键字)到经由对等连接与请求节点101进行通信的至少一个中间节点111。中间节点111接收搜索消息105并将搜索消息105转发到至少一个附加的节点111。最终，搜索消息105到达具有所请求的数据的至少一个响应节点103(在某些情形中，搜索消息105被转发到的第一个中间节点111也将是响应节点103)。至少一个响应节点103接着将响应消息107例如经由中间节点111发送回请求节点101。请求节点101接着通过例如经由直接连接109而直接连接到响应节点103从而从响应节点103请求相关数据。

在传统的P2P系统中，包括搜索消息105和响应消息107的消息具有有限的生存期限(time of live)或跳跃计数(hop count)。即，一旦消息已被转发到预定义的最大数量的节点101、103或111，则该消息将过期。因此，如果请求节点101生成具有生存期限为四的第二搜索消息，并且所请求的数据驻留所在的节点(例如节点113)距离请求节点101超过四次“跳跃”，则在获得所请求的数据之前第二搜索消息将过期。此问题可以通过增加搜索消息的生存期限或通过增加每个节点的对等连接的数量来减少；但是，二者都将导致网络流量的增加(由于网络100的发散性质，前者导致的增加呈指数增加)。

因此，本领域中存在对于一种用于高效扩展P2P网络的方法和装置的需求。

发明内容

因此，本发明在第一方面提供了一种用于将数据从网络中的第一节点传输到第二节点的方法，所述方法包括以下步骤：从所述第二节点接收搜索请求消息，所述搜索请求消息请求数据；以及由第三节点代表所述第一节点发送响应消息到所述第二节点，所述响应消息指示出所述第一节点具有所请求的数据。

优选地，所述第三节点是位于所述第一节点和第二节点之间的中间节点。

优选地，如果所述第三节点确定所述搜索请求消息将不会达到所述第一节点，则所述第三节点代表所述第一节点发送所述响应消息。

优选地，所述方法进一步包括以下步骤：检验所述搜索请求消息的生存期限字段或跳跃计数字段，以确定所述搜索请求消息在所述网络中将行进多远。

优选地，所述发送步骤包括：在与所述第三节点关联的数据库中定位与所述所请求数据有关的信息，其中所述数据库包括与在所述网络上执行的至少一次之前的数据传输有关的至少一个条目；以及根据所述所定位信息发送所述响应消息到所述第二节点。

优选地，在所述数据库中保持所述至少一个条目的时间段由以下内容中至少一个来指示：固定数量的最近数据传输、固定数量的最流行响应、固定数量的最不流行数据响应、以及进行传输的节点已经活跃在所述网络中的时间长度。

所述方法可以进一步包括：周期性地查询所述所请求数据的至少一个源，以确认所述至少一个条目的有效性。

优选地，所述至少一个条目包括结合所述至少一次之前的数据传输从由所述第三节点之前接收的至少一个响应消息中取得的信息。

优选地，所述至少一个条目包括结合所述至少一次之前的数据传输从由所述第一节点之前发送的至少一个响应消息中取得的信息。

优选地，所述信息包括以下内容中至少一个：在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的名称、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的内容描述、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的大小、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的类型、所述至少一次之前的数据传输的时间、将所述第三节点从所述第一节点分隔开的跳跃数量、与所述至少一个响应消息有关的元数据、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的源、以及所述至少一个响应消息自身。

优选地，针对由所述第三节点接收的每个响应消息，所述信息被自动保存在所述数据库中。

优选地，基于以下内容中至少一个保存所述信息：可用的数据库存储器、可用的数据库存储装置、网络带宽速度、网络带宽利用、以及所述至少一个响应消息的源已经活跃在所述网络中的时间长度。

优选地，所述至少一个响应消息指示出包含于其中的数据将有效的时间长度。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1是以对等方式进行交互的节点的网络的示意图；

图2是说明了用于高效扩展诸如图1中所说明的网络的P2P网络的方法的一实施例的流程图；以及

图3是使用通用计算设备来实现的网络扩展方法的高级框图。

为促进理解，尽可能地使用了相同的标号来指示图中共用的相同单元。

具体实施方式

在一实施例中，本发明是一种用于高效扩展P2P网络的方法和装置。本发明的实施例使得下述情形成为可能，其中，P2P网络上的请求节点从通常处于请求节点的“范围”之外的节点接收数据，这是通过使得中间节点能够为了范围外的节点“通过代理”进行响应。

图2是说明了用于高效扩展诸如图1中所说明的网络100的P2P网络的方法200的一实施例的流程图。方法200可以例如在P2P网络100上的任意节点(例如101、103、111或113)上实现。方法200在步骤202初始化，并进行到步骤204，其中方法200例如从对等(已连接)节点接收搜索请求消息。

方法200接着进行到步骤206，其中方法200检验搜索请求消息并确定接收者(例如，在步骤204接收搜索请求消息的节点)是否具有所请求的数据。如果接收者具有所请求的数据，则方法200进行到步骤208，以及例如根据传统的P2P协议通过网络100把响应消息发送回请求节点。所述方法接着进行到步骤212，以及检查本地数据库中潜在地匹配搜索请求消息的其它数据，如下文中更详细描述的。

可替换地，如果方法200在步骤206确定接收者没有所请求的数据，则方法200直接进行到步骤212，以及检查在接收者上驻留的本地数据库。在步骤212进行检查的数据库包括包含关于在网络100上执行的之前的数据传输的信息(例如，其中数据从响应节点传输到请求节点)的至少一个条目。在一实施例中，此信息包括以下内容中的至少一个：所传输的数据的名称、所传输的数据的内容描述、所传输的数据的大小、数据类型(例如，图像文件和音频文件等)、数据传输的时间、所传输数据的源(例如，网络ID、地址、端口号、或响应节点针对传输的其它形式的标识)、将接收者从响应节点分隔开的跳跃数量、或者关于在实际数据传输之前发送的响应消息的其它元数据。

在一实施例中，接收者保存来自在实际数据传输之前发送的进入响应消息的、关于之前的数据传输的信息。具体而言，接收者保存将响应消息重构为代理消息所必要的尽可能多的来自响应消息的信息，如下文中更详细描述的。在某些实施例中，在数据库中保存的、针对特定的之前的数据传输的信息可以是对应于数据传输的整个响应消息。

具体而言，在步骤212，方法200确定在数据库中是否存在匹配或对应于搜索请求消息中请求的数据的条目(例如响应消息)。特别地，方法200确定数据库是否包括指示出网络100中具有所请求数据的至少一个节点(例如节点可能已经响应于针对与当前正被请求的相同数据的之前的请求)的条目。如果不存在这样的数据库条目，则方法200进行到步骤218，以及要么将搜索请求消息转发到下一节点(例如，如果搜索请求消息的生存期限字段尚未过期的话)，要么丢弃搜索请求消息(例如，如果在步骤204传输到接收者之时生存期限字段过期的话)。

可替换地，如果方法200在步骤212确定数据库确实包含对应于搜索请求消息中请求的数据的条目，则方法200进行到步骤214，以及进一步确定搜索请求消息是否将到达对应的数据库条目的源(例如，可能具有所请求数据的节点)。在一实施例中，方法200检验搜索请求消息的生存期限字段(其指定了搜索请求消息还可以进行多少次跳跃)或跳跃计数字段(其指定了迄今已经进行了多少次跳跃)，并确定搜索请求消息将在网络中行进多远(例如，搜索请求消息将到达的最远节点是哪个？)。因此，如果搜索请求消息还可以进行x次跳跃，并且如果对应的数据库条目的源距离接收者还有至少x+1次跳跃，则方法200设想搜索请求消息将不会到达对应的数据库条目的源。

如果方法200在步骤214确定搜索请求消息将不会到达对应的数据库条目的源，则方法200进行到步骤220，以及代表对应的数据库条目的源进行响应，例如作为代理。在一实施例中，方法200通过将响应消息从接收者发送到请求节点而代表对应的数据库条目的源进行响应。响应消息指示出对应的数据库条目的源具有请求节点正在搜索的数据。

可替换地，如果方法200在步骤214确定搜索请求消息将到达对应的数据库条目的源，则方法200可以进行两件事中之一。在一实施例中，方法200例如根据传统的P2P协议而仅将搜索请求消息转发到下一节点。

在另一实施例中，在步骤216，即便搜索请求消息将可能仍然到达对应的数据库条目的源，方法200也可以代表对应的数据库条目的源响应于搜索请求消息。在此情形中，一旦方法200已经响应于请求节点，则方法200也可以丢弃搜索请求消息(即，不把搜索请求消息进一步通过网络转发)。在此情形中代表对应的数据库条目的源进行响应可以理想地实现对搜索请求消息的更快响应(例如，在传输路径中的较早节点生成响应)，或者减少网络流量(例如，通过一旦对应的数据库条目的源已经被标识则阻止搜索请求消息在网络中进一步行进)。在单个的有限响应是响应于对数据的请求(例如对股票价格的查询)所需的全部之时，这些优点可以是特别理想的。

方法200在步骤222终止。本领域技术人员将理解，在某些实施例中，方法200可以在请求节点整体地实际执行。即，如果请求节点维护之前的响应消息的其自己的数据库，则请求节点实际上能够根据步骤210-222仅通过搜索其自己的数据库而标识具有所请求数据的节点。

如上所述的方法200使能对P2P网络的高效扩展，同时仅最低限度地增加网络流量。通过使得P2P网络中的一个或多个节点能够为了网络中的其它节点“通过代理”进行响应，在不用实际发送数据请求到附加节点的情况下，用于数据请求的搜索空间被有效增加。因此，与传统的P2P扩展方法不同，传统的P2P扩展方法易于导致网络流量有时呈指数增加(例如，通过增加搜索请求消息的生存期限或节点的对等连接的数量)，方法200实际上节约了流量，同时“扩展”了网络。

本领域技术人员将理解，用于存储与之前的数据传输有关的信息的节点数据库可以根据多种标准来构建。例如，在一实施例中，节点可以每当接收到响应消息时自动保存信息。在另一实施例中，诸如可用存储器或存储装置、网络带宽速度、网络带宽利用、或者响应节点已经活跃在网络中的时间长度等参数可以指示相应条目是否将被保存在数据库中。在另一实施例中，节点可以将所接收的响应消息和现有的数据库条目进行比较，并仅当针对所接收的响应消息所涉及的数据的条目尚未存在时才创建所接收的响应消息的条目。可替换地，如果针对相关数据的数据库条目已经存在，则所接收的响应消息可被用于更新针对该数据的信息(例如通过创建具有该数据或文件的节点的列表)。

另外，可以基于多种标准来维护数据库。例如，节点可以指定：将根据可调整的时间窗(例如，其中仅与固定数量的最近搜索响应有关的信息被保存)、固定数量的最流行或最不流行的数据搜索、或者响应节点已经活跃在网络中的时间长度(例如，节点可以保持针对已经活跃了最长时间段的多个响应节点的搜索响应消息的子集)来保持数据库条目。

为了确保数据库条目的持续有效性，一个节点可以定期查询其它节点(该节点的响应消息已经被输入到数据库中)，例如以便确保节点仍具有相关数据。可替换地，响应节点可以通过向响应消息中添加用于指示搜索结果将在多长时间内有效的字段(例如，“此部分的现场直播视频流将仅在一天内有效。”)、或者添加指示出响应节点已经活跃在网络中多长时间的字段，而协助管理数据库条目。

在某些实施例中，请求节点可以指定其不希望接收代表范围外节点的代理响应(例如通过在搜索请求消息中陈述这一点)。例如，请求节点可能期望令其搜索被临近节点(例如在特定范围内)所满足。可替换地，请求节点可以指定代理响应被允许通过的跳跃计数(例如“在第n次跳跃之前无代理响应。”)，从而最近的对等节点不会发送代理响应。此外，请求节点可以针对代理响应设置寿命限制(例如，“涉及数据库条目的代理响应不可长于n天。”)，以便确保代理响应的有效性。

相反，响应节点可以指定其不希望具有关于其已保存的响应消息的信息(例如通过在响应消息中陈述这一点)。例如，响应节点可能想要将其通信仅限于临近节点。可替换地，响应节点可以指定沿着响应消息路径的给定点，在给定点上关于响应消息的信息可以被保存(例如，“超过第n次跳跃不进行保存。”)，从而仅在特定范围内的节点可以保存关于响应消息的信息。

图3是使用通用计算设备300实现的网络扩展方法的高级框图。在一实施例中，通用计算设备300包括处理器302、存储器304、数据传输模块305和多种输入/输出(I/O)设备306，诸如显示器、键盘、鼠标、调制解调器等等。在一实施例中，至少一个I/O设备是存储设备(例如，磁盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动器)。应该理解，数据传输模块305可以被实现为通过通信信道耦合于处理器的物理设备或子系统。

可替换地，数据传输模块305可以由一个或多个软件应用(或甚至软件和硬件的结合，例如使用专用集成电路(ASIC))来表示，其中软件从存储媒体(例如I/O设备306)进行加载，并在通用计算设备300的存储器304中由处理器302进行操作。因此，在一实施例中，在此参考前述附图描述的用于高效扩展P2P网络的数据传输模块305可以被存储在计算机可读媒体或载体上(例如RAM、磁盘或光盘、或磁盘或光盘驱动器等等)。

因此，本发明代表了数据传输网络的领域中的显著进步。所提供的方法和装置使得下述情形成为可能，即，P2P网络上的请求节点从通常处于请求节点的范围之外的节点接收数据，这是通过使得中间节点能够为了范围外的节点通过代理进行响应。另外，与用于扩展P2P网络的传统方法不同，本发明的方法和装置实际上节约了网络流量同时高效扩展用于数据请求的搜索空间。

Claims

1.一种用于将数据从网络中的第一节点(103)传输到第二节点(101)的方法，所述方法包括以下步骤：

在第三节点(111)从所述第二节点(101)接收搜索请求消息，所述搜索请求消息请求数据；以及

由所述第三节点(111)代表所述第一节点(103)发送响应消息到所述第二节点(101)，所述响应消息指示出所述第一节点(103)具有所请求的数据；其特征在于：

如果所述第三节点确定所述搜索请求消息将不会达到所述第一节点(103)，则所述第三节点(111)代表所述第一节点(103)发送所述响应消息。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

检验所述搜索请求消息的生存期限字段或跳跃计数字段，以确定所述搜索请求消息在所述网络中将行进多远。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述发送步骤包括：

在与所述第三节点关联的数据库中定位与所述所请求数据有关的信息，其中所述数据库包括与在所述网络上执行的至少一次之前的数据传输有关的至少一个条目；以及

根据所述所定位信息发送所述响应消息到所述第二节点。

4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述数据库中保持所述至少一个条目的时间段由以下内容中至少一个来指示：固定数量的最近数据传输、固定数量的最流行响应、固定数量的最不流行数据响应、以及进行传输的节点已经活跃在所述网络中的时间长度。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中所述至少一个条目包括结合所述至少一次之前的数据传输从由所述第三节点之前接收的至少一个响应消息中取得的信息。

6.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中所述至少一个条目包括结合所述至少一次之前的数据传输从由所述第一节点之前发送的至少一个响应消息中取得的信息。

7.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中所述信息包括以下内容中至少一个：在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的名称、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的内容描述、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的大小、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的类型、所述至少一次之前的数据传输的时间、将所述第三节点从所述第一节点分隔开的跳跃数量、与所述至少一个响应消息有关的元数据、在所述至少一次之前的数据传输中传输的数据的源、以及所述至少一个响应消息自身。

8.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中：

针对由所述第三节点接收的每个响应消息，所述信息被自动保存在所述数据库中；或者

基于以下内容中至少一个保存所述信息：可用的数据库存储器、可用的数据库存储装置、网络带宽速度、网络带宽利用、以及所述至少一个响应消息的源已经活跃在所述网络中的时间长度。