Ｐ２Ｐ文件共享系统的实现分析

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
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　　#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。
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　　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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