Ｐ２Ｐ文件系統
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摘要：系統QtP2Pfile-sharingSystem(QPS)是利用Qt開發的P2P文件共享系統。QPS采用P2P中的混合模式，此模式結合了集中目錄式和純分布式兩者的優點，在實現上具有簡易性，在共享度上具有很強的擴展性。QPS的最大特點是加入了策略。這種策略能限制一些用戶只下載而不共享資源的行為。策略的引入是為了鼓勵用戶與其他人分享自己的資源，而不僅僅是索取。入策略的QPS不僅能比較有效的限制只下載不分享的行為，而且對系統的壽命也有相當程度的提高。
關鍵詞：文件共享；P2P；策略；Qt
C/S式架構造就了一批著名的門戶網站，如雅虎，新浪等。這些網站容易受到黑客的親睞后果是服務崩潰。C/S式架構只有一個服務器或服務機群，服務器一旦崩潰，它提供的服務也將停止。而P2P式架構卻正好相反，它沒有服務器(相對C/S架構而言)或服務器是分布的，一個服務器崩潰了，其他的服務器照樣能提供服務。這種架構能有效的抵抗DDOS攻擊，它的安全性有很可靠的保障。另外,采用P2P式架構的網絡資源共享系統不但大大的減輕了單個服務器的負擔，而且也提高了很大的安全性。人們也可以通過這種架構建立自己的信息天地，與其他的人分享自己的資源。
1系統設計實現的重點與難點
系統QPS在Linux上用Qt開發，系統設計原理和策略都并不復雜，但這不代表系統的實現也是簡單的。對于系統的整個實現來說，有三個地方是最重要的，也是比較難的。先介紹系統運行流程：
(1)Group-leaderpeer運行，并連接上其他的任意某個Group-leaderpeer；
(2)Ordinarypeer連接（登陸）某個Group-leaderpeer，并把所資源表發送個Group-leaderpeer；
(3)Group-leaderpeer將已連接的其他PC的資源表發送給此ordinarypeer；
(4)Ordinarypeer瀏覽資源并選擇下載或則向Group-leaderpeer發送資源搜索請求；
(5)Group-leaderpeer將資源表中符合搜索的資源所在ordinarypeer的IP發給請求ordinarypeer，同時向其他以連接的Group-leaderpeer發送搜索請求，其他的Group-leaderpeer將資源IP反饋，收到反饋后再發送個搜索ordinarypeer；
(6)Ordinarypeer從獲得的資源表中選擇下載，即與另一個ordinarypeer建立連接，下載完畢后斷開連接。
從上面的過程可以看出，系統共有三個通信鏈路，分別是：
(1)Group-leaderpeer與Group-leaderpeer之間的通信；
(2)ordinarypeer與Group-leaderpeer之間的通信；
(3)ordinarypeer與ordinarypeer之間的通信。
三個通信鏈路上的信息都是不一樣的。因此，必須給三個通信鏈路都制定相應的通信協議。QPS不是多線程的，因此對每個通信套接字來說，都必須知道對方的套接字。這在實現上也存在一定的難度，這個是由開發工具而帶來的。最后一個難度是NAT穿透問題。為了解決不同局域網間的通信，這個問題的解決是必須的。由于開發硬件環境的限制，現版本的QPS本沒有考慮這個問題。也就是說，實現的版本是局域網內的。在此，需要指出的是，NAT的問題并沒有違背QPS的目的。首先，QPS只是當前的一個版本，以后可能會進一步完善；再者，在將來IPv6的推出就自然而然的解決了不同局域網內通信這一問題。
2實現過程
針對上節的三個通信鏈路，必須要設計好三個通信協議。先看下QPS中需要傳輸的各種信息。如圖1：
通信鏈路上的信息表示的意義如下：
Downloadrequest：文件下載請求信息；
Filedata：文件數據；
Localsharelist：本地的共享信息列表，包括文件名，文件大小，下載次數等；
Sharelist：Group-leaderpeer上的共享信息列表；
Searchmessage：文件搜索信息，包括文件名及搜索跳數；
Searchresult：返回的搜索結果，包括文件名和文件所在IP；
Otherleadermsg：其他leaderpeer上的信息，包括連接ordinarypeer數目和文件數量等；
Localsharemsg：和otherleadermsg一樣。
（1）數據結構定義。
為了實現以上三個通信協議，首先規定了一些數據結構，以區別不同的通信信息。個種數據結構如下：
#defineFILEINFO1//文件信息
#defineSHAREINFO2//共享列表信息
#defineDOWNLOAD3//下載請求信息#defineSEARCH4//文件搜索信息
#defineLEADERINFO5//Group-leaderpeer信息
#defineFILEDATA6//文件數據
#defineMAX_SIZE(2048*10)//文件數據的大小
typedefstruct
{
inttype;//表示是何種信息，下同
ULONGsize;//文件大小
ULONGdownloadTimes;//文件下載次數
charname［100］;//文件名
}FileMsg;//文件信息結構體
typedefstruct
{
inttype;
ULONGsize;//文件大小
ULONGdownloadTimes;//文件下載次數
charip［20］;//文件所在IP
charname［100］;//文件名
}ShareMsg;//共享信息列表結構體
typedefstruct
{
inttype;
ULONGsize;//文件大小
ULONGseek;//文件數據塊在文件中的位置
charname［100］;//文件名
}DownloadMsg;//下載請求結構體
typedefstruct
{
inttype;
ULONGtips;//文件搜索跳數
charname［100］;//文件名
}SearchMsg;//文件搜索結構體
typedefstruct
{
inttype;
ULONGconnectedNumber;//連接數量
ULONGfileNumber;//文件數目
charip［20］;//Group-leaderpeer的IP
}LeaderMsg;//Group-leaderpeer信息結構體
typedefstruct
{
inttype;
ULONGseek;//文件數據塊在文件中的位置
ULONGbytes;//buff中的實際字節數
ULONGsize;//文件大小
charname［100］;//文件名
charbuff［MAX_SIZE］;//文件數據
}FileData;//文件數據結構體
（2）信息傳輸函數的聲明。
voiduploadShareList(constFileMsg&file);//uploadlocalsharelisttoleader
voiddownload(constDownloadMsg&msg);//downloadfiledata
voidsearch(QStringfileName,UINTtips);//searchafile
voiddownShareList();//downloadotherpeers''''sharelistfromleader
voidotherLeadersInfo();//getotherleaders''''infothroughtheconnectedleader
voidsearchBack();//seachresultback,readit
voiduploadFile(intsock);//uploadthefiledatathatdownloaderrequested
voidreceiveList(intsock);//receivepeer''''ssharelist
voidsendShareList(ComSocket*socket);//sendsharelisttopeer->socket
voidsendOtherLeaderInfo(ComSocket*socket);//sendotherleaders''''infotopeer
voidsendLeaderInfo(ComSocket*socket);//sendleader''''sinfotosomeleader
voidsearch(intsock);//receivedsearchrequestfrompeer
voidremoteSearch(SearchMsgmsg);//sendsearchtologonedleader
voidleaderSearch(intsock);//receivedleader''''ssearchrequest
voidsearchBack();//receivedsearchresultfromleader
以上函數是根據上面的數據結構而聲明的。每個函數都有一個對應的數據結構。這些函數是整個系統的核心。
設計了解決通信問題的數據結構和函數的聲明后，剩下需要做的便是具體編碼，將聲明的函數加以實現，最后測試其是否正確便真正意義上的解決了上面敘述的難點問題，也是核心問題。
（3）用戶接口。
QPS只給用戶提供了簡單的操作接口，但我相信這是足夠的。具體的用戶接口如下：
連接選擇：讓用戶選擇想要連接的Group-leaderpeer。
上傳數目設置：為了限制上傳量，保障用戶的系統資源(CPU，網絡帶寬等)。
搜索設置：讓用戶輸入文件名及搜索跳數。
下載選擇：雙擊文件名即可下載該文件。共享目錄設置：讓用戶選擇想要共享的目錄
下載目錄設置：讓用戶選擇下載文件放置的路徑
除了上述用戶可以直接操作的接口外，還有些接口是用戶不可操作的。這些接口是用來顯示當前系統的運行情況。比如，下載顯示用來顯示當前正在下載的文件，包括下載速率，已下載文件的大小等；而下載完成列表顯示的則是系統自啟動以來下載的所有文件列表。對于許多的其他文件共享系統來說，它們都有豐富的接口，盡可能的讓用戶使用更簡便。QPS的設計和實現的主要目的是在原理和策略上挖掘網絡資源，使得網絡資源能夠盡可能的廣泛共享。因此，在界面上只做了基本的接口。
（4）配置文件。
為方便用戶的各項設置，QPS中也有許多的配置文件。這些配置文件在系統運行時會被自動的讀取，相應的變量會被賦值。用戶改變某個設置后，這項設置同樣會被寫入到配置文件中，并在下次運行時被讀取。這類配置文件典型的是下載目錄和共享目錄的設置。系統運行時，會找到當前共享目錄路徑，并獲取該目錄下文件信息。還有一類配置文件是可作為用戶輸入的文本文件。比如leaders.dat這個文件就是用來讓用戶輸入可以選擇連接的Group-leaderpeerIP的。記錄文件被下載次數的配置文件對用戶來說是不可更改的，這是為了防止用戶惡意修改此文件以獲得totalValue，達到少共享文件就可以下載大量文件的目的。
文件共享系統QPS是在上面敘述的四點上一步一步加以實現的，其中也有考慮不全的地方，反反復復經過了幾次修改。在提供基本功能上，工作重點都放在協議的實現上。由于Qt開發平臺沒有對網絡程序提供豐富的接口，許多的接口不得不自己一步一步實現并測試正確性。在這點上，對QPS的實現確實用相當大的影響。當然，這帶來的好處是二次開發比較簡便，因為上層的接口都是已經實現了的，正確性很高。
參考文獻
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