P2P文件共享系统的实现

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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

中图分类号：TP文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）10-0355-02

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,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

#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.

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