?1?P2P 網(wǎng)絡模型概述

? ? ? ? 通常情況下，一個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的P2P網(wǎng)絡層主要由以下幾部分組成。

1.1 覆蓋網(wǎng)絡的結構（網(wǎng)絡拓撲構建）

????????覆蓋網(wǎng)絡可以根據(jù)其對應覆蓋圖的性質分為兩類:無結構化覆蓋網(wǎng)絡和結構化覆蓋網(wǎng)絡。無結構化覆蓋網(wǎng)絡通?；陔S機圖來建立節(jié)點隨機從覆蓋網(wǎng)絡中選取節(jié)點作為鄰居;而結構化覆蓋網(wǎng)絡則是基于預先定義好的結構(如環(huán)、超立方等)，每一個節(jié)點都要有唯一標識，且只能和那些標識滿足預先定義條件的節(jié)點連接。隨著技術的發(fā)展，一些覆蓋網(wǎng)絡同時包含了結構化和非結構化的特性，且在一些應用環(huán)境中表現(xiàn)出更好的性能。

1.2 覆蓋網(wǎng)絡的路由算法

? ? ? ? 路由算法和覆蓋網(wǎng)絡的結構通常是緊密結合在一起的。隨機圖的結構，對應的往往是廣播式的路由泛洪。而結構化則往往對應其他的路由算法，類似于K分查找樹的查找過程。

1.3 節(jié)點的加入、初始化路由表、路由更新和容錯算法

????????p2P系統(tǒng)是動態(tài)的，節(jié)點不斷地加入和退出。當一個新節(jié)點加入時，它要運行節(jié)點加入算法，以獲得網(wǎng)絡上其他節(jié)點的信息，同時要初始化它的鄰居表(路由表)，這樣其他節(jié)點知道他加入后，要調整自己的鄰居表(路由更新)，以使得新節(jié)點加入后，依然保持網(wǎng)絡結構。如果某些節(jié)點下線有可能通知，也可能沒有通知其他節(jié)點，那么網(wǎng)絡中的相關節(jié)點能檢測出來節(jié)點掉線，自動調整鄰居表，使網(wǎng)絡結構依然保持，這就是容錯算法所要做的事情了。注意，這些算法都是獨立運行在每個節(jié)點上的，它們是通過節(jié)點間的協(xié)作通信而工作的。

2.網(wǎng)絡模型分類

2.1無結構化覆蓋網(wǎng)絡

介紹：無結構化覆蓋網(wǎng)絡是最簡單的P2P網(wǎng)絡形式，節(jié)點隨機連接，沒有固定的網(wǎng)絡拓撲結構。這種網(wǎng)絡結構簡單，易于實現(xiàn)，但隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增大，搜索效率較低，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡擁堵。

典型區(qū)塊鏈應用：比特幣的早期網(wǎng)絡可以看作是一種無結構化覆蓋網(wǎng)絡。在比特幣網(wǎng)絡中，節(jié)點通過廣播的方式與其他節(jié)點交換信息（如交易和區(qū)塊數(shù)據(jù)），而不是依靠固定的網(wǎng)絡結構。在比特幣網(wǎng)絡中，一個新節(jié)點加入網(wǎng)絡后會隨機嘗試連接到現(xiàn)有的節(jié)點。一旦連接成功，它就會將自己的信息廣播給這些節(jié)點，這些節(jié)點再將信息轉發(fā)給它們連接的其他節(jié)點，如此形成信息的傳播。當一個節(jié)點需要廣播交易或新產(chǎn)生的區(qū)塊時，也會采用這種方式，但這可能導致網(wǎng)絡中的信息傳播效率不一。

2.2結構化覆蓋網(wǎng)絡

介紹：結構化覆蓋網(wǎng)絡通過使用一致性哈希等算法，將節(jié)點和資源按照某種規(guī)則組織起來，形成有結構的網(wǎng)絡拓撲。這種網(wǎng)絡可以高效地進行數(shù)據(jù)的定位和搜索。

典型區(qū)塊鏈應用：以太坊使用了Kademlia算法（一種DHT，分布式哈希表協(xié)議）作為其節(jié)點發(fā)現(xiàn)協(xié)議的一部分。這使得以太坊網(wǎng)絡在維護節(jié)點的連接信息時更加高效和可擴展。在以太坊的Kademlia算法中，每個節(jié)點都有一個唯一的標識符（ID）。當一個節(jié)點嘗試找到另一個節(jié)點或資源時，它會根據(jù)ID的距離（通過某種哈希算法計算得出）來選擇與自己ID最接近的其他節(jié)點進行查詢，直到找到目標節(jié)點或資源。這種方式顯著提高了搜索的效率和精確度。

Kademlia算法在此不過多講述。

2.3分層式 P2P 網(wǎng)絡模型

????????分層式 P2P 網(wǎng)絡模型：在區(qū)塊鏈中，分層式網(wǎng)絡可以幫助解決擴展性和性能問題。較高層的節(jié)點可以處理復雜的任務，例如交易驗證和共識達成，而較低層的節(jié)點可以處理數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)热蝿铡＿@種模型可以幫助提高交易處理速度并減少網(wǎng)絡擁塞。

常見分層：

1. 按地理位置分層：根據(jù)節(jié)點的地理位置將它們分配到不同的層級。這種方法可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，因為鄰近的節(jié)點通常具有更好的連接和更低的延遲。每個地理區(qū)域可以有自己的領導者節(jié)點，負責在該區(qū)域內協(xié)調和廣播交易。

2. 按節(jié)點性能分層：根據(jù)節(jié)點的計算能力、網(wǎng)絡帶寬和其他資源將它們分類。性能更好的節(jié)點被分配到較高層，負責處理更復雜的任務。這種方法可以確保關鍵任務由具有足夠資源的節(jié)點處理，從而提高網(wǎng)絡的整體性能。

3. 按功能分層：根據(jù)節(jié)點的專門功能或服務將它們組織成不同的層級。例如，某些節(jié)點可能專注于智能合約的執(zhí)行，而其他節(jié)點可能專門負責數(shù)據(jù)存儲或身份驗證。這種分層方式可以促進任務的專業(yè)化處理，提高網(wǎng)絡的效率。

4. 混合分層：上述分層方式可以結合使用，形成混合分層模型。例如，可以同時根據(jù)地理位置和節(jié)點性能進行分層，或結合功能分層和共識機制分層?；旌戏謱涌梢岳枚喾N因素的優(yōu)勢，創(chuàng)建一個更靈活、更適合區(qū)塊鏈網(wǎng)絡特定需求的架構。

“網(wǎng)”或“簇”狀分層

? ? ? ?按一定規(guī)則 “分成簇”或“網(wǎng)”的方法也是分層式 P2P 網(wǎng)絡模型中的一種常見策略。在這種方法中，節(jié)點被分成多個集群或網(wǎng)，每個集群選出一個領導者節(jié)點。這些領導者節(jié)點之間建立連接，形成一個覆蓋網(wǎng)絡。交易和數(shù)據(jù)在這些領導者節(jié)點之間廣播和驗證，然后再傳播到各自的集群中。這種方法可以進一步提高網(wǎng)絡效率，因為它減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)并優(yōu)化了廣播過程。

1. 分層管理：在分層式P2P網(wǎng)絡中，不同層次的節(jié)點承擔不同的職責。頂層節(jié)點通常負責處理交易驗證、共識機制和網(wǎng)絡決策等核心任務。這些節(jié)點往往需要更強的計算能力和更高的安全性。底層節(jié)點則主要負責數(shù)據(jù)的傳輸和存儲，這些任務對計算資源的要求相對較低，但對網(wǎng)絡的廣度和覆蓋范圍有較高要求。

2. 簇內通信：在每個簇內部，可以通過選舉或隨機選擇一個或多個領導者節(jié)點來協(xié)調簇內的數(shù)據(jù)同步和交易驗證。這種方法可以減輕每個節(jié)點的負擔，提高簇內數(shù)據(jù)處理的效率。

3. 跨簇協(xié)作：各簇的領導者節(jié)點之間會形成一個更高層次的網(wǎng)絡，用于協(xié)調各簇之間的交易驗證和數(shù)據(jù)同步。這種結構可以有效地減少網(wǎng)絡中的信息冗余，優(yōu)化數(shù)據(jù)流動路徑，從而加快交易確認速度。

4. 可擴展性：通過將節(jié)點組織成多層結構和簇，網(wǎng)絡可以靈活地擴展，以適應不斷增長的用戶和交易量。新的節(jié)點可以根據(jù)需要加入特定的層或簇，而不會顯著影響網(wǎng)絡的整體性能。

5. 容錯能力：在分層和分簇的網(wǎng)絡中，即使某些節(jié)點或簇發(fā)生故障，其他簇還可以繼續(xù)正常運作。領導者節(jié)點的故障可以通過快速重新選舉來解決，保證網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

6. 優(yōu)化資源分配：不同節(jié)點根據(jù)其能力和地理位置承擔不同的任務，這種資源分配策略可以最大化利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源，避免資源浪費。

“網(wǎng)”或“簇”狀分層設計

1. 整體視圖：

   • 將整個網(wǎng)絡視為由多個簇（Cluster）構成，每個簇包含若干節(jié)點。這些簇通過一種高層網(wǎng)絡結構相互連接。

2. 簇內結構：

   • 每個簇內部有多個節(jié)點，這些節(jié)點可以是相似的，或者有特定的功能分配。例如，一些節(jié)點專門負責數(shù)據(jù)存儲，而其他節(jié)點負責處理交易和執(zhí)行智能合約。
   • 在簇內部選舉或指定一個或多個領導節(jié)點（Leader Node）。這些領導節(jié)點負責簇內的數(shù)據(jù)同步、交易驗證等核心任務。

3. 高層網(wǎng)絡（網(wǎng)）：

   • 各簇的領導節(jié)點彼此連接，形成一個高層網(wǎng)絡。這個高層網(wǎng)絡負責協(xié)調各簇之間的交互，例如跨簇交易的驗證和數(shù)據(jù)的一致性保證。
   • 高層網(wǎng)絡也可能包括一些專門的服務節(jié)點，例如跨鏈服務節(jié)點，這些節(jié)點負責處理與外部區(qū)塊鏈或系統(tǒng)的交互。

4. 連接和通信：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-859342.html

   • 簇內節(jié)點通過快速、局部的網(wǎng)絡進行通信。
   • 簇與簇之間的通信則通過領導節(jié)點在高層網(wǎng)絡中進行，這種設計可以減少網(wǎng)絡擁塞和提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

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