شبکه P2P | آشنایی 0 تا 100 با شبکه همتا به همتا
28 آذر 1402 1402-09-28 12:41شبکه P2P | آشنایی 0 تا 100 با شبکه همتا به همتا
شبکه Peer to Peer (P2P) یک ساختار ارتباطی بسیار محبوب و کارآمد است که در آن هر شرکت کننده، به عنوان گره، توانایی انجام نقشهای کلاینت و سرور را به صورت همزمان دارد. در شبکههای P2P، همه گرهها از نظر وضعیت و عملکرد برابری برخوردارند و هیچ کنترلی مرکزی وجود ندارد. به جای آن، هر گره قادر است فایلها و منابع مختلف را به اشتراک بگذارد و همچنین از گرههای دیگر در شبکه درخواست فایلها یا منابع مورد نیاز خود را داشته باشد. از طریق این روش، همکاری و تبادل اطلاعات بین کاربران شبکه P2P امکانپذیر میشود.
شبکههای P2P به دلیل مزایای فراوانی که ارائه میدهند، از جمله افزایش کارایی، قابلیت مقیاسپذیری و انعطافپذیری، طی سالها توانستهاند محبوبیت زیادی را جلب کنند.
( در مقاله nftfi به طور کامل در مورد وام های NFT و چگونگی دریافت این وام ها توضیح داده شده )
کاربردهای شبکه P2P عبارتند از:
1. اشتراک فایل:
شبکههای P2P از جمله Napster، BitTorrent و eDonkey امکان به اشتراک گذاری فایلها بین کاربران را فراهم میکنند. کاربران قادرند به صورت مستقیم فایلهای خود را به اشتراک بگذارند و یا از فایلهای دیگران دانلود کنند.
2. ثبت تراکنش ارز دیجیتال و بلاکچین:
فناوری بلاکچین که در ارزهای دیجیتال مثل بیتکوین استفاده میشود، از یک شبکه P2P برای ثبت تراکنشها و اطلاعات استفاده میکند. این اطلاعات به صورت مستقیم بین کاربران به اشتراک گذاشته میشوند و بدون وجود یک مرکز مرکزی ثبت میشوند.
3. نرمافزارهای منبع آزاد (Open-source):
در این شبکهها، توسعهدهندگان نرمافزار میتوانند پروژههای خود را با دیگران به اشتراک بگذارند. این امکان به توسعه نرمافزارهای متن باز (Open-source) کمک میکند و اجازه میدهد تا کاربران از کد منبع باز و آزاد استفاده کنند و به بهبود آن کمک کنند.
4. محاسبات توزیع شده:
از شبکههای P2P برای برنامههایی که نیازمند پردازش موازی و توزیع شده میباشند، مثل محاسبات علمی، رندرینگ تصاویر، یا تحلیل دادهها استفاده میشود.
5. شبکههای اجتماعی:
این شبکهها میتوانند برای ساخت یک شبکه اجتماعی از افراد بدون واسطه مانند شبکههای اجتماعی معمولی مورد استفاده قرار گیرند. کاربران میتوانند به طور مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
6. بازی آنلاین:
شبکههای P2P برای بازیهای آنلاین نیز بهکار میروند. این نوع ارتباط مستقیم بین بازیکنان به ایجاد یک محیط بازی آنلاین پویا و جذاب کمک میکند.
7. VoIP و Video Streaming:
از این شبکهها برای انتقال سیگنالهای صوتی و تصویری مانند VoIP (Voice over Internet Protocol) و پخش ویدیو استریم استفاده میشود. این امکان را به کاربران میدهد تا ارتباطات صوتی و تصویری را به طور بیوقفه انجام دهند.
این تکنولوژی به عنوان یک روش انتقال و به اشتراک گذاری فایلها و اطلاعات، تبدیل به یکی از مهمترین و محبوبترین شیوههای ارتباطات بین کاربران شبکه شده است.
تاریخچه شبکه همتا به همتا (P2P)
تاریخچه شبکههای همتا به همتا (P2P) ریشههای خود را در سالهای پیش از اینچنین مفهومی در اینترنت به دست آورد. این شبکهها نقش بسیار مهمی در تحولات ارتباطی و انتقال اطلاعات از ابتدای دهههای ۷۰ و ۸۰ داشتهاند. از مرحلهی ابتکاری Usenet توسط دانشجویان آمریکایی تا به ابداع شبکههای معروف مانند Napster، Gnutella، Freenet و در نهایت ظهور بیتکوین، تاریخچهی شبکههای P2P پر از نکات جالب و تحولات مهمی است.
Usenet، به عنوان یکی از نخستین سیستمهای شبکهای، امکان ارتباط کامپیوترها از طریق یک شبکه همتا به همتا را فراهم کرد. این سیستم از دانشجویان برای اشتراک فایلها و انجام بحثهای گروهی استفاده میشد و باعث ایجاد یک جامعه آنلاین بزرگ شد.
سپس، با ظهور Napster در سال 1999، این مفهوم به یک مرحله جدید وارد شد. Napster به کاربران این امکان را میداد تا از طریق یک سرور مرکزی به نام خودش فایلهای موسیقی را به اشتراک بگذارند. این روش به سرعت محبوبیت بالایی کسب کرد اما مشکل اصلی آن اتصال به یک سرور مرکزی بود که باعث شد این سیستم به دلیل محدودیتهای قانونی بسیاری مواجه شود.
در پی آن، Gnutella با حذف نیاز به سرور مرکزی به وجود آمد و این امکان را فراهم کرد که کاربران به صورت مستقیم از یکدیگر فایلها را به اشتراک بگذارند. این نوع از شبکهها امکانات بیشتری را ارائه داد و از پروتکلهای خاصی برای یافتن منابع در شبکه استفاده کرد.
سپس، در سال 2000، پروتکل Freenet معرفی شد که از تکنولوژی رمزگذاری برای پنهان کردن هویت و مکان فایلها استفاده میکرد. این پروتکل به کاربران اجازه میداد تا به صورت کاملاً ناشناس و با رمزگذاری اطلاعات، اطلاعات خود را در این شبکه به اشتراک بگذارند.
واردات بیتکوین در سال 2009 با معرفی یک سیستم غیرمتمرکز برای ثبت تراکنشها، یک مرحله بزرگ در تکامل شبکههای P2P بود. بیتکوین به طور جدی با ایجاد یک شبکه همتا به همتا، فرصتهای جدیدی را برای تبادل ارز و اطلاعات به صورت غیرمتمرکز و امن فراهم آورد.
تاریخچه شبکههای P2P نشان میدهد که این تکنولوژیها از ابتدای ظهورشان تا به امروز چقدر تحول یافته و به نحوهای بیسابقه در تبادل اطلاعات و دسترسی به منابع مختلف تاثیرگذار بودهاند.
انواع شبکه P2P
شبکههای P2P در دو نوع اصلی تقسیم میشوند:
1. شبکههای P2P خالص (Pure P2P Network):
– در این نوع از شبکههای P2P، که به عنوان شبکههای P2P بدون ساختار هم شناخته میشوند، هیچ نیازی به وجود پایگاه داده مرکزی نیست.
– گرهها به صورت مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند و اطلاعات و منابع را به صورت مستقیم با هم به اشتراک میگذارند.
– این نوع از شبکهها به دلیل عدم وابستگی به پایگاه داده مرکزی، انعطاف پذیری بالا و امکان مقیاس پذیری مناسبی را فراهم میکنند.
2. شبکههای P2P ترکیبی (Hybrid P2P Network):
– شبکههای P2P ترکیبی، به عنوان شبکههای P2P ساختاریافته نیز شناخته میشوند.
– این نوع از شبکهها از دو عنصر اصلی تشکیل شدهاند: شاخصهای مرکزی و شبکه مستقیم بین گرهها.
– در این شبکهها، علاوه بر اتصال مستقیم بین برخی گرهها، شاخصهای مرکزی نیز وجود دارند که به عنوان نقاط اتصال گرهها به یکدیگر عمل میکنند.
– با استفاده از الگوریتمهای مسیریابی، درخواستها و انتقال فایلها در این شبکهها به طور کارآمد و بهینه تر از طریق این دو ساختار متفاوت هدایت میشوند.
– شبکههای P2P ترکیبی به دلیل ساختار یافتهتر خود، از نظر کارایی و بهره وری، معمولاً بهتر از شبکههای P2P خالص عمل میکنند و از الگوریتمهای مسیریابی بهره میبرند تا اطلاعات را به صورت بهینهتری در سراسر شبکه منتقل کنند.
در مجموع، هر دو نوع از این شبکهها وجود دارند و هر یک ویژگیها و مزایای خاص خود را دارند که بسته به نوع استفاده مورد نیاز، ممکن است یکی از آنها برای یک منظور خاص بهترین گزینه باشد.
مزایای شبکههای همتا به همتا (P2P)
شبکههای همتا به همتا (P2P) از نظر کارآیی و امکاناتی که فراهم میکنند، از اهمیت بسیاری برخوردارند. این شبکهها به عنوان یک مدل ارتباطی غیرمتمرکز شناخته میشوند و دارای مزایای فراوانی هستند:
1. استحکام و پایداری:
یکی از اصلیترین مزایای شبکههای P2P، استحکام و پایداری بالای آنهاست. حتی اگر یکی از گرهها یا بخشهای این شبکه از دسترس خارج شود، بقیه بخشها همچنان به فعالیت خود ادامه میدهند. این ویژگی باعث میشود که احتمال خرابی یا قطع ارتباط در شبکه به شدت کاهش یابد.
2. مقیاسپذیری:
این شبکهها به طور قابل توجهی قابلیت مقیاسپذیری دارند، به این معنا که اضافه کردن گرههای جدید به آنها بسیار آسان است و این توسعه به صورت مستقیم و با سرعت صورت میپذیرد. عدم وجود نیاز به تنظیمات مرکزی باعث این قابلیت میشود که این شبکهها به راحتی و با کارایی بالا بتوانند به اندازهی بزرگ شدن نیازهای کاربران پاسخ دهند.
3. سرعت پردازش و انتقال داده:
شبکههای P2P به دلیل عدم وجود یک مرکز مرتبط با پردازش و انتقال دادهها، با سرعت بالایی کار میکنند. این شبکهها برای به اشتراکگذاری و دانلود فایلها به عنوان یکی از بهترین روشها شناخته میشوند، زیرا انتقال اطلاعات در آنها با سرعت بالا و به صورت مستقیم بین کاربران انجام میشود.
شبکههای P2P با این ویژگیها، به عنوان یک ابزار کارآمد و مورد توجه برای به اشتراکگذاری منابع، ارتباطات امن و پایداری بالا، در بسیاری از زمینههای مختلف از جمله به اشتراکگذاری فایل، فعالیتهای بلاکچین و توسعه نرمافزارهای منبع آزاد مورد استفاده قرار میگیرند.
معایب شبکههای همتا به همتا (P2P)
معایب و چالشهای شبکههای همتا به همتا (P2P) از جوانب مهمی است که در بررسی و استفاده از این نوع ارتباطات قابل توجه است. در زیر، به توضیح این معایب پرداخته میشود:
1. خطرات امنیتی:
این شبکهها با مسائل امنیتی مانند سرقت مالکیت فکری، بدافزارها، حملات هک و فیشینگ مواجه هستند. کاربران باید به دقت و هوشمندی بیشتری در به اشتراک گذاری فایلها و اطلاعات از طریق شبکههای P2P اقدام کنند، زیرا ممکن است در معرض نقض امنیت قرار بگیرند.
2. مسائل حقوقی:
به دلیل اشتراکگذاری محتوای دارای حق کپیرایت، شبکههای P2P با مشکلات قانونی مواجه شدهاند. این مسئله باعث شده تا شرکتهای P2P و کاربرانی که در فعالیتهای غیرقانونی مانند سهمگذاری غیرمجاز از منابع محتوایی که حق کپیرایت دارند، مورد تعقیب قرار بگیرند.
3. وابستگی به مشارکت کاربر:
عملکرد مناسب شبکههای P2P به طور قابل توجهی به مشارکت و حضور کاربران بستگی دارد. اگر تعداد کافی از گرهها (اعضای شبکه) در دسترس نباشند، عملکرد و کارایی شبکه ممکن است کاهش یابد.
4. چالشهای مدیریت:
مدیریت فعال و دقیق برای این نوع شبکهها ضروری است. این امر به منظور حفظ امنیت و استقرار مکانیسمهایی برای انتقال اطمینانبخش دادهها میباشد.
5. تکه تکه شدن شبکه:
در شرایطی، ممکن است اتصالهای بین گرهها قطع شود و این امر منجر به تجزیه و تفکیک شبکه به قطعات کوچکتر و ناهموار شود، که این ممکن است به کاهش عملکرد و کارایی شبکه منجر شود.
با درک این معایب و چالشها، میتوان بهبوداتی در زمینه امنیت، مدیریت و عملکرد این شبکهها را پیش برد و از آنها بهرهوری بیشتری را به دست آورد.
ویژگیهای شبکههای P2P
شبکههای همتا به همتا (Peer-to-Peer یا P2P) دارای ویژگیهای منحصربهفردی هستند که آنها را از شبکههای سنتی سرور-مشتری (Client-Server) متمایز میکند. این ویژگیها اساساً بر اصول و نحوه عملکرد شبکه P2P تأثیرگذار هستند.
1. تمرکززدایی:
در شبکههای P2P، از سرور مرکزی یا موجودیت کنترلی صرف نظر شده است. به جای آن، هر گره (یا کامپیوتر) در شبکه به عنوان یک عنصر برابر محسوب میشود و همزمان عملکرد مشتری و سرور را انجام میدهد.
2. ارتباط مستقیم:
گرهها در شبکههای P2P به طور مستقیم و بدون نیاز به واسطهها یا سرورهای مرکزی با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. این نوع ارتباط بهبودی در کارایی شبکه و کاهش ترافیک شبکه را به همراه دارد.
3. اشتراک منابع:
گرهها در این شبکهها قادرند منابع خود را مانند قدرت پردازش، پهنای باند و ظرفیت ذخیرهسازی را با سایر گرهها به اشتراک بگذارند. این امر باعث بهبود کارایی شبکه میشود و به کاربران اجازه میدهد به منابع و دادههای بیشتری دسترسی داشته باشند.
4. افزایش انعطافپذیری:
شبکههای P2P در مقابل خرابیهای سیستم مقاومتر عمل میکنند. در صورتی که یک گره دچار مشکل یا خرابی شود، شبکه به صورت خودکار بار کاری را بین گرههای دیگر توزیع کرده و به چالشهایی که پیشآمده است پاسخ میدهد.
5. امنیت و حریم خصوصی:
امنیت و حفاظت از حریم خصوصی از جمله چالشهای این نوع شبکهها است. این شبکهها میتوانند در برابر برخی از خطرات امنیتی مانند piracy، بدافزارها و حملات هک مقاوم باشند، اما همچنین باید با این چالشها مواجه شوند.
ساختار شبکه های P2P
ساختار و معماری شبکههای همتا به همتا (P2P) مبتنی بر این ایده است که هر عضو یا نود در شبکه مشابه دیگران عمل کرده و به نوعی همزمان به عنوان کاربر و هم به عنوان سرور عمل میکند. این نوع ساختار شبکه باعث میشود که وظایف و اقدامات مختلفی که در شبکه انجام میشود، بین اعضای شبکه تقسیم نشود و هر نود توانایی انجام کارهای یکسان را داشته باشد.
در این ساختار، هر نود توانایی انجام وظایف متنوعی را داراست. به عنوان مثال، در یک شبکه P2P برای اشتراک فایل، هر نود قادر است همزمان فایلها را به اشتراک بگذارد و هم آن فایلها را دریافت کند، بدون اینکه نیاز به یک سرور مرکزی یا کنترلگر داشته باشد. این ساختار از قابلیتها و عملکردهای یک برنامه نرمافزاری واحد الهام میگیرد و بر اساس آن طراحی میشود.
بنابراین، در شبکههای همتا به همتا، هر نود یا عضو دارای مسئولیتهای مشابهی است و میتواند به صورت مستقل و همزمان هر دو نقش کاربر و سرور را ایفا کند. این ساختار انعطافپذیری بالا و مقاومت بیشتر در برابر اختلالات سیستمی را فراهم میکند.
شبکههای همتا به همتا براساس شیوه ارتباط هر یک از بخشهای درون شبکه با یکدیگر، به سه دسته اصلی تقسیمبندی میشوند:
- شبکههای ساختاربندی نشده
در شبکههای همتا به همتا ساختاربندینشده، نودها به صورت تصادفی به یکدیگر متصل میشوند و ارتباط برقرار میکنند. این نوع ساختار شبکهها، فرآیند ساخت و اتصال به شبکه را بسیار آسان میکند. هر نود جدیدی که میخواهد به شبکه متصل شود، میتواند با کپی کردن لینکهای موجود در بخشهای دیگر شبکه، به سرعت به آن متصل شده و کمک کند.
این ساختار، به دلیل اینکه نودها به سادگی به شبکه متصل و از آن جدا میشوند، برای فعالیتهایی که نیاز به سرعت بالا دارند بسیار مناسب است. اما همینطور این شبکهها دارای مشکلاتی نیز هستند. به عنوان مثال، استفاده از این شبکهها نیازمند یک سیستم قدرتمند است، زیرا درخواست جستجوی کاربران به تمام شبکه ارسال شده و این درخواست در تمامی سیستمهای موجود در شبکه جستجو میشود. از این رو، استفاده از این شبکهها نیازمند یک سیستم با قدرت و زمان بیشتری نسبت به سایر شبکههای P2P میباشد.
علاوه بر این، ممکن است در این شبکهها اطلاعات مورد جستجو در دسترس نباشد و در نتیجه جستجوی کاربران بدون نتیجه باقی بماند. به عنوان نمونهای از شبکههای ساختاربندینشده میتوان به پلتفرمهایی مانند Napster، KaZaA و Gnutella اشاره کرد که از این نوع ساختار استفاده میکنند.
- شبکههای ساختاربندی شده
شبکههای ساختاربندیشده یا ساختاریافته در مقایسه با شبکههای ساختاربندینشده دارای سازوکاری متفاوت هستند. در این شبکهها، نودها به دنبال بخش مشخصی از محتوای موجود در شبکه میگردند. به این صورت که به هر نود در شبکه وظایف معینی اختصاص داده میشود و سپس یک پروتکل مشترک تعیین میکند که هر نود باید چه وظایفی را انجام دهد.
در این نوع شبکهها، هر زمان که یک شخصی به دنبال محتوای خاصی در شبکه است، با استفاده از پروتکل مشترک که مسئول انتقال دادههاست، درخواست خود را به سمت نودی که مسئول آن بخش از محتواست هدایت میکند. این ساختار امکان یافتن و دسترسی به محتوای خاص را برای کاربران سادهتر میکند زیرا هر بخش از محتوا بهطور مشخص به یک نود اختصاص یافته است.
با این حال، هزینه راهاندازی و نگهداری شبکههای ساختاربندی شده بیشتر است و این نوع شبکهها متمرکزتر و کنترلشدهتر از شبکههای بدون ساختار هستند. این به این معناست که این شبکهها نیازمند مدیریت دقیقتر و سرپرستی بیشتری هستند تا به درستی عمل کنند، اما از طرف دیگر میتوانند ارائه خدمات با کیفیتتر و دقیقتری را به کاربران ارائه دهند.
- شبکههای ترکیبی یا هیبرید
شبکههای ترکیبی یا هیبریدی، بهطور همزمان از دو روش اصلی یعنی سرور/کلاینت و شبکههای همتا به همتا استفاده میکنند. این نوع شبکهها ترکیبی از ویژگیهای شبکههای سرور/کلاینت و شبکههای همتا به همتا را به کاربران ارائه میدهند.
در شبکههای ترکیبی، اطلاعات مرتبط با شبکه در یک سرور مرکزی نگهداری میشود و کاربران میتوانند از این سرور برای جستجو در شبکه و یافتن اطلاعات مورد نیازشان استفاده کنند. این سرور مرکزی مسئول پردازش درخواستها و تسهیل دسترسی به منابع شبکه است.
یکی از مزایای شبکههای ترکیبی این است که آنها عملکرد بهتری نسبت به شبکههای ساختاریافته یا بدون ساختار دارند. چرا که جستجوها و فرآیند پردازش به کمک یک سرور مرکزی انجام میشوند که میتواند با سرعت بیشتری اطلاعات را پردازش کرده و به کاربران ارائه دهد. این سیستم مرکزی همچنین میتواند از تواناییهای هر دو مدل شبکه استفاده کند و از ویژگیهای قدرتمند هر کدام بهره ببرد.
به عنوان نمونه، در این شبکهها میتوان مواردی مانند جستجوی سریعتر، مدیریت بهتر منابع و اطلاعات، و دسترسی سریعتر به منابع مختلف را به کاربران ارائه داد. اما در عین حال، وابستگی به سرور مرکزی نیز میتواند در صورت مشکلات فنی یا قطعی این سرور، کلیت عملکرد شبکه را تحت تأثیر قرار دهد.
توسعه بلاکچین بواسطه شبکههای P2P
بلاکچین، از معماری شبکههای P2P بهره میبرد تا فرایند انتقال و ثبت تراکنشها و اطلاعات دیجیتالی را با استفاده از مفهوم غیرمتمرکزسازی و توزیعشده انجام دهد. این فناوری از شبکههای همتا به همتا استفاده میکند و به افراد بدون واسطه و بدون نیاز به سرور مرکزی، امکان انتقال ارزهای دیجیتال و اطلاعات جهانی را میدهد.
شبکههای بلاکچین با توجه به تواناییهای شبکههای P2P و تکنولوژی مبتنی بر همتا به همتا، تمامی افراد را قادر میسازند که در فرآیند تایید و اعتبارسنجی بلاکها و تراکنشهای انجام شده در بلاکچین شرکت کنند.
اولین نمونه از استفاده از معماری شبکههای همتا به همتا در بلاکچین، بیتکوین بود که به عنوان یک سیستم پول الکترونیکی با استفاده از تکنولوژی بلاکچین ایجاد شد. این ارز دیجیتال امکان انتقال مستقیم ارز بین کاربران را بدون واسطه فراهم کرد.
بلاکچین در مقایسه با سیستمهای بانکی متفاوت است. در بانکها، تراکنشها در سرور مرکزی ثبت و مدیریت میشوند که تنها بانک میتواند به آنها دسترسی داشته باشد. اما بلاکچین به عنوان یک دفتر کل توزیعشده عمل میکند که تمامی اطلاعات را ثبت و نگهداری میکند و تمامی افراد میتوانند به این اطلاعات دسترسی داشته باشند.
در شبکههای بلاکچین، هر نود یا کامپیوتر شبکه یک نسخه از بلاکچین را نگهداری و با سایر نودها مقایسه میکند تا اطمینان حاصل شود که اطلاعات دقیق و صحیحی در سراسر شبکه وجود دارد. این سیستم به سرعت هرگونه تلاقی یا فعالیت مخرب را شناسایی میکند.
با توجه به نوع شبکه بلاکچین، نودها میتوانند نقشهای مختلفی از جمله نودهای کامل داشته باشند که با بررسی تراکنشها امنیت را به شبکه ارائه میدهند و به دقت و صحت دفترکل توزیعشده در بلاکچین کمک میکنند. این امکان به نودها داده میشود تا در فرآیند بررسی وضعیت دفتر کل شبکه مشارکت داشته باشند.