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客户机/服务器(C/S)模式与对等网络(P2P)

浏览:7508  来源:通信人在线  日期:2026-10-26

互联网本身是一种开放的网络体系结构,它的本质是通过网络层各向同性的IP协议体系实现与物理层和链路层的技术无关的、支持网络规模自由扩充和与上层业务无关的数据包端到端透明传送。

传统的电信网络是封闭的、单一业务能力的系统,它具有网络规模的开放性,却不支持接入的开放性和业务能力的开放性,更无法形成规模的增值业务产业链。对于互联网,我们已经看到了它在业务开放性上的巨大潜力。互联网上的业务体系结构多采用两种类型模式,即:客户机/服务器(C/S)和对等网络(P2P)。

一、客户机/服务器(C/S)

1、产生

在传统的互联网计算模式中,客户端/服务器(Client/Server,简写C/S)模式占据了主流。C/S模式的直接前身是早期的终端/主机(Terminal/Host)计算模型。那时,所有计算与数据都集中在大型主机上,用户面对的终端只负责输入输出,几乎没有本地处理能力。20世纪80年代,随着个人计算机(PC)的价格性能比持续改善,互联网技术逐步成熟,数据库共享成为可能,一种新的分工随之浮现:将用户交互与部分业务逻辑下放到PC(Client),将数据管理与核心业务逻辑保留在性能更强、连接更稳定的服务器(Server)上。C/S架构由此应运而生,本质上是对终端/主机(T/H)模式的一次结构性重构:计算资源从完全集中走向“集中管理、分布处理”。下图1-1展示了C/S模式网络结构,该结构下一台服务器可以服务于多台客户端。客户端通过局域网向服务器发出请求,服务器应答后返回结果,形成清晰的请求-应答交互模式。C/S模式下客户端与服务器各自的特征详见下表1-1。

图 1-1:C/S模式网络结构

表 1-1:客户端与服务器的特征

客户机/服务器(C/S)结构是一种支持开放接入的业务结构。在C/S类型的业务中,涉及到一个业务的形成、实现和提供只有两种功能节点:服务器节点和客户机节点。客户机直接访问服务器实现所需要的服务。当然这里的业务形成和提供可以是层次状的或是汇聚式的。由于C/S业务类型结构简单、支持接入的开放性,在互联网上得到广泛的应用。但它在业务能力扩展和业务产业链的开放性上存在结构的问题,在许多涉及到媒体流处理和语义处理的场合中应用是十分困难的。

2、关于瘦客户端/瘦服务器

另外,实际使用中还有一个瘦服务器/瘦客户端的概念。瘦服务器和瘦客户端是分布式计算中“算力集中化”思路的一对典型架构,核心逻辑是‌把尽可能多的计算、存储、业务逻辑从终端侧收拢到中心侧,让两端都只保留最精简的必要能力‌,大幅降低部署、运维和安全管理的成本。瘦服务器和瘦客户端都体现了一个观念:不为不需要的功能花费金钱。

瘦客户端(Thin client)是一种‌本地计算资源极度精简的终端设备‌,几乎不存储数据、不运行复杂业务程序,所有核心计算、数据处理和应用执行都完全依赖后端集中式服务器完成,自身仅负责输入输出交互和基础的网络连接。瘦服务器(Thin server)是对传统重型服务器的轻量化改造,通过剥离冗余操作系统组件、非必要驱动和闲置服务,仅保留支撑核心业务运行的最小化资源集合,把更多算力资源让渡给实际业务逻辑。关于瘦服务器与瘦客户端的特征详见下表1-2的描述。

表 1-2:瘦服务器与瘦客户端的特征

3、C/S模式与B/S模式

显然,图1-1的C/S模式是一种两层结构。两层结构在可伸缩性、异构数据库互操作以及客户端部署维护方面存在明显局限:客户端与数据库交互频繁,网络通讯量大,且每台客户机都需要安装和配置数据库客户端软件。中间件技术的成熟推动C/S向三层结构演进:表示层(客户机)、业务逻辑层(应用服务器)与数据存储层(数据库服务器)各司其职,具体详见下表1-3-1的介绍。三层结构提升了系统的开放性、可扩充性与安全管理能力,也使维护升级不再必然波及每一个客户端,客户端可以使用一个浏览器即可。因此,此时也称为浏览器/服务器模式(Browser/Server,简写B/S)。B/S较C/S具有一定的优越性,包括:具有良好的开放性;减少整个系统的成本,维护升级十分方便;系统的可扩充性良好;系统管理简单,可支持异种数据库,有很高的可用性;可以进行严密的安全管理。下表1-3-2从多个维度对C/S和B/S模式的分析对比。

表 1-3-1:B/S模式三层结构的功用介绍

表 1-3-2:C/S模式和B/S模式的分析对比

二、对等网络(P2P)

1、P2P的渊源

C/S模式发展初期,客户端的带宽和计算资源较弱,通过C/S模式可以降低对客户终端能力的要求,而将处理集中在服务器端。近年来,不同资源的发展速度出现了以下特点:网络的流量、网络带宽以翻倍的速度增长;计算资源近似依照摩尔定理速度增长,而存储能力每年仅提升7%。因此在诸多资源中,计算和存储资源可能逐渐变为“瓶颈”。相应地,处于体系架构的中心的服务器也成为性能的“瓶颈”,一旦中心服务器崩溃将造成整个服务系统崩溃。在这样的技术发展背景下,人们引入了对等计算模式(P2P)。

P2P的基本洞察是:网络中大量节点本身拥有闲置的带宽、存储与计算能力,如果让节点之间直接交换资源,而不再事事经过中心,系统的总容量可以随参与者的增加而扩展,而不是被单一服务器所封顶。Napster、Gnutella、BitTorrent等早期文件共享系统将这一思想推向大规模实践,此后P2P从文件分发逐步扩展到实时通信、内容分发乃至信任基础设施等领域。

2、P2P的技术特征

对等网络(Peer-to-Peer Networks,简写P2P)是一种采用对等策略计算模式的网络。从不同的行业和视角来看,P2P的定义略有差别。一种典型定义为:P2P是一种分布式网络,网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源(处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等),这些共享资源能被其他对等结点直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源(服务和内容)提供者,又是资源(服务和内容)获取者。下图给出了对等网络(P2P)的组网结构示意图。

图 2-2:P2P模式网络结构

对等业务体系是基于叠加业务网的思想发展起来的。它的目标就是为了解决业务层面上的能力可扩充性和业务本身的开放性。对等业务类型的业务形成、实现和提供的结构和客户机/服务器的结构是完全不同的。对等业务的形成需要一系列服务节点(对等业务网络)的支持,每个节点的功能都是各向同性的,既是服务器又是客户机(如图2-2所示)。同时,一个业务的实现可能需要多个业务节点的参与(这一点和传统电信网的结构类似)。在业务提供的形式上,用户本身可以作为业务节点看待,也可以作为业务节点的客户机子集存在。但是用户访问的对象无需用户设定,是由对等业务网络根据用户的需求和网络的能力确定的,如Web service、网格业务、Weblog,特别是近年来大量的P2P VoIP业务、P2P会议业务、IPTV业务和家庭网络业务,都是对等业务类型的。

因此,P2P网络是构建在物理互联网之上的覆盖网络(Overlay Network,也称重叠网),节点之间通过逻辑连接形成独立于底层IP路由的协作拓扑。其技术构成围绕三个核心问题展开:节点如何发现彼此、资源索引如何组织、查询如何路由。按中心化程度,P2P可分为几个主要类型:集中式P2P、纯分布式非结构化P2P、分布式结构化P2P和混合式P2P,具体详见下表2-2的介绍。

表 2-2:P2P网络的类型

欲详细了解重叠网技术介绍的请进入。

P2P打破了传统的C/S模式,在网络中的每个结点的地位都是对等的。每个结点既充当服务器,为其他结点提供服务,同时也享用其他结点提供的服务。

3、P2P的重叠架构

为了充分发挥互联网无所不在的优势,P2P不能对互联网协议进行任何修改,因而解决的方法是在基础的互联网上架设一个P2P重叠网。P2P重叠网分为“无组织的P2P重叠网”和“有组织的P2P重叠网”两大类(两者的核心差异详见下表2-3-1)。目前,在互联网上广泛使用的大多是无组织的P2P重叠网,当今宽带用户流量中一半以上正是这种P2P流。无组织的P2P重叠网已经演进了4代,具体详见下表2-3-2的简介。而新一代的P2P应用包括多播、网络存储等,也都将运行在有组织的P2P重叠网上。P2P网络的当代演进呈现两条清晰的路径:其一是作为中心化架构的“增强层”嵌入现有系统;其二是作为去中心化信任与资源网络的基础层。具体详见下表2-3-3的陈述。

表 2-3-1: “无组织的P2P重叠网”和“有组织的P2P重叠网”的核心差异

表 2-3-2:无组织P2P重叠网的迭代

表 2-3-3:P2P网络的当代演进方向

三、C/S与P2P

C/S与P2P的关系,不宜理解为一种模式对另一种模式的替代。更准确的图景是:中心化与去中心化作为两种组织原则,在不同的约束条件下被有选择地组合。两种模式各自回答了一组根本问题:C/S用中心换取可控性,P2P用分布换取可扩展性与鲁棒性。理解它们的产生逻辑与技术边界,比判断哪一种“更优”更有意义-在实际的系统设计中,真正的决策往往发生在二者之间的连续光谱上,取决于业务对延迟、成本、控制力与信任结构的具体权衡。

欲进一步了解互联网的自治系统(AS)与自治系统编码(ASN)介绍的请进入。

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