Файлообменная сеть – собирательное название сетей для совместного использования файлов.

Часто в основе файлообменных сетей лежат одноранговые компьютерные сети, основанные на равноправии участвующих в обмене файлами, то есть каждый участник одновременно является и клиентом (потребителем информации), и сервером (поставщиком информации).

Основные принципы работы файлообмена заключаются в следующем:

– пользователь скачивает программу к себе на компьютер;

– дает доступ другим пользователем к части своих ресурсов (этот процесс называется «расшариванием»);

– в каждой такой программе присутствует поиск, который ищет ресурсы, выложенные на компьютерах других пользователей для свободного скачивания. Любой пользователь, используя поиск, может найти на компьютере любого другого пользователя те ресурсы, которые он выложил в свободный доступ, и совершенно бесплатно скачать их. А так как количество пользователей таких файлообменных программ исчисляется сотнями тысяч, а иногда даже миллионами, пользователь наверняка найдет интересующий его файл.

Эта технология получила название P2P (pear to pear), в переводе – децентрализованная.

Впервые термин peer-to-peer (P2P) был использован в 1984 г. компанией IBM при разработке сетевой архитектуры для динамической маршрутизации трафика через компьютерные сети с произвольной топологией (Advanced Peer to Peer Networking).

В существующих сегодня файлообменных P2P-сетях изначально был использован смешанный подход – с наличием выделенных узлов и/или серверов. Но в последние несколько лет во всех крупных сетях реализована поддержка протоколов, обеспечивающих полностью автономное функционирование сети без серверов, т. е. в чистом виде P2P-подход.

Сегодня на технологии P2P основано огромное число популярных сетевых сервисов – от простого обмена файлами до речевой и видеосвязи.
По некоторым данным, по состоянию на 2008 г. в Интернете более половины всего трафика приходилось на трафик файлообменных P2P-сетей, а размеры самых крупных из них перевалили за отметку в 1 млн одновременно работающих узлов, разделяющих петабайты (1015 байт) информации. Общее количество зарегистрированных участников файлообменных сетей P2P во всем мире составляет порядка 100 млн.

Сеть P2P – это множество узлов (компьютеров, смартфонов и пр.), объединенных в единую систему и взаимодействующих посредством протокола P2P, который обеспечивает возможность создания и функционирования сети равноправных узлов.

Среди файлообменных сетей по количеству узлов лидируют такие сети, как Bittorrent, eDonkey2000, Gnutella2, Gnutella.

Bittorrent

С целью инициализации узла в сети Bittorrent клиентская программа обращается к серверу (tracker), предоставляющему информацию о файлах, доступных для копирования, а также статистическую и маршрутную информацию об узлах сети. Сервер и после инициализации помогает узлам взаимодействовать друг с другом, хотя последние версии клиентских программ требуют наличия сервера только на стадии инициализации.

Если узел «хочет» опубликовать файл, то программа разделяет этот файл на части и создает файл метаданных (torrent file) с информацией о частях файла, местонахождении их и – опционально – сервера, который будет поддерживать распространение этого файла. Первый узел, опубликовавший файл, называется распространителем (seedеr). Узел, желающий скопировать файл, при копировании сам становится распространителем по принципу: сколько копирую я, столько разрешаю скопировать с меня.

Узлы, скопировавшие весь файл, становятся распространителями этого файла и вместе с узлами, скопировавшими файл не полностью, дают возможность другим узлам получать части файла из нескольких источников, что ускоряет копирование.

В сети BitTorrent используются протоколы Bittorrent и BitTorrent Azureus DHT. Последний основан на модифицированном протоколе Kademlia и используется для обеспечения работы с файлами метаданных, не привязанными к серверам, для децентрализованного поиска ресурса по ID и присваивания ресурсам комментариев и рейтинга. Вместо BitTorrent Azureus DHT некоторые клиенты поддерживают аналогичный ему по функциональности протокол BitTorrent Mainline DHT.

Наиболее распространенные клиентские программы – это Azureus, BitTorrent_client, µTorrent, BitSpirit, BitComet, BitTornado, MLDonkey.

Gnutella, Gnutella2

Gnutella – одна из первых пиринговых сетей, создана в 2000 г. Она функционирует до сих пор, хотя из-за серьезных недостатков алгоритма пользователи в настоящее время предпочитают сеть Gnutella2.

При подключении клиент получает от узла, с которым ему удалось соединиться, список из пяти активных узлов; им отсылается запрос на поиск ресурса по ключевому слову. Узлы ищут у себя соответствующие запросу ресурсы и, если не находят их, пересылают запрос активным узлам вверх по «дереву» (топология сети имеет структуру графа типа «дерево»), пока не найдется ресурс или не будет превышено максимальное число шагов. Такой поиск называется размножением запросов (query flooding).

Подобная реализация ведет к экспоненциальному росту числа запросов и соответственно на верхних уровнях «дерева» может привести к отказу в обслуживании. Чтобы избежать подобной ситуации разработчики усовершенствовали алгоритм, ввели правила, в соответствии с которыми запросы могут пересылать вверх по «дереву» только определенные узлы – так называемые выделенные (ultrapeers), остальные узлы (leaves) могут лишь запрашивать последние. Была введена система кеширующих узлов.

В таком виде сеть функционирует и сейчас, хотя недостатки алгоритма и слабые возможности расширяемости ведут к уменьшению ее популярности.

Недостатки протокола Gnutella инициировали разработку принципиально новых алгоритмов поиска маршрутов и ресурсов и привели к созданию группы протоколов DHT (Distributed Hash Tables) – в частности, протокола Kademlia, который сейчас широко используется в наиболее крупных сетях.

Запросы в сети Gnutella пересылаются по TCP или UDP, копирование файлов осуществляется через протокол HTTP. В последнее время появились расширения для клиентских программ, позволяющие копировать файлы по UDP, делать XML-запросы метаинформации о файлах.
В 2003 г. был создан принципиально новый протокол Gnutella2 и первые поддерживающие его клиенты, которые были обратносовместимы с клиентами Gnutella. В соответствии с ним некоторые узлы становятся концентраторами, остальные же являются обычными узлами (leaves).

Каждый обычный узел имеет соединение с одним – двумя концентраторами. А концентратор связан с сотнями обычных узлов и десятками других концентраторов. Каждый узел периодически пересылает концентратору список идентификаторов ключевых слов, по которым можно найти публикуемые данным узлом ресурсы. Идентификаторы сохраняются в общей таблице на концентраторе.

Когда узел "хочет" найти ресурс, он посылает запрос по ключевому слову своему концентратору, последний либо находит ресурс в своей таблице и возвращает ID узла, обладающего ресурсом, либо возвращает список других концентраторов, которые узел вновь запрашивает по очереди случайным образом. Такой поиск называется поиском с помощью метода блужданий (random walk).

Примечательной особенностью сети Gnutella2 является возможность размножения информации о файле в сети без копирования самого файла, что очень полезно с точки зрения отслеживания вирусов. Для передаваемых пакетов в сети разработан собственный формат, похожий на XML, гибко реализующий возможность наращивания функциональности сети путем добавления дополнительной служебной информации. Запросы и списки ID ключевых слов пересылаются на концентраторы по UDP.

Наиболее распространенные клиентские программы для Gnutella и Gnutella2: Shareaza, Kiwi, Alpha, Morpheus, Gnucleus, Adagio Pocket G2 (Windows Pocket PC), FileScope, iMesh, MLDonkey.

EDonkey2000

Сеть EDonkey2000 появилась в 2000 г. Информация о наличии файлов в ней публикуется клиентом на многочисленных серверах в виде ed2k-ссылок, использующих уникальный ID ресурса.

Серверное программное обеспечение доступно для установки любым пользователем. Сервер обеспечивает поиск узлов и информации.
По состоянию на конец 2008 года в сети имелось до 200 серверов, обслуживающих одновременно около 1 млн клиентов, совместно использующих порядка 1 млрд различных файлов. Общее число зарегистрированных пользователей данной сети составляет порядка 10 млн.
Когда клиент сети EDonkey2000 копирует желаемый ресурс, он делает это одновременно из нескольких источников с помощью протокола MFTP (Multisource File Transfer Protocol).

Сейчас информацию о доступных файлах можно получать не только с серверов EDonkey. В 2004 г. в состав сети EDonkey2000 была интегрирована сеть Overnet – полностью децентрализованная сеть, позволяющая осуществлять взаимодействие между узлами без привязки к серверам, для чего используется DHT-протокол Kademlia.

Самой распространенной для сети EDonkey2000 клиентской программой с закрытым кодом (версия Pro – платная) является программа eDonkey, однако существует и клиент с открытым программным кодом – eMule, который, помимо сети EDonkey2000, может задействовать еще одну сеть P2P – Kad Network (Kademlia). Клиент eDonkey имеет очень интересное расширение, позволяющее копировать метафайлы .torrent, которые пользуются большим доверием пользователей, а также применять верификационную информацию из этих метафайлов для работы с файлами собственной сети. При этом если инициализировалась загрузка файла, соответствующего метафайлу, части файла, доступные в собственной сети EDonkey2000, тоже включаются в список источников для загрузки.

Такая интеграция возможностей разных сетей и дополнительная верификация способствовали развитию сети EDonkey2000. В нее стали переходить пользователи других сетей – например, сети FastTreсk, базирующейся на протоколе FastTreсk, который реализуется, в частности, таким популярным клиентом, как Kazaa.

Direct Connect

Одной из самых популярных в России файлоообменных сетей является Direct Connect. В данной сети клиенты подключаются к одному или нескольким серверам для поиска файлов, причем серверы не связаны между собой. Информация о файлах, доступ к которым узел «хочет» открыть, отсылается на сервер. Копирование файлов происходит напрямую между узлами, как и в классической P2P-сети.

В клиентскую программу встроены возможности для общения участников сети друг с другом; список файлов каждого пользователя можно получать в виде древовидной структуры папок; существует простой механизм поиска информации и возможность копирования целых каталогов.