Одноранговая сеть

До появления Napster одноранговые системы применялись в отдельных приложениях и сетях^[7], но именно файлообменные сети (в частности, музыкальный сервис Napster) популяризировали архитектуру P2P. Миллионы пользователей получили возможность объединяться, совместно искать, создавать и распространять данные, превращая глобальную сеть в поисковый и вычислительный ресурс^[8].

Прототипы одноранговых принципов прослеживаются уже в первых документах по архитектуре сетей (например, RFC 1, 1969 год). Концепция Тим Бернерс-Ли для Всемирной паутины (англ. World Wide Web) также предполагала активную роль каждого участника в создании и взаимосвязи контента, что сближало Web с одноранговой моделью^[9]. Одним из реальных предшественников интернета была разработка ARPANET, где все узлы могли и запрашивать, и предоставлять данные, однако организация маршрутизации и управления не была полностью самоорганизованной^[10].

К другим историческим примерам относятся распределённые системы обмена сообщениями Usenet (1979 год) и основной слой пересылки электронной почты на базе SMTP, — оба случая сочетают клиент-серверную и одноранговую модели^[11]. Массовое применение одноранговых сетей началось с запуском Napster (1999), который стал первым популярным виртуальным сообществом без централизованной администрации^[10].

Одноранговая сеть строится на равноправии всех узлов: каждый одновременно может выступать и как «клиент», и как «сервер» по отношению к другим участникам^[12]. Это отличает её от клиент-серверных решений, где все запросы идут к центральному серверу.

Как правило, поверх физической сетевой топологии строится дополнительная виртуальная (overlay network) — логическая сеть, через которую реализуются индексация и поиск участников, необходимых для функционирования P2P^[13]. В зависимости от структуры взаимодействия различают неструктурированные, структурированные и гибридные одноранговые сети^[14].

В неструктурированных сетях overlay строится на случайных связях между узлами. Примеры: Gnutella, Gossip, Kazaa^[15]. Такие сети легко развернуть и они устойчивы к массовым подключениям/отключениям, но поиск редких данных возможно только за счёт широковещательных запросов, что приводит к большим расходам пропускной способности и не гарантирует нахождение нужной информации^[16].

В структурированных одноранговых таких как распределённые хеш-таблицы (англ. distributed hash table, DHT) overlay организован строго по заданной топологии, что позволяет эффективно находить ресурсы даже при их малой распространённости^[2]. Узлы структурированных сетей должны поддерживать актуальные списки соседей и регулярно их обновлять, что снижает устойчивость к массовым быстрым сменам состава сети (явлению «churn»)^[17].

Примеры: Kad network, YaCy, Chord project, Kademlia, PAST storage utility, P-Grid.

Гибридные архитектуры сочетают элементы одноранговой и клиент-серверной моделей^[18]. Часто центральный сервер используется только для инициализации соединений между равными. Пример — сетевое распределение программы Spotify в ранних версиях^[19].

В одноранговых сетях вопросы безопасности обостряются, поскольку каждый узел может выступать сервером, а потому уязвим для внешних атак. Часто встречаются специфические угрозы: атаки на маршрутизацию, распространение вредоносного ПО, подмена данных^[20]. Распространённые контрмеры включают верификацию целостности через хеш-цепочки, шифрование каналов и распределённые системы проверки.

Децентрализованный характер одноранговых сетей делает их устойчивыми к отказу центрального узла (в отличие от клиент-серверных систем). Масштабируемость достигается за счёт добавления новых участников, которые увеличивают суммарные ресурсы сети^[21].

P2P-сети обладают своими плюсами и минусами в вопросах резервного копирования и доступности данных. Надёжность доступа к редким файлам значительно ниже, чем в централизованных системах, так как требуется постоянное присутствие хотя бы одного узла с нужными данными^[22]. Однако по популярным данным P2P часто более устойчив и менее подвержен централизованному контролю.

В P2P-системах клиенты одновременно предоставляют и используют ресурсы, что повышает масштабируемость сети и снижает издержки для первоначального распространителя контента.

Файлообменные сети (Gnutella, eDonkey network и др.) способствовали популяризации P2P. Современные аналогичные сети используются для распространения ПО, обновлений, игр и создания распределённых кешей.

Технологии одноранговых сетей часто становятся объектом судебных разбирательств, связанных с нарушением авторских прав^[23]. Наиболее известны дела «Grokster против RIAA» и «MGM Studios, Inc. против Grokster, Ltd.», повлиявшие на правоприменение в этой сфере^[24].

Протоколы P2PTV, PDTP, одноранговое вещание (peercasting) применяются как в свободном, так и в коммерческом программном обеспечении для трансляции аудио и видео. Создаются университетские P2P-сети (проекты LionShare, Osiris и др.), позволяющие децентрализованное распространение контента.

Одноранговые сети лежат в основе:

• анонимных протоколов (I2P, Freenet);
• распределённых файловых систем (IPFS, Dat (протокол)), поисковиков (YaCy);
• мессенджеров на P2P (Jami, JXTA), облачных каталогов (Syncthing, Resilio Sync);
• криптовалют и блокчейнов (Bitcoin, см. Список криптовалют, Список блокчейнов);
• сетей для научных расчётов (SETI@home, Past storage utility, P-Grid, CoopNet);
• автономных беспроводных сетей (Netsukuku, Wireless community network), распределённых торговых площадок (Tradepal), исследований Министерства обороны США и др.

Для успешной работы многих P2P-систем требуется добровольное и массовое участие пользователей. Проблема «безбилетников» (freerider) — когда часть участников только пользуется ресурсами, не предоставляя свои — может существенно подорвать эффективность сети^[25]. Для борьбы с этим разрабатываются различные механизмы поощрения (рейтинги, квоты, штрафы и пр.)^[26].

Некоторые проекты (например, Freenet) уделяют особое внимание приватности и анонимности, используя криптографию, onion-маршрутизацию, mix-сети^[27]. К P2P-сетям могут обращаться и злоумышленники в целях уклонения от контроля со стороны правоохранительных органов^[28].

Несмотря на легитимные сценарии, одноранговые сети часто становятся главной технологией нарушения авторских прав. Для привлечения к уголовной ответственности необходимо доказать умысел, направленный на получение выгоды^[29]. Исключения типа честное использование (Fair use) допускают ограничённый обмен материалами без согласия правообладателей.

Иногда нелегальные скачивания способствуют росту продаж — например, новых видеоигр, когда коммерческая модель построена на продаже дополнений^[30].

P2P-приложения являются одной из причин споров о сетевой нейтральности. Провайдеры часто ограничивают пропускную способность для P2P-протоколов из-за высокой нагрузки на инфраструктуру^[31]. В ответ используются методы запутывания трафика (шифрование, смена портов, дробление пакетов и пр.).

Для анализа поведения одноранговых сетей широко применяются компьютерные симуляторы: NS2, OMNeT++, NetLogo, PeerSim, PlanetLab и пр^[32]. Проблемы анализа фрирайдерства, устойчивости и производительности продолжают активно исследоваться^[33].