Как устроена одноранговая локальная сеть кратко

Обновлено: 05.07.2024

Многоранговая сеть на основе модели клиент-сервер, при которой клиенты обращаются к центральному узлу сети (серверу)

Однора́нговая, децентрализо́ванная, или пи́ринговая (англ. peer-to-peer, P2P — равный к равному) сеть — оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. Часто в такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) как является клиентом, так и выполняет функции сервера. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Участниками сети являются все узлы.

Компьютерные сети

В локальных вычислительных сетях (ЛВС) используют 2 способа организации – одноранговую и иерархическую. Одноранговая локальная сеть устроена так, что объединяет все узлы, среди которых нет выделенного сервера. У такого простейшего решения есть и недостатки, и серьезные достоинства. Благодаря последним одноранговые сети перестали работать только в домах или небольших офисах, а активно используются при реализации масштабных проектов.

Какие сети называются одноранговыми

Одноранговыми называются локальные сети, включающие только равноправные узлы.

Отправляют прямые запросы к любым узлам.
Получают и обрабатывают прямые запросы от других ЭВМ (рабочих станций).
Предоставляют часть своих ресурсов (файлы, папки, принтеры, приложения и их время выполнения) для общих сетевых задач.
Могут обращаться ко всем общим ресурсам.

Этот список определяет основные свойства одноранговой сети:

Из-за этих особенностей одноранговая модель организации сетевого взаимодействия в информатике получила альтернативные названия пиринговой (P2P) или децентрализованной.

В отличие от иерархических (многоранговых) локальных сетей, в одноранговых нет выделенных серверов для хранения информации, управления обменом, доступа к оборудованию (например, принтерам). Каждый хост получает функции:

клиентские – отправляя запросы на доступ к ресурсам или получение данных другим узлам;
серверные – обрабатывая запросы других рабочих станций;
административные – выделение ресурсов и разграничение прав на их использование выполняется на уровне пользователей или групп локального узла.

Иллюстрирует сказанное простой пример:

в домашней сети 3 компьютера с условными именами Father, Mother, Child;
на первом (Father) установлен Office со средствами совместной работы и хранятся документы. К нему подключен расшаренный (разрешено использование всеми ПК группы) принтер;
на втором (Mother) развернуто приложение для домашней бухгалтерии. Остальные имеют доступ к отчетам и могут вносить текущие доходы и расходы в приложении самостоятельно;
на третьем (Child) хранятся мультимедиа файлы, к которым разрешен общий доступ.

В такой структуре:

Father становится сервером офисных приложений и принт-сервером;
Mother – сервером приложений;
Child – файловым (мультимедиа) сервером.

Однако, локальная сеть так и остается одноранговой, поскольку ни один из компьютеров не выполняет исключительно серверных задач. Каждый из них остается рабочей станцией и становится клиентом для других (например, Father для Child, когда его пользователь хочет послушать музыку или посмотреть фильм).

Устройство

Создание одноранговой локальной сети не зависит от физической топологии. Например, в домашней сети с топологией звезда (центральным хабом) все подключенные устройства остаются равноправными и могут получить доступ к файлам, папкам и принтерам, физически размещенным на любом из компьютеров.

Аналогично рассматриваются схемы с линейной шиной, кольцевым соединением или ячеистой структурой. До тех пор, пока в локальной сети не появится узел, работающий исключительно как сервер, она считается одноранговой.

В рассмотренном примере, домашнюю сеть легко сделать иерархической. Достаточно включить в нее Smart-TV c внешним накопителем, на который перенести мультимедиа файлы. Этот девайс станет файловым (мультимедиа) сервером.

При этом локальная сеть окажется гибридной – для работы с приложениями она останется одноранговой. Именно гибридные структуры сегодня встречаются чаще, чем чистые одноранговые или иерархические ЛВС.

На логическом и информационном уровне этот вид сетей реализует полносвязную топологию – каждый локальный узел работает напрямую с любым другим.

Преимущества и недостатки

Одноранговой ЛВС присущи собственные недостатки и преимущества.

К ее достоинствам относят:

Децентрализацию сетевого обмена и хранения информации. Это означает, что в сети (по крайней мере, на логическом и информационном уровнях) нет точки критической уязвимости. При выходе из строя одного узла локальная структура сохраняет работоспособность, теряя только доступ к части общих ресурсов. Эту проблему можно решить за счет частичного или полного дублирования информации/функций на других хостах.
Простоту развертывания системы. В ней нет серверов, требующих скрупулезной настройки и квалифицированного администрирования.
Гибкость. При необходимости функциональность ЛВС легко расширить, просто добавив оборудование/приложения на рабочие станции и раздав на них права доступа.

Сложность администрирования. Общие сетевые ресурсы размещаются на хостах. Функции администрирования получает либо локальный пользователь (что небезопасно), либо администратор компьютерной сети, которому приходится работать со всеми ПК в ЛВС.
Возможность перегрузки отдельных хостов/каналов связи. Ситуация возможна, когда на одном/группе узлов развернуты наиболее интенсивно используемые ресурсы. Количество запросов к этим рабочим станциям и интенсивность обмена увеличивается. В результате требуются рабочие характеристики на уровне серверов.
Проблемы с масштабируемостью. Расширение сети выполняется достаточно просто, но администрирование и ограничения по производительности ПК/скорости обмена усложняют задачу.
Недостаточный уровень безопасности из-за отсутствия групповых политик.

Примеры

Простейший пример реализации одноранговой ЛВС – домашняя или офисная сеть. Она строится на любой из операционных систем для локальных ПК – Windows, MacOS, клонах Linux. Однако недостатки такого решения не позволяют эффективно использовать его для объединения более 10-20 компьютеров.

В то же время, принципы одноранговых сетей широко используются для децентрализованных систем, которые трудно назвать локальными. Их используют:

получающие все большее распространение сети блок-чейн (криптовалют). В них каждое устройство с установленным кошельком становится равноправным узлом, обмен ведется по принципу P2P, а информация дублируется на всех хостах;
хорошо известные сети торрент-трекеров с похожей организацией.

Таким образом, одноранговая локальная сеть – простое решение для домашней или офисной ЛВС. Эти принципы используются и для построения безопасных децентрализованных глобальных систем.

В информатике одноранговая (P2P) сеть состоит из группы устройств, которые совместно хранят файлы и обмениваются ими. Каждый участник ( узел ) действует как клиент и выполняет функции сервера. Обычно все узлы имеют одинаковую мощность и выполняют одни и те же задачи.

В финансовых технологиях термин одноранговый обычно относится к обмену криптовалютами или цифровыми активами через распределенную сеть. Платформа P2P позволяет покупателям и продавцам совершать сделки без посредников. В некоторых случаях веб-сайты могут также предоставлять среду P2P, которая связывает кредиторов и заемщиков.

Архитектура P2P подходит для различных случаев использования, но она стала особенно популярной в 1990-х годах, когда были созданы первые программы для обмена файлами. Сегодня P2P-сети лежат в основе большинства криптовалют, составляя значительную часть блокчейн индустрии. Однако они также используются в других распределенных вычислительных приложениях, включая поисковые системы в интернете, стриминговые платформы, онлайн-магазины и веб-протокол межпланетной файловой системы (IPFS).

Как работает P2P?

По сути, P2P-система поддерживается распределенной сетью пользователей. Обычно у них нет центрального администратора или сервера, потому что каждый узел хранит копию файлов, выступая и как клиент, и как сервер для других узлов. Таким образом, каждый узел может скачивать файлы с других узлов или загружать на них файлы. Вот что отличает P2P-сети от более традиционных систем типа “клиент-сервер”, в которых клиентские устройства загружают файлы с централизованного сервера.

В сетях P2P подключенные устройства обмениваются файлами, хранящимися на их жестких дисках. Используя программные приложения, предназначенные для обмена данными, пользователи могут запрашивать другие устройства в сети, чтобы найти и загрузить файлы. После того, как пользователь загрузил файл, он может выступать в качестве источника этого файла.

Другими словами, когда узел действует как клиент, он загружает файлы с других сетевых узлов. Но когда он работает как сервер, он является носителем, с которого другие узлы могут качать файлы. Однако на практике обе функции могут выполняться одновременно (например, скачивание файла A и загрузка файла B).

Поскольку каждый узел хранит, передает и принимает файлы, P2P-сети, как правило, работают быстрее и эффективнее с ростом их пользовательской базы. Кроме того, распределенная архитектура делает системы P2P очень устойчивыми к кибератакам. В отличие от традиционных моделей, P2P-сети не имеют единой точки отказа.

Мы можем классифицировать одноранговые системы в соответствии с их архитектурой. Эти три основных типа называются неструктурированными, структурированными и гибридными P2P-сетями.

Неструктурированные P2P сети

В неструктурированных P2P-сетях нет какой-либо конкретной организации узлов. Участники общаются друг с другом случайным образом. Эти системы считаются устойчивыми к высокой активности оттока. То есть, когда несколько узлов часто присоединяются к сети и покидают ее.

Несмотря на то, что неструктурированные P2P-сети легче построить, они могут потребовать более активного использования центрального процессора и памяти, поскольку поисковые запросы отправляются как можно большему числу одноранговых узлов. Это наводняет сеть запросами, особенно если небольшое количество узлов предлагает желаемый контент.

Структурированные P2P-сети

В свою очередь, структурированные P2P-сети представляют собой организованную архитектуру, позволяющую узлам эффективно искать файлы, даже если контент не является широко доступным. В большинстве случаев это достигается за счет использования хэш-функций , облегчающих поиск в базе данных.

Хотя структурированные сети могут быть более эффективными, они, как правило, обеспечивают более высокий уровень централизации и обычно требуют более высоких затрат на установку и обслуживание. В остальном структурированные сети менее устойчивы, когда сталкиваются с высоким уровнем оттока.

Гибридные P2P сети

Гибридные P2P-сети объединяют традиционную клиент-серверную модель с некоторыми аспектами одноранговой архитектуры. Например, они могут предполагать наличие центрального сервера, который облегчает соединение между одноранговыми узлами.

По сравнению с двумя другими типами гибридные модели, как правило, имеют улучшенные общие характеристики. Обычно они сочетают в себе некоторые из основных преимуществ каждого подхода, одновременно достигая значительной степени эффективности и децентрализации.

Распределенные или децентрализованные?

Хотя архитектура P2P по своей природе распределенная, важно отметить, что существуют различные степени децентрализации. Итак, не все P2P-сети децентрализованы.

Фактически, многие системы полагаются на центральный орган для управления сетевой активностью, что делает их в некоторой степени централизованными. Например, некоторые системы обмена файлами P2P позволяют пользователям искать и загружать файлы от других пользователей, но они не могут участвовать в других процессах, таких как управление поисковыми запросами.

Кроме того, можно сказать, что небольшие сети, контролируемые ограниченной базой пользователей с общими целями, имеют более высокую степень централизации, несмотря на отсутствие централизованной сетевой инфраструктуры.

Роль P2P в блокчейнах

В этом контексте архитектура P2P, присущая технологии блокчейн, позволяет передавать биткоины и другие криптовалюты по всему миру без необходимости в посредниках или центральном сервере. Кроме того, любой может настроить биткоин узел (ноду), если хочет участвовать в процессе проверки и валидации блоков .

Итак, в сети биткоин нет банков, обрабатывающих или записывающих транзакции. Вместо этого блокчейн действует как цифровой реестр, который публично регистрирует всю активность. По сути, каждый узел содержит копию блокчейна и сравнивает ее с другими узлами, чтобы гарантировать точность данных. Сеть быстро отклоняет любую вредоносную активность или неточность.

В контексте блокчейнов криптовалюты узлы могут выполнять множество различных ролей . Например, полные узлы — это те, которые обеспечивают безопасность сети, проверяя транзакции на соответствие правилам консенсуса системы.

Каждый полный узел поддерживает полную обновленную копию блокчейна, что позволяет им участвовать в коллективной работе по проверке истинного состояния распределенного реестра. Однако стоит отметить, что не все узлы полной проверки являются майнерами .

Преимущества

Одноранговая архитектура блокчейн дает множество преимуществ. Одним из наиболее важных является тот факт, что сети P2P предлагают большую безопасность, чем традиционные клиент-серверные схемы. Распределение блокчейн по большому количеству узлов делает их практически невосприимчивыми к атакам отказа в обслуживании (DoS-атакам) , поражающим многочисленные системы.

Аналогичным образом, поскольку большинство узлов должны прийти к консенсусу перед добавлением данных в цепочку блоков, злоумышленник практически не может изменить данные. Это особенно актуально для больших сетей, таких как биткоин. Блокчейны меньшего размера более восприимчивы к атакам, потому что один человек или группа могут в конечном итоге получить контроль над большинством узлов (это известно как атака 51% ).

В результате распределенная одноранговая сеть в сочетании с требованием консенсуса большинства нодов дает блокчейнам относительно высокую степень устойчивости к злонамеренным действиям. Модель P2P — одна из причин, по которой биткоин (и другие блокчейны) смогли достичь так называемой византийской отказоустойчивости .

Помимо безопасности, использование архитектуры P2P в блокчейнах криптовалют также делает их устойчивыми к цензуре со стороны центрального органа. В отличие от стандартных банковских счетов, кошельки с криптовалютой не могут быть заморожены или опустошены правительством. Эта устойчивость также распространяется на цензуру со стороны частных платформ обработки платежей и контента. Некоторые создатели контента и онлайн-продавцы принимают платежи в криптовалюте, чтобы избежать блокировки своих платежей третьими сторонами.

Ограничения

Несмотря на множество преимуществ, использование сетей P2P в блокчейнах также имеет определенные ограничения.

Поскольку распределенные реестры должны обновляться в каждом узле, а не на центральном сервере, добавление транзакций в цепочку блоков требует огромных вычислительных мощностей. Хотя этот факт обеспечивает повышенную безопасность, он значительно снижает эффективность и является одним из основных препятствий, когда речь идет о масштабируемости и повсеместном внедрении. Тем не менее, крипто-энтузиасты и разработчики блокчейнов изучают альтернативы, которые можно использовать в качестве решений для масштабирования. Яркие примеры: Lightning Network , Ethereum Plasma и протокол Mimblewimble .

Еще одно потенциальное ограничение связано с атаками, которые могут возникнуть во время хард-форка . Поскольку большинство блокчейнов являются децентрализованными и имеют открытый исходный код, группы нодов могут свободно копировать и изменять код и отделяться от основной цепочки, чтобы сформировать новую параллельную сеть. Хард-форки — это нормально, сами по себе они не представляют угрозы. Но если определенные методы безопасности не приняты должным образом, обе цепочки могут стать уязвимыми для атак повторного воспроизведения .

Более того, распределенный характер сетей P2P делает их относительно сложными для контроля и регулирования, причем не только в нише блокчейнов. Несколько приложений и компаний P2P были замешаны в незаконной деятельности и нарушении авторских прав.

Заключительные мысли

Одноранговую архитектуру можно разрабатывать и использовать по-разному. Именно она лежит в основе блокчейнов, которые делают возможным существование криптовалют. Распределяя журналы транзакций по большим сетям нодов, архитектура P2P обеспечивает безопасность, децентрализацию и устойчивость к цензуре.

В дополнение к полезности в технологии блокчейн, системы P2P также могут обслуживать другие распределенные вычислительные приложения, начиная от сетей обмена файлами и заканчивая платформами торговли электроэнергией.

Одноранговая локальная сеть – это ЛВС (локальная вычислительная сеть) равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя и, как правило, пароль для входа в него в момент загрузки ОС.

В сетях без централизованного управления (часто их называют одноранговыми сетями – peer-to-peer) нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Функции управления сетью передаются от одной станции к другой. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям (на каждом компьютере должны быть программные средства администрирования сети). Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все периферийные устройства, подключенные к другим станциям (магнитные и оптические диски, принтеры, сканера, плоттеры и т. д.). Но отсутствие серверов в сети не позволяет администратору централизованно управлять ресурсами. Каждый компьютер, включенный в одноранговую сеть, имеет свои собственные сетевые программные средства, а необходимость прямого взаимодействия компьютеров друг с другом по мере расширения системы приводит к слишком большому количеству связей между рабочими станциями. Эффективно управлять такой системой практически невозможно.

Одноранговой сетью называется сеть, в которой все функциональные узлы наделены одинаковым правом доступа к любым сетевым ресурсам.

При этом каждый ПК может напрямую связаться с другим подключенным к сети компьютером, а при отсутствии одного или нескольких сетевых устройств информационный обмен между остальными функциональными узлами не нарушается.

Читайте также: