Peer to peer (P2P) đã trở thành một thuật ngữ phổ biến trong thế giới công nghệ, nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về ý nghĩa và mô hình hoạt động của nó. Đằng sau những chữ cái viết tắt này là một thế giới kỳ diệu của sự kết nối và chia sẻ thông tin giữa các thiết bị và người dùng mà không có sự trung gian từ các trung tâm quản lý. Hãy cùng nhau khám phá và tìm hiểu chi tiết về “Peer to peer là gì?” và mô hình hoạt động của hệ thống này, nơi mà cộng đồng người dùng trở thành những “đồng minh” chính trong quá trình truyền tải và chia sẻ thông tin.
Peer to peer là gì? P2P là gì?
Mạng peer to peer (P2P) là một kiến trúc ứng dụng phân tán nhằm phân vùng nhiệm vụ hoặc khối lượng công việc giữa các peer. Các peer là những thiết bị tham gia trong ứng dụng có đặc quyền như nhau. Chúng tạo thành một mạng lưới các node ngang hàng.
Các peer tạo ra một phần tài nguyên của chúng, chẳng hạn như processing power, lưu trữ đĩa hoặc băng thông mạng, có sẵn cho những participant khác mà không cần sự điều phối trung tâm của server hoặc host ổn định. Các peer vừa là nhà cung cấp vừa là người tiêu thụ tài nguyên. Nó khác với mô hình client-server truyền thống ở chỗ việc tiêu thụ và cung cấp tài nguyên được phân chia.
Trước đây hệ thống Peer to peer đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng. Kiến trúc này đã được phổ biến bởi hệ thống chia sẻ file Napster, phát hành vào năm 1999. Khái niệm này đã truyền cảm hứng cho các cấu trúc và triết lý mới trong nhiều lĩnh vực tương tác của con người. Trong bối cảnh xã hội như vậy, peer-to-peer as meme đề cập đến mạng xã hội bình đẳng đã xuất hiện trong toàn xã hội, được kích hoạt bởi công nghệ Internet nói chung.
Lịch sử của P2P
Những năm 1980 chứng kiến sự ra đời đầu tiên của Peer to Peer (P2P) sau khi máy tính cá nhân trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Đến tháng 8 năm 1988, mạng P2P xuất hiện, mở ra khả năng trò chuyện trực tiếp và chia sẻ văn bản trực tuyến trên internet.
Đột phá quan trọng của P2P xảy ra vào ngày 1 tháng 6 năm 1999, khi Napster giới thiệu mạng P2P tập trung đầu tiên, tập trung chủ yếu vào việc chia sẻ âm nhạc. Điều đặc biệt là, các thế hệ P2P sau đó cho phép nhiều người dùng kết nối với nhau qua mạng, tạo nên một cộng đồng chia sẻ thông tin mạnh mẽ.
Năm 2000 đánh dấu bước ngoặt với sự xuất hiện của Gnutella, mạng chia sẻ file P2P đầu tiên, nơi chỉ cần một file chỉ định trước là có thể truy cập vào file trên máy tính của người khác. Cuối cùng, vào ngày 3 tháng 1 năm 2009, mạng P2P và Bitcoin đã chứng kiến sự triển khai và phát triển mạnh mẽ, mở ra một kỷ nguyên mới của sự kết nối và chia sẻ thông tin.
Cơ chế hoạt động của peer to peer (P2P)
Trong P2P, các thiết bị sử dụng ứng dụng phần mềm đóng vai trò trung gian cho việc chia sẻ dữ liệu. Khi người dùng muốn tìm và tải xuống một tệp tin, họ có thể gửi yêu cầu tìm kiếm đến các thiết bị khác trên mạng.
Mạng P2P là sự đồng bộ giữa server và client, mạng lưới người dùng phân tán được tạo ra thông qua ứng dụng phần mềm. Người dùng có thể gửi yêu cầu tìm kiếm đến các thiết bị khác trên mạng để tìm và tải xuống tệp tin mong muốn. Trong quá trình này, mỗi thiết bị có thể đóng vai trò là server hoặc client tùy thuộc vào tình huống.
Khác biệt với phương pháp truyền thống, trong P2P, người dùng không cần truy cập trực tiếp vào trình duyệt web để tìm kiếm và tải xuống. Thay vào đó, mạng P2P tạo ra một mạng ảo, kết nối người dùng trong cùng một hệ thống.
Sau khi tải xuống, một tệp mạng ảo được nhận từ các máy tính khác nhau, tạo thành một quy trình truyền tải linh hoạt và phân phối dữ liệu một cách hiệu quả. Điều này giúp P2P hoạt động như một đường hai chiều, nơi công việc truyền tải tệp tin được phân phối và thực hiện một cách linh hoạt và tiện lợi.
Ưu và nhược điểm của mạng ngang hàng P2P
Mạng ngang hàng (P2P) là một loại mạng trong đó các thiết bị kết nối trực tiếp với nhau mà không thông qua một máy chủ trung tâm. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm của mô hình này:
Ưu điểm của mạng ngang hàng P2P
Nhược điểm của mạng ngang hàng P2P
Mạng P2P mang đến nhiều lợi ích, nhưng cũng đi kèm với một số thách thức cần được giải quyết:
Mô hình của peer to peer – Phân loại mạng ngang hàng P2P
Định tuyến và khám phá tài nguyên:
Mạng peer to peer triển khai dạng mạng lớp phủ ảo trên cấu trúc liên kết mạng vật lý. Trong đó các node trong lớp phủ tạo thành một tập hợp con của các node trong mạng vật lý. Dữ liệu vẫn được trao đổi trực tiếp qua mạng TCP/IP bên dưới, nhưng ở các lớp ứng dụng ngang hàng có thể giao tiếp với nhau trực tiếp, thông qua các liên kết lớp phủ logic (mỗi liên kết tương ứng với một đường dẫn qua mạng vật lý bên dưới).
Lớp phủ được sử dụng để index và khám phá peer, đồng thời làm cho hệ thống Peer to peer độc lập với cấu trúc liên kết mạng vật lý. Dựa trên cách các node được liên kết với nhau trong mạng lớp phủ và cách các tài nguyên được index và định vị, chúng ta có thể phân loại mạng thành 2 loại là mạng không có cấu trúc hoặc mạng có cấu trúc (hoặc là sự kết hợp giữa hai mạng này).
Mạng không có cấu trúc
Mạng ngang hàng peer to peer không có cấu trúc không áp đặt một cấu trúc cụ thể lên mạng lớp phủ theo thiết kế, mà được tạo bởi các node hình thành các kết nối ngẫu nhiên với nhau. (Gnutella, Gossip và Kazaa là những ví dụ về giao thức Peer to peer không có cấu trúc).
Vì không có cấu trúc nào được áp đặt trên toàn cầu nên các mạng không có cấu trúc rất dễ xây dựng và cho phép tối ưu hóa bản địa hóa cho các vùng khác nhau của lớp phủ. Ngoài ra, bởi vì vai trò của tất cả các peer trong mạng là như nhau, các mạng không có cấu trúc rất mạnh và tốt khi đối mặt với tỷ lệ “churn” cao (khi một số lượng lớn các peer thường xuyên tham gia và rời khỏi mạng).
Tuy nhiên, những hạn chế chính của mạng phi cấu trúc cũng phát sinh từ sự thiếu cấu trúc này. Đặc biệt, khi một peer muốn tìm một phần dữ liệu mong muốn trong mạng, truy vấn tìm kiếm phải được flood trong mạng để tìm càng nhiều peer chia sẻ dữ liệu càng tốt. Flooding gây ra một lượng lớn lưu lượng báo hiệu trong mạng, sử dụng nhiều CPU hơn và không đảm bảo rằng các truy vấn tìm kiếm sẽ luôn được giải quyết.
Hơn nữa, vì không có mối tương quan giữa một peer và nội dung do nó quản lý, không có gì đảm bảo rằng flooding sẽ tìm thấy một peer có dữ liệu mong muốn. Nội dung phổ biến có thể có sẵn ở một số peer và bất kỳ peer nào tìm kiếm nội dung đó đều có khả năng tìm thấy nội dung tương tự. Nhưng nếu một peer đang tìm kiếm dữ liệu hiếm chỉ được chia sẻ bởi một số peer khác, thì khả năng thành công là rất cao.
Mạng có cấu trúc
Trong mạng peer to peer có cấu trúc, lớp phủ được tổ chức thành một cấu trúc liên kết cụ thể và giao thức đảm bảo rằng bất kỳ node nào cũng có thể tìm kiếm file hoặc tài nguyên trên mạng một cách hiệu quả, ngay cả khi tài nguyên đó cực kỳ hiếm.
Loại mạng P2P có cấu trúc phổ biến nhất triển khai distributed hash table (DHT), trong đó một biến thể của hash nhất quán được sử dụng để gán quyền sở hữu từng file cho một peer cụ thể. Điều này cho phép các peer tìm kiếm tài nguyên trên mạng bằng hash table. Nghĩa là, các cặp (key, value) được lưu trữ trong DHT và bất kỳ node nào tham gia đều có thể truy xuất value được liên kết với một key nhất định.
Mô hình kết hợp
Các mô hình kết hợp là sự kết hợp của các mô hình client-server và mô hình peer-to-peer. Kiểu mô hình kết hợp phổ biến là một server trung tâm giúp các peer tìm thấy nhau. Spotify là một ví dụ về mô hình kết hợp. Có rất nhiều mô hình kết hợp, tất cả đều tạo ra sự cân bằng giữa chức năng tập trung được cung cấp bởi mạng server/client có cấu trúc.
Hiện tại, các mô hình kết hợp có hiệu suất tốt hơn so với mạng không có cấu trúc thuần túy. Đó là vì một số chức năng nhất định, chẳng hạn như tìm kiếm, yêu cầu chức năng tập trung nhưng được hưởng lợi từ sự kết hợp không tập trung của các node do mạng không có cấu trúc cung cấp.
Hệ thống phân phối nội dung CoopNet
CoopNet (Mạng lưới hợp tác) là một hệ thống phục vụ không tải cho các peer gần đây đã tải xuống nội dung, được đề xuất bởi các nhà khoa học máy tính Venkata N. Padmanabhan và Kunwadee Sripanidkulchai, làm việc tại Microsoft Research và Đại học Carnegie Mellon.
Khi một server gặp phải sự gia tăng tải, nó sẽ chuyển hướng các peer này đến với các peer đồng ý phản chiếu nội dung, do đó cân bằng giảm tải từ server. Tất cả các thông tin được giữ lại tại server.
So sánh P2P và client/server
Tóm lại, mô hình P2P tập trung vào sự phân phối và chia sẻ tài nguyên giữa các thiết bị trong mạng, trong khi client/server tập trung vào việc tập trung tài nguyên trên một máy chủ và các máy khách truy cập vào đó. Mỗi mô hình đều có những ưu điểm và hạn chế của riêng mình tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống.
Mạng Peer to peer an toàn và đáng tin cậy
Hệ thống peer to peer đặt ra những thách thức riêng từ góc độ bảo mật máy tính. Giống như bất kỳ dạng phần mềm khác, các ứng dụng P2P có thể chứa các lỗ hổng. Tuy nhiên, việc các ứng dụng peer to peer hoạt động như server cũng như client khiến nó nên đặc biệt nguy hiểm đối với phần mềm P2P. Nghĩa là chúng có thể dễ bị khai thác từ xa hơn.
Các cuộc tấn công định tuyến
Vì mỗi node đóng một vai trò trong việc định tuyến lưu lượng truy cập qua mạng, hacker có thể thực hiện nhiều loại “tấn công định tuyến”, hoặc tấn công từ chối dịch vụ DDos. Ví dụ trong tấn công “định tuyến tra cứu không chính xác”, các node độc hại cố tình chuyển tiếp yêu cầu không chính xác hoặc trả về kết quả sai hoặc là trong tấn công “cập nhật định tuyến không chính xác”, các node độc hại làm hỏng bảng định tuyến của các node lân cận bằng cách gửi cho chúng thông tin sai. Tấn công “phân vùng mạng định tuyến không chính xác”, đối với các node mới tham gia, chúng khởi động thông qua một node độc hại, node này sẽ đặt node mới vào một phân vùng của mạng có các node độc hại khác.
Dữ liệu bị hỏng và phần mềm độc hại
Sự phổ biến của phần mềm độc hại khác nhau giữa các giao thức peer to peer khác nhau.
Dữ liệu bị hỏng cũng có thể được phân phối trên mạng P2P bằng cách sửa đổi các file đã được chia sẻ trên mạng.
Quá trình hash hiện đại, xác minh chunk và các phương pháp mã hóa khác nhau đã làm cho các mạng có khả năng chống lại hầu hết mọi loại tấn công, ngay cả khi các phần chính của mạng tương ứng đã được thay thế bằng các server giả mạo hoặc không hoạt động.
Mạng máy tính có khả năng phục hồi và mở rộng
Bản chất phi tập trung của mạng Peer to peer làm tăng tính mạnh mẽ vì nó loại bỏ lỗi duy nhất có thể có trong hệ thống client-server. Khi các node đến và nhu cầu trên hệ thống tăng lên, tổng dung lượng của hệ thống cũng tăng lên và khả năng xảy ra lỗi sẽ giảm xuống.
Nếu một mạng peer to peer không hoạt động bình thường, toàn bộ mạng sẽ không bị xâm phạm hoặc hư hỏng. Ngược lại, trong hệ thống client-server điển hình, các client chỉ chia sẻ nhu cầu với hệ thống chứ không chia sẻ tài nguyên của chúng. Trong trường hợp này, khi nhiều client tham gia vào hệ thống, sẽ có ít tài nguyên hơn để phục vụ mỗi client và nếu server trung tâm bị lỗi, toàn bộ mạng sẽ bị gỡ xuống.
Bộ nhớ phân tán và tìm kiếm phân tán
Có cả ưu điểm và nhược điểm trong mạng Peer to peer liên quan đến backup, recovery và khả dụng dữ liệu. Trong một mạng tập trung, admin hệ thống là lực lượng duy nhất kiểm soát tính khả dụng của các file được chia sẻ. Nếu admin quyết định không phân phối file nữa, họ chỉ cần xóa file đó khỏi server của mình và nó sẽ không còn khả dụng với user. Điều này khiến toàn bộ hệ thống dễ bị tấn công bởi các mối đe dọa và yêu cầu từ chính phủ và các lực lượng lớn khác.
Tuy nhiên, mạng P2P cũng không đáng tin cậy hơn trong việc chia sẻ các file không phổ biến vì chia sẻ file trong mạng P2P yêu cầu ít nhất một node trong mạng có dữ liệu được yêu cầu và node đó phải có thể kết nối với node yêu cầu dữ liệu. Yêu cầu này đôi khi khó đáp ứng vì user có thể xóa hoặc ngừng chia sẻ dữ liệu tại bất kỳ thời điểm nào.
Cộng đồng mạng Peer to peer
Như vậy, cộng đồng user trong mạng Peer to peer hoàn toàn chịu trách nhiệm quyết định nội dung nào có sẵn. Các file không phổ biến cuối cùng sẽ biến mất và không khả dụng khi nhiều người ngừng chia sẻ chúng. Tuy nhiên, các file phổ biến sẽ được phân phối cao và dễ dàng. Các file phổ biến trên mạng Peer to peer thực sự có tính ổn định và khả dụng hơn các file trên mạng tập trung.
Trong mạng tập trung, việc mất kết nối đơn giản giữa server và client cũng đủ gây ra lỗi. Trong hệ thống tập trung, các admin chịu trách nhiệm về việc khôi phục và sao lưu dữ liệu. Trong khi trong hệ thống P2P, mỗi node yêu cầu hệ thống sao lưu của riêng mình. Do thiếu quyền trung tâm trong mạng P2P, các lực lượng như ngành công nghiệp ghi âm, RIAA, MPAA và chính phủ không thể xóa hoặc dừng việc chia sẻ nội dung trên hệ thống P2P.
Ứng dụng của mạng ngang hàng Peer to peer – Những ngành dịch vụ áp dụng mạng P2P
Cung cấp nội dung
Trong mạng Peer to peer, client vừa cung cấp vừa sử dụng tài nguyên. Không giống như hệ thống client -server, khả năng phục vụ nội dung của mạng peer to peer có thể tăng lên khi nhiều user bắt đầu truy cập nội dung (đặc biệt với các giao thức như Bittorrent yêu cầu user chia sẻ, tham khảo nghiên cứu đo lường hiệu suất). Thuộc tính này là một trong những lợi thế lớn của việc sử dụng mạng Peer to peer vì chi phí thiết lập thấp.
Mạng chia sẻ file
Nhiều mạng chia sẻ file ngang hàng, chẳng hạn như Gnutella, G2 và mạng eDonkey đã phổ biến các công nghệ peer to peer.
- Mạng phân phối nội dung peer to peer.
- Dịch vụ nội dung peer to peer, ví dụ: bộ nhớ cache để cải thiện hiệu suất, chẳng hạn như Correli Caches
- Xuất bản và phân phối phần mềm (phân phối Linux, một số trò chơi), thông qua mạng chia sẻ file.
Ngành dịch vụ áp dụng mạng P2P
- Nền tảng thương mại điện tử: Hệ thống mua bán hàng online có thể tir mạng P2P để tối ưu hóa quá trình giao dịch giữa người mua và người bán, tạo ra một môi trường mua sắm trực tuyến linh hoạt và phân phối công bằng tài nguyên.
- Chia sẻ tệp dữ liệu: Dịch vụ chia sẻ tệp dữ liệu sử dụng mạng P2P để cho phép người dùng trao đổi và chia sẻ dữ liệu một cách hiệu quả, tận dụng sức mạnh của cộng đồng để cải thiện tốc độ truyền dữ liệu và sự phân phối.
- Phần mềm mã nguồn mở (open-source): Mô hình P2P có thể được tích hợp trong các dự án phần mềm mã nguồn mở để tạo ra môi trường phân tán, thúc đẩy sự đóng góp và tương tác trực tiếp từ cộng đồng phát triển.
- Tiền điện tử như Bitcoin, Ethereum, …: Các loại tiền điện tử có thể sử dụng mạng P2P để thực hiện giao dịch trực tiếp giữa các người dùng, loại bỏ sự phụ thuộc vào các tổ chức trung ương và tăng tính minh bạch trong quá trình giao dịch tài chính.
- Cho thuê nhà (homesharing): Dịch vụ cho thuê nhà có thể sử dụng mạng P2P để tạo kết nối trực tiếp giữa người cho thuê và người thuê, giảm mức phí trung gian và tăng tính linh hoạt trong quá trình giao dịch.
- Cho vay (P2P Lending): Lĩnh vực cho vay có thể áp dụng mô hình P2P để kết nối trực tiếp giữa người cho vay và người vay, tạo ra các cơ hội vay vốn cá nhân mà không cần sự can thiệp của các ngân hàng trung ương.
Lời kết
“Peer to Peer là gì?” và mô hình hoạt động của nó đã làm thay đổi cách chúng ta hiểu về mạng ngang hàng, từ sự bắt đầu trong những năm 1980 đến hiện nay. P2P không chỉ là một cơ sở hạ tầng mạng, mà là một triển khai đổi mới, làm cho người dùng trở thành những “nguyên tắc chính” của quá trình kết nối và chia sẻ thông tin. Điều này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mạng mà còn mở rộng khả năng tương tác và sự linh hoạt trong quá trình chia sẻ tài nguyên số. P2P không chỉ là một xu hướng, mà là biểu tượng của sự cộng tác và tự quản lý, đánh dấu bước tiến quan trọng trong sự phát triển của thế giới kết nối ngày nay.
