تحدثنا في مقال سابق عن شبكات التراكب ثم تطرقنا إلى شبكات الند للند وسنكمل في هذا المقال الحديث عن بروتوكول البت تورنت، وهو بروتوكول مشاركة ملفات ند لند ابتكره برام كوهين Bram Cohen، ويعتمد على نسخ الملف أو نسخ أجزاءٍ منه والتي تُسمى قِطعًا pieces، حيث يمكن تحميل أية قطعةٍ معينة من عدة أنداد، حتى لو كان هناك ندٌ فقط لديه الملف بأكمله. الفائدة الأساسية لعملية النسخ التي يفعلها بروتوكول بت تورنت هي تجنب الاختناق المتمثل في وجود مصدرٍ واحد فقط للملف، حيث يكون هذا مفيدًا عندما تفكر في أن أي حاسوبٍ لديه سرعةٌ محدودةٌ يمكنه من خلالها خدمة الملفات عبر رابطٍ صاعدٍ خاصٍ به إلى الإنترنت، ويكون حد هذه السرعة منخفضًا غالبًا بسبب الطبيعة غير المتماثلة لمعظم شبكات النطاق العريض.
تكمن أهمية بروتوكول بت تورنت في أن النَّسخ replication هو أحد الآثار الجانبية الطبيعية لعملية التنزيل downloading، فبمجرد تنزيل أحد الأنداد لقطعةٍ معينة، يصبح هذا الند مصدرًا آخر لتلك القطعة، وكلما زاد عدد الأنداد الذين ينزّلون قطعًا من الملف كلما حدث المزيد من النَّسخ للقطعة، مع توزيع التحميل بصورةٍ متناسبة، وزيادة حيز النطاق التراسلي الإجمالي المتاح لمشاركة الملف مع الآخرين. تُنزَّل القطع بترتيبٍ عشوائي لتجنب الموقف الذي يجد فيه الأنداد أنفسهم مفتقرين لنفس مجموعة القطع.
تجري مشاركة كل ملفٍ عبر شبكة بت تورنت المستقلة الخاصة به، والتي تُسمى سربًا swarm، ويمكن أن يشارك السرب مجموعةً من الملفات، لكننا نصف حالة ملفٍ فقط للبساطة. تكون دورة حياة السرب النموذجية كما يلي: يبدأ السرب ندًا يملك نسخةً كاملةً من الملف، ثم تنضم العقدة التي تريد تنزيل الملف إلى السرب لتصبح العضو الثاني، وتبدأ بتنزيل أجزاءٍ من الملف من الند الأصلي، وبذلك تصبح مصدرًا آخر للِقطع التي نزّلتها، حتى لو لم تنزّل الملف بالكامل بعد. من الشائع أن يترك الأنداد السرب بمجرد الانتهاء من تنزيلاتهم، على الرغم من تشجيعهم للبقاء لفترة أطول.
تنضم العقد الأخرى إلى السرب وتبدأ بتنزيل القطع من أندادٍ متعددين، وليس فقط من الند الأصلي، كما هو موضّحٌ في الشكل السابق. إذا بقي الطلب مرتفعًا على الملف، مع وجود مجرىً من الأنداد الجدد الذين يحلّون محل أولئك الذين غادروا السرب، فيمكن أن يظل السرب نشطًا إلى أجلٍ غير مسمى؛ وإذا لم يكن الأمر كذلك، فقد يتقلص السرب ليشمل الند الأصلي فقط حتى ينضم أندادٌ جدد إلى السرب.
يمكننا، بعد أن أصبح لدينا نظرةً عامةً لبروتوكول بت تورنت، أن نسأل كيف توجَّه الطلبات إلى الأنداد الذين لديهم قطعةً معينة. يجب أن ينضم المنزِّل downloader المحتمل أولًا إلى السرب لتقديم الطلبات، فيبدأ بتنزيل ملفٍ يحتوي على معلوماتٍ تعريفيةٍ حول الملف والسرب، حيث يُنزَّل عادةً الملف الذي يمكن نسخه بسهولة من خادم ويب ويمكن اكتشافه باتباع الروابط من صفحات الويب. يحتوي هذا الملف على ما يلي:
- حجم الملف الهدف.
- حجم القطعة.
- القيم المعمَّاة SHA-1 المحسوبة مسبقًا من كل قطعة؟
- عنوان URL لمتتبّع tracker السرب.
المتتبّع هو خادمٌ يتتبع عضوية السرب الحالية. سنرى لاحقًا أنه يمكن توسيع بروتوكول بت تورنت للتخلص من هذه النقطة المركزية التي قد تؤدي إلى حدوث اختناقٍ أو فشل. ينضم المنزِّل المحتمل بعد ذلك إلى السرب، ليصبح ندًا، عن طريق إرسال رسالةٍ إلى المتتبّع تحتوي على عنوان شبكته ومعرّف الند الذي أنشأه عشوائيًا لنفسه. تحمل الرسالة أيضًا القيمة المُعمَّاة SHA-1 للجزء الرئيسي من الملف، والتي تُستخدَم مثل معرّف سرب.
افترض أن الند الجديد يُدعَى P. يرد المتتبّع على الند P بقائمةٍ جزئيةٍ من الأنداد الذين يقدمون معرفاتهم وعناوين الشبكة الخاصة بهم، وينشئ الند P اتصالاتٍ عبر بروتوكول TCP مع بعض هؤلاء الأنداد. لاحظ أن الند P متصلٌ مباشرةً بمجموعةٍ فرعيةٍ فقط من السرب، على الرغم من أنه قد يقرر الاتصال بأندادٍ إضافيين أو طلب المزيد من الأنداد من المتتبّع. يرسل الند P معرّف السرب الخاص به ومعرّفَ الند لإنشاء اتصال بت تورنت بندٍ معين بعد إنشاء اتصال TCP الخاص به، ويرد الند بمعرّفه ومعرّف السرب؛ فإذا لم تتطابق معرّفات السرب، أو لم يكن معرّف الند الذي أجرى الرد هو ما يتوقعه الند P، فسيُلغى الاتصال.
اتصال بت تورنت الناتج هو اتصالٌ متماثل نظرًا لإمكانية كل طرفٍ التنزيل من الطرف الآخر، حيث يبدأ كل طرفٍ بإرسال خارطةٍ نقطية bitmap تعلن فيها للطرف الآخر عن الأجزاء الموجودة به، بحيث يعرف كل ندٍ الحالة الأولية للند الآخر. يرسل المنزِّل D عندما ينتهي من تنزيل قطعةٍ أخرى رسالةً تحدد تلك القطعة إلى كل من أنداده المتصلين مباشرةً، حتى يتمكن هؤلاء الأنداد من تحديث تمثيلهم الداخلي لحالة المنزِّل D، ويكون هذا بمثابة إجابةٍ للسؤال حول كيفية توجيه طلب تنزيل لقطعةٍ ما إلى ندٍ لديه القطعة، لأنه يعني أن كل ندٍ يعرف الند المتصل مباشرةً به والذي يملك القطعة. إذا احتاج المنزِّل D إلى قطعةٍ لا تمتلكها أيٌّ من اتصالاته، فيمكنه الاتصال بأندادٍ أكثر أو أندادٍ مختلفين؛ حيث يمكنه الحصول على المزيد من الأنداد من المتتبّع، أو يشغُل نفسه بقطعٍ أخرى على أمل أن تحصل بعض اتصالاته على القطعة من اتصالاتها.
كيف تُربَط الكائنات، أو القطع في هذه الحالة مع العقد الأنداد؟ سيحصل كل ندٍ في النهاية على جميع القطع، لذا فإن السؤال يتعلق بالقطع التي يمتلكها الند في وقتٍ معين قبل أن يحتوي على كل القطع أو حول الترتيب الذي ينزِّل به الندُ القطعَ. الإجابة هي أنهم ينزّلون القطع بترتيبٍ عشوائي، وذلك لمنعهم من الحصول على مجموعةٍ فرعيةٍ صارمةٍ أو مجموعةٍ شاملةٍ من القطع الخاصة بأيٍ من أندادهم.
يستخدم بروتوكول بت تورنت الموصوف حتى الآن متتبّعًا مركزيًا يشكل نقطة فشل واحدة للسرب ويمكن أن يكون نقطة اختناق للأداء. كما يمكن أن يكون أيضًا توفير متتبّعٍ مصدر إزعاجٍ لمن يرغب في إتاحة ملفٍ عبر بروتوكول بت تورنت. تدعم الإصدارات الأحدث من بروتوكول بت تورنت أيضًا الأسراب التي لا تحتوي متتبّعًا trackerless، والتي تستخدِم تطبيقًا يعتمد على جدول التعمية الموزَّع DHT؛ حيث لا يطبّق برنامج عميل بت تورنت الذي لا يحتوي متتبّعًا ند بت تورنت فحسب، بل يطبّق أيضًا ما نُطلق عليه أداة البحث عن الأنداد peer finder، التي تُسمَّى عقدة node باستخدام مصطلحات بت تورنت، والتي يستخدمها الند للعثور على أنداده.
تشكّل أدوات البحث عن الأنداد شبكةَ التراكب الخاصة بها باستخدام بروتوكولها الخاص عبر بروتوكول UDP لتطبيق جدول DHT، حيث تتضمّن شبكة أداة البحث أدوات بحثٍ عن الأنداد الذين ينتمي أندادهم المرتبطين بهم إلى أسرابٍ مختلفة؛ أي يشكّل كل سربٍ شبكةً مميزةً من أنداد بت تورنت، لكن تمتد شبكة أدوات البحث عن الأنداد عبر الأسراب بدلًا من ذلك.
تنشئ أدوات البحث عن الأنداد معرّفات أدوات البحث الخاصة بها عشوائيًا، والتي تكون بنفس حجم معرّفات السرب؛ أي 160 بتًا. وتحتفظ كل أداة بحث بجدولٍ متواضع يحتوي بصورةٍ أساسية على أدوات البحث عن الأنداد والأنداد المرتبطين بها، التي تكون معرّفاتها قريبةً من معرّف هذه الأداة، بالإضافة إلى بعض أدوات البحث التي تكون معرّفاتها أبعد. تضَمن الخوارزمية التالية إمكانية معرفة أدوات البحث، التي تكون معرّفاتها قريبةً من معرّف سربٍ معين، أندادها من هذا السرب؛ حيث توفر الخوارزمية في الوقت نفسه طريقةً للبحث عنهم.
عندما تحتاج أداة البحث F إلى العثور على أندادٍ من سرب معين، فإنها ترسل طلبًا إلى أدوات البحث في جدولها التي تكون معرّفاتها قريبةً من معرّف ذلك السرب، فإذا عرفت أداة البحث المتصلة أندادًا من هذا السرب، فإنها ترد بمعلومات الاتصال الخاصة بها؛ وإلا فإنها ترد بمعلومات الاتصال الخاصة بأدوات البحث في جدولها القريبة من السرب، بحيث يمكن لأداة البحث F الاستعلام بصورةٍ متكررةٍ عن أدوات البحث تلك. إذا وصل البحث إلى طريقٍ مسدود، نظرًا لعدم وجود أدوات بحثٍ أقرب إلى السرب، تُدخِل أداة البحث F معلومات الاتصال الخاصة بها والند المرتبط بها ضمن أدوات البحث الأقرب إلى السرب، وبالنتيجة يحدث إدخال أنداد سربٍ معين في جداول أدوات البحث القريبة من هذا السرب.
تفترض المناقشة أعلاه أن أداة البحث F هي بالفعل جزءٌ من شبكة أداة البحث، وتفترض أن هذه الأداة تعرف بالفعل كيفية الاتصال ببعض أدوات البحث الأخرى. هذا الافتراض صحيحٌ بالنسبة لعمليات تثبيت أداة البحث المُشغَّلة سابقًا، لأنها تحفظ المعلومات حول أدوات البحث الأخرى، حتى عبر عمليات التنفيذ. إذا كان السرب يستخدم متتبّعًا، فسيكون أنداد هذا السرب قادرين على إخبار أدوات البحث الخاصة بهم عن أدوات البحث الأخرى (على عكس الدور الذي يلعبه الأنداد وأدوات البحث) بسبب توسّع بروتوكول أنداد بت تورنت لتبادل معلومات اتصال أداة البحث. ولكن كيف يمكن لأداة بحث مثبَّتة مؤخرًا اكتشاف أدواة بحثٍ أخرى؟ تتضمن ملفات الأسراب التي لا تحوي متتبّعًا معلومات الاتصال الخاصة بأداةٍ أو عددٍ قليلٍ من أدوات البحث، بدلًا من عنوان URL الخاص بالمتتبّع، لهذه الحالة فقط.
أحد الجوانب غير الاعتيادية في بروتوكول بت تورنت هو أنه يتعامل مباشرةً مع مسألة العدالة أو المواطنة الجيدة على الشبكة، حيث تعتمد البروتوكولات غالبًا على السلوك الجيد للأنداد دون القدرة على فرض هذا السلوك، فيمكن مثلًا أن يحصل الند صاحب السلوك السيء في شبكة إيثرنت على أداءٍ أفضل باستخدام خوارزمية التراجع التي تكون أكثر قوةً من التراجع الأسي، أو يمكن لند TCP صاحب السلوك السيء الحصول على أداءٍ أفضل من خلال عدم التعاون في التحكم في الازدحام.
السلوك الجيد الذي يعتمد عليه بروتوكول بت تورنت هو رفع uploading الأنداد القطعَ إلى أندادٍ آخرين. نظرًا لحاجة مستخدم بت تورنت العادي لتنزيل الملف فقط بأسرع ما يمكن، فهناك إغراءٌ لتطبيق ندٍ يحاول تنزيل جميع القطع مع أقل قدرٍ ممكنٍ من الرفع،ويُعد هذا ندًا سيئَا. يشتمل بروتوكول بت تورنت على آلياتٍ تسمح للأنداد بمكافأة أو معاقبة بعضهم بعضًا بهدف التقليل من هذا السلوك السيء؛ فإذا أساء أحد الأنداد التصرفَ بعدم الرفع بصورةٍ جيدة إلى ندٍ آخر، فيمكن للند الثاني أن يخنق choke الند السيء، حيث يمكنه أن يقرر إيقاف الرفع إلى الند السيء، مؤقتًا على الأقل، ويرسل إليه رسالةً تفيد بذلك، وهناك أيضًا نوع من الرسائل لإخبار الند بإلغاء الاختناق. يستخدم الند آليةَ الاختناق أيضًا للحد من عدد اتصالات بت تورنت النشطة، للحفاظ على أداءٍ جيد لبروتوكول TCP. هناك العديد من خوارزميات الاختناق المحتملة، لكن ابتكار خوارزميةٍ جيدةٍ هو فنٌ بحد ذاته.
ترجمة -وبتصرّف- للقسم Overlay Networks من فصل Applications من كتاب Computer Networks: A Systems Approach.
أفضل التعليقات
لا توجد أية تعليقات بعد
انضم إلى النقاش
يمكنك أن تنشر الآن وتسجل لاحقًا. إذا كان لديك حساب، فسجل الدخول الآن لتنشر باسم حسابك.