ピアツーピア

ピアツーピアネットワークは一般的に、物理ネットワークトポロジーの上に何らかの仮想オーバーレイネットワークを実装し、オーバーレイ内のノードは物理ネットワーク内のノードのサブセットを形成します。データは依然として基盤となるTCP/IPネットワーク上で直接交換されますが、アプリケーション層では、ピアは論理オーバーレイリンク（それぞれが基盤となる物理ネットワークを通るパスに対応）を介して直接通信できます。オーバーレイはインデックス作成とピア検出に使用され、P2Pシステムを物理ネットワークトポロジーから独立させます。オーバーレイネットワーク内でノードが相互にどのようにリンクされているか、リソースがどのようにインデックス化され、配置されているかに基づいて、ネットワークを非構造化または構造化（またはその両方のハイブリッド）に分類できます。^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

非構造化ネットワーク

非構造化ピアツーピアネットワークは、設計上オーバーレイネットワークに特定の構造を課すのではなく、ノードがランダムに相互接続を形成することによって形成されます。^{[ 17 ]}（Gnutella、Gossip、Kazaaは非構造化P2Pプロトコルの例です）。^{[ 18 ]}

構造化されていないネットワークにはグローバルな構造が課せられていないため、構築が容易で、オーバーレイのさまざまな領域に対して局所的な最適化が可能です。^{[ 19 ]}また、ネットワーク内のすべてのピアの役割が同じであるため、構造化されていないネットワークは、「チャーン」率が高い場合、つまり多数のピ​​アが頻繁にネットワークに参加したり離脱したりする場合に対して非常に堅牢です。^{[ 20 ] [ 21 ]}

しかし、非構造化ネットワークの主な制限も、この構造の欠如から生じます。特に、ピアがネットワーク内で目的のデータを見つけようとする場合、検索クエリをネットワーク全体にフラッディングして、そのデータを共有しているピアをできるだけ多く見つける必要があります。フラッディングはネットワーク内で非常に大量のシグナリングトラフィックを引き起こし、より多くのCPU /メモリを使用し（すべてのピアがすべての検索クエリを処理する必要があるため）、検索クエリが常に解決されるとは限りません。さらに、ピアとピアが管理するコンテンツの間には相関関係がないため、フラッディングによって目的のデータを持つピアが見つかるという保証はありません。人気のあるコンテンツは複数のピアで利用可能である可能性が高く、それを検索するピアはどれも同じものを見つける可能性が高いです。しかし、ピアが他の少数のピアのみが共有する希少なデータを探している場合、検索が成功する可能性は非常に低いです。^{[ 22 ]}

構造化ネットワーク

構造化されたピアツーピアネットワークでは、オーバーレイは特定のトポロジーに編成され、プロトコルは、リソースが非常にまれな場合でも、どのノードでもネットワーク内でファイル/リソースを効率的に検索できることを保証します。^{[ 23 ] [ 18 ]}

最も一般的な構造化P2Pネットワークは分散ハッシュテーブル（DHT）を実装しており^{[ 24 ] [ 25 ]} 、一貫性ハッシュの変種を使用して各ファイルの所有権を特定のピアに割り当てます^{[ 26 ] [ 27 ]} 。これにより、ピアはハッシュテーブルを使用してネットワーク上のリソースを検索できます。つまり、（キー、値）ペアがDHTに格納され、参加しているノードは指定されたキーに関連付けられた値を効率的に取得できます^{[ 28 ] [ 29 ] 。}

しかし、ネットワークを通じてトラフィックを効率的にルーティングするためには、構造化オーバーレイのノードは、特定の基準を満たす近隣ノードのリスト^{[ 30 ]}を維持する必要があります。そのため、ノードの入れ替わりが激しいネットワーク（つまり、多数のノードが頻繁にネットワークに参加したり離脱したりするネットワーク）では、堅牢性が低下します。^{[ 21 ] [ 31 ]}実際のワークロードの下でのP2Pリソース発見ソリューションの最近の評価では、リソースの広告/発見のコストが高いことや、静的および動的な負荷の不均衡など、DHTベースのソリューションにおけるいくつかの問題が指摘されています。^{[ 32 ]}

DHT を使用する注目すべき分散ネットワークには、 BitTorrent の分散トラッカーの代替であるTixati 、 Kad ネットワーク、Storm ボットネット、YaCyなどがあります。注目すべき研究プロジェクトには、 Chord プロジェクト、Kademlia、PAST ストレージユーティリティ、自己組織化され出現しつつあるオーバーレイネットワークであるP-Grid 、 CoopNet コンテンツ配信システムなどがあります。^{[ 33 ]} DHT ベースのネットワークは、リソース管理とアプリケーションのスケジューリングに役立つため、グリッドコンピューティングシステムの効率的なリソース発見を実現するためにも広く利用されています。 ^{[ 34 ] [ 35 ]}

ピアツーピアシステムは、コンピュータセキュリティの観点から特有の課題を抱えています。他のあらゆるソフトウェアと同様に、P2Pアプリケーションにも脆弱性が存在する可能性があります。しかし、P2Pソフトウェアにとって特に危険なのは、ピアツーピアアプリケーションがクライアントだけでなくサーバーとしても機能するため、リモートからの攻撃に対してより脆弱になる可能性があることです。^{[ 41 ]}

P2Pネットワークの分散型の性質は、クライアント/サーバーベースのシステムに内在する可能性のある単一障害点を排除するため、堅牢性を高めます。 ^{[ 46 ]}ノードが到着し、システムへの需要が増加すると、システムの総容量も増加し、障害の可能性は減少します。ネットワーク上のピアの1つが正常に機能しなくなった場合でも、ネットワーク全体が侵害されたり損傷したりすることはありません。対照的に、一般的なクライアント/サーバーアーキテクチャでは、クライアントはシステムと要求のみを共有し、リソースは共有しません。この場合、システムに参加するクライアントが増えるにつれて、各クライアントにサービスを提供できるリソースは少なくなり、中央サーバーが故障すると、ネットワーク全体がダウンします。

P2Pネットワークには、データのバックアップ、復旧、可用性に関して、メリットとデメリットの両方があります。中央集権型のネットワークでは、システム管理者だけが共有ファイルの可用性を制御します。管理者がファイルの配布を中止すると決めた場合、サーバーから削除するだけで、ユーザーはそのファイルにアクセスできなくなります。このように、ユーザーはコミュニティ全体に何が配布されるかを決定する権限を持たないだけでなく、システム全体が政府やその他の大きな組織からの脅威や要求に対して脆弱になります。

例えば、YouTube はRIAA、MPAA 、およびエンターテインメント業界から著作権で保護されたコンテンツをフィルタリングするように圧力を受けています。サーバー クライアント ネットワークはコンテンツの可用性を監視および管理できますが、ホストするコンテンツの可用性に関してはより安定しています。クライアントは、安定した中央集権型ネットワークで共有されているマイナーなコンテンツにアクセスするのに問題はありません。しかし、P2P ネットワークは、人気のないファイルを共有する際には信頼性が低くなります。P2P ネットワークでファイルを共有するには、ネットワーク内の少なくとも 1 つのノードが要求されたデータを持っている必要があり、そのノードがデータを要求するノードに接続できる必要があるためです。ユーザーがいつでもデータを削除したり共有を停止したりする可能性があるため、この要件を満たすのは時として困難です。^{[ 47 ]}

P2Pネットワークでは、どのコンテンツが利用可能かを決定する責任はユーザーコミュニティにあります。人気のないファイルは、共有する人が少なくなると最終的に消滅し、利用できなくなります。一方、人気のあるファイルは、広く簡単に配布されます。P2Pネットワーク上の人気ファイルは、中央ネットワーク上のファイルよりも安定しており、利用可能です。中央ネットワークでは、サーバーとクライアント間の接続が単純に失われると障害が発生する可能性がありますが、P2Pネットワークでは、データ共有の障害が発生するには、すべてのノード間の接続が失われる必要があります。中央システムでは、管理者がすべてのデータ復旧とバックアップを担当しますが、P2Pシステムでは、各ノードが独自のバックアップシステムを必要とします。P2Pネットワークには中央機関がないため、レコード業界、RIAA、MPAA、政府などの組織は、P2Pシステム上のコンテンツを削除したり、共有を停止したりすることはできません。^{[ 48 ]}

P2Pネットワークでは、クライアントはリソースを提供すると同時に使用します。つまり、クライアント/サーバーシステムとは異なり、ピアツーピアネットワークのコンテンツ配信能力は、より多くのユーザーがコンテンツにアクセスし始めると実際に増加する可能性があります（特に、ユーザーが共有する必要があるBitTorrentなどのプロトコルでは、パフォーマンス測定調査^{[ 49 ]}を参照）。この特性は、P2Pネットワークを使用する主な利点の1つであり、元のコンテンツ配信者のセットアップと運用コストを非常に小さくします。^{[ 50 ] [ 51 ]}

Gnutella、G2、eDonkeyネットワークなどのピアツーピアファイル共有ネットワークは、ピアツーピア技術の普及に役立ってきました。これらの進歩により、パフォーマンスを向上させるためのCorreli Cacheなどの分散キャッシュシステムを含むピアツーピアコンテンツ配信ネットワークとサービスへの道が開かれました。 ^{[ 52 ]}さらに、ピアツーピアネットワークはソフトウェアの公開と配布を可能にし、ファイル共有ネットワークを介してLinuxディストリビューションやさまざまなゲームを効率的に共有できるようにしました。

P2PTVおよびPDTPプロトコルは、さまざまなピアツーピアアプリケーションで使用されています。一部の独自マルチメディアアプリケーションは、ピアツーピアネットワークとストリーミングサーバーを組み合わせて、クライアントに音声や動画をストリーミング配信しています。ピアキャスティングは、ストリームのマルチキャストに使用されます。さらに、ペンシルベニア州立大学、MIT、サイモンフレーザー大学が共同で実施しているLionShareというプロジェクトは、世界中の教育機関間でのファイル共有を促進することを目的としています。また、 Osirisという注目すべきプログラムでは、ピアツーピアネットワークを介して配信される匿名かつ自律的なWebポータルをユーザーが作成できます。

暗号通貨システムは、トランザクションとブロックを伝播し、共有台帳を維持するノードの分散ネットワークを中心に構築されています。米国国立標準技術研究所によると、ブロックチェーンネットワークはピアツーピア方式で動作し、地理的に分散したノードがシステムの回復力と運用に貢献しています。^{[ 55 ]}

多くのユーザーは、フルノードとして動作しないライトクライアント（軽量ウォレットとも呼ばれる）を使用してこれらのネットワークとやり取りします。ライトクライアントは、クライアントサーバーモデルを使用してフルノードまたは専用サーバーにクエリを実行することで、ブロックチェーンデータを取得し、トランザクションを送信します。^{[ 56 ]}

Datは分散型バージョン管理パブリッシングプラットフォームです。I2Pは匿名でインターネットを閲覧するために使用されるオーバーレイネットワークです。関連する I2P とは異なり、Tor ネットワーク自体はピアツーピアではありませんが、オニオン サービスを介してピアツーピア アプリケーションをその上に構築できます。InterPlanetary File System (IPFS) は、ハイパーメディア配信プロトコルを保存および共有するためのコンテンツ アドレス指定可能なピアツーピア方式を作成するように設計されたプロトコルおよびネットワークであり、IPFS ネットワークのノードが分散ファイルシステムを形成します。Jamiはピアツーピア チャットおよびSIPアプリケーションです。JXTAはJava プラットフォーム用に設計されたピアツーピア プロトコルです。Netsukukuはインターネットから独立するように設計されたワイヤレス コミュニティ ネットワークです。Open Garden は、 Wi-Fi または Bluetooth を使用して他のデバイスとインターネット アクセスを共有する接続共有アプリケーションです。

Resilio SyncとSyncthing はファイル同期アプリケーションです。研究には、 Chord プロジェクト、PAST ストレージユーティリティ、P-Grid、CoopNet コンテンツ配信システムなどのプロジェクトが含まれます。Secure Scuttlebuttは、主にソーシャルネットワーキングなど、さまざまな種類のアプリケーションをサポートできるピアツーピアのゴシッププロトコルです。Tradepal l とM-commerceアプリケーションは、リアルタイムマーケットプレイスを支えるように設計されています。米国国防総省は、現代のネットワーク戦争戦略の一環として P2P ネットワークの研究を行っています。^{[ 57 ]} 2003 年 5 月、当時DARPAのディレクターであったAnthony Tether 氏は、米国軍が P2P ネットワークを使用していると証言しました。WebTorrentは、 Web ブラウザで使用するためのJavaScriptのP2Pストリーミングtorrent クライアントであり、WebTorrent とBitTorrentサーバーレスネットワークを橋渡しするWebTorrent Desktopスタンドアロン バージョンにも含まれています。Microsoft はWindows 10で、独自のピアツーピア技術である「配信最適化」を使用して、ローカル ネットワークまたは他の PC 上のエンド ユーザーの PC を使用してオペレーティングシステムのアップデートを展開します。Microsoft の Channel 9 によると、これによりインターネット帯域幅の使用量が 30% ～ 50% 削減されました。^{[ 58 ]} Artisoft のLANtastic は、マシンがサーバーとワークステーションの両方として同時に機能できるピアツーピア オペレーティングシステムとして構築されました。Hotline Communications のHotline Client は、あらゆる種類のファイル専用の分散サーバーとトラッカー ソフトウェアで構築され、現在も稼働しています。

一般ユーザーを対象としたP2Pシステムの継続的な成功には、参加者コミュニティ間の協力が不可欠です。これらのシステムは、多数のノードがリソースを提供することで初めてその真価を発揮します。しかし現状では、P2Pネットワークには、他のノードが共有するリソースを利用するだけで、自身は何も共有しないユーザー（いわゆる「フリーローダー問題」）が多数存在することがよくあります。

フリーローディングはネットワークに深刻な影響を与え、場合によってはコミュニティの崩壊を引き起こす可能性があります。^{[ 59 ]}このようなタイプのネットワークでは、「協力すると自分のリソースが消費され、パフォーマンスが低下する可能性があるため、ユーザーは協力するインセンティブが自然に低下します」。^{[ 60 ]} P2P ネットワークの社会的属性を研究することは、人口の入れ替わりが激しく、利害の非対称性があり、ID のコストがゼロであるため困難です。^{[ 60 ]}さまざまなインセンティブ メカニズムが実装され、ノードがリソースを提供するよう奨励または強制されています。^{[ 41 ]}

一部の研究者は、仮想コミュニティが自己組織化できるようにし、リソースの共有と協力のためのインセンティブを導入することの利点を探求し、今日のP2Pシステムに欠けている社会的側面は、自己組織化された仮想コミュニティを構築および育成するための目標と手段の両方として見なされるべきであると主張している。^{[ 61 ]}ゲーム理論の原理に基づいてP2Pシステムで効果的なインセンティブメカニズムを設計するための継続的な研究努力は、より心理学的および情報処理の方向を帯び始めている。

ピアツーピアネットワークは正当な目的で使用できるものの、著作権者は著作権で保護された素材の共有に関与しているとしてピアツーピアを標的にしてきました。ピアツーピアネットワークは、中間サーバーを使用せずに、あるユーザーから別のユーザーへデータを転送します。P2Pアプリケーションを開発している企業は、主に米国で、著作権法に関する問題を中心に、数多くの訴訟に関与してきました。^{[ 53 ]}主な訴訟としては、 Grokster対RIAAとMGM Studios, Inc.対Grokster, Ltd.の2つがあります。 ^{[ 54 ]}どちらの訴訟でも、開発者が著作権で保護された素材の共有を阻止する手段を持たない限り、ファイル共有技術は合法であると判断されました。

ピアツーピアシステムにおける著作権侵害の刑事責任を確立するには、政府は被告が個人的な金銭的利益または商業的利益を目的として故意に著作権を侵害したことを証明しなければならない。^{[ 63 ]}フェアユースの例外により、著作権者の許可を得ずに著作権で保護された資料を限定的にダウンロードすることが認められている。これらの文書は通常、ニュース報道または研究および学術的作業の範疇に属する。ピアツーピアネットワークの不正使用が公共の安全および国家安全保障に及ぼす懸念をめぐって論争が起こっている。ピアツーピアネットワークを介してファイルがダウンロードされる場合、誰がファイルを作成したか、または特定の時点でどのユーザーがネットワークに接続しているかを知ることは不可能である。情報源の信頼性は、ピアツーピアシステムで見られる潜在的なセキュリティ上の脅威である。^{[ 64 ]}

欧州連合が委託した調査によると、新しいゲームでは追加機能やレベルに料金がかかるため、違法ダウンロードによってビデオゲーム全体の売上が増加する可能性があることが判明した。この論文は、海賊行為が映画、音楽、文学にマイナスの経済的影響を与えていると結論付けた。この調査は、ゲームの購入と違法ダウンロードサイトの使用に関する自己申告データに基づいている。虚偽の回答や記憶違いの回答の影響を排除するために細心の注意が払われた。^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]}

ピアツーピア アプリケーションは、ネットワーク中立性論争における主要な問題の一つです。インターネット サービス プロバイダ(ISP) は、帯域幅の使用量が多いことから、P2P ファイル共有トラフィックを制限していることが知られています。^{[ 68 ]}データが短時間で比較的少量しか転送されない Web ブラウジング、電子メール、その他のインターネットの多くの用途と比較すると、P2P ファイル共有は、継続的なファイル転送とスウォーム/ネットワーク調整パケットのために、比較的大量の帯域幅を使用することがよくあります。2007 年 10 月、米国最大のブロードバンド インターネット プロバイダの 1 つですComcast は、 BitTorrentなどの P2P アプリケーションのブロックを開始しました。彼らの論理は、P2P は主に違法なコンテンツを共有するために使用され、彼らのインフラストラクチャは継続的な高帯域幅トラフィック用に設計されていないというものでした。

批評家は、P2P ネットワークには正当な法的用途があり、これは大手プロバイダーがインターネット上での使用とコンテンツを制御して、人々をクライアント/サーバーベースのアプリケーション アーキテクチャに誘導しようとするもう 1 つの方法であると指摘しています。クライアント/サーバー モデルは、小規模な出版社や個人にとって参入障壁となる金銭的な障壁となり、大きなファイルを共有するのに効率が悪くなる可能性があります。この帯域幅の制限に対する反応として、いくつかの P2P アプリケーションは、BitTorrent プロトコルの暗号化などのプロトコル難読化を実装し始めました。「プロトコル難読化」を実現する技術には、データがランダムであるかのように見せることで、決定論的なバイト シーケンスやパケット サイズなど、そうでなければ簡単に識別できるプロトコルの特性を削除することが含まれます。^{[ 69 ]} ISP による高帯域幅への解決策はP2P キャッシングであり、ISP はインターネットへのアクセスを節約するために、P2P クライアントによって最もよくアクセスされるファイルの部分を保存しています。