【図解あり】P2P(peer-to-peer)モデルとは




【図解あり】P2P(peer-to-peer)モデルとは

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルとは、複数の端末間で通信を行う際のコンピュータのネットワーク・アーキテクチャの一つです。

peer(ピア)・・・ピアは英単語です。
邦訳すると、(年齢・地位・能力などが)同等の者という意味です。

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルにおいてのpeer(ピア)は、

  • 対等の立場で通信を行うノード
  • 対等の立場で通信を行う通信相手

を指します。

ノード(Node)・・・ノードは英単語です。
邦訳すると

  • 結び(目)
  • 【植物, 植物学】節
  • 【天文】交点 等々

という意味で使われ、特にコンピュータ・ネットワーク界では、ネットワークの

  • 接点
  • 分岐点
  • 中継点 等

を意味します。

具体的には、コンピュータ・ネットワークを構成する

  • モデム・ハブ・ブリッジ・スイッチングハブ等のデータ通信機器
  • IP電話・プリンタ・ホストコンピュータ(ルータ・ワークステーション・サーバ等々)等のデータ端末装置

といった機器のことを指します。

コンピュータ・ネットワーク

アーキテクチャ(architecture)・・・アーキテクチャは英単語です。
邦訳すると

  • 建築様式
  • 構造
  • 構成

という意味で使われ、特にコンピュータ分野では

  • 基本設計
  • 設計思想

を意味します。

コンピュータのネットワーク・アーキテクチャとは、

  • ネットワーク ➡️ 機械と機械をつなぐ
  • アーキテクチャ ➡️ 基本設計

つまり、複数のコンピュータを接続する基本設計 ということになります。

コンピュータのネットワーク・アーキテクチャ分野では、P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルに対置される用語としてクライアント・サーバ・モデルがあります。

クライアント・サーバ・モデルに関する記事はこちら

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この記事では、初心者向けに

  • P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルの仕組み・特徴
  • P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルの類型化

それぞれ説明します。

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P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデル

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデル

スマートフォンのアプリケーションで頻繁に使用しているLINE

このLINEにもP2Pのネットワーク技術が使われています。

そんなP2P

  • 仕組み
  • 特徴

を見ていきましょう。

P2Pの仕組み

P2Pモデルの仕組みを説明する際に、クライアント・サーバ・モデルと比較する事で、P2Pモデルの理解がより深まります。

クライアント・サーバ・モデルに関する記事はこちら

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ネットワーク・アーキテクチャ上、

  • クライアント・サーバ・モデル
  • P2Pモデル

は、それぞれ対置される関係にあります。

  • クライアント・サーバ・モデル・・・
    ネットワークに接続されたコンピュータに対し

    • クライアント
    • サーバ

    に立場・機能を分離しており、一般的に、多数のクライアントに対してサーバ1つです。

    クライアント・サーバ・モデルにおいては、

    1. クライアントサーバとだけ通信が可能
    2. クライアントが他のクライアントと通信する為にはサーバを介す必要がある
  • P2Pモデル・・・
    • ネットワークに接続されたコンピュータ同士がノードとして対等の立場、機能で直接通信
    • インターネット基盤であるIPネットワークはIPアドレスさえ分かればどのノードとも通信可能

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデル

クライアント・サーバとP2P(ピア・ツー・ピア)の違いに関する記事はこちら

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P2Pの特徴

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルの代表的な特徴としては、

  • 非中央集権・・・サーバに依存せずにノード同士が対等な立場で直接通信を行う
  • サーバ・コスト削減・・・サーバを必要としない環境を築くことで、
    • サーバに起因するコスト(機器、管理者の教育、運用・保守)
    • サーバ依存が集中することによる管理の負荷
    • 資源集中に伴うリスクなど

    を削減・軽減する事が出来ます。

  • 耐障害性・・・ネットワークに接続された1つのノードに障害が起きても、それ以外のノードに影響は及びにくく、分散化による情報の消失・損傷リスクが軽減され、高い耐障害性が実現
  • スケーラビリティ・・・ネットワーク利用者の数が急増しても、システムの規模(回線、ハードウェア)は、増加の必要がありません。
    また、ネットワークでの常時接続利用者のノード

    • CPU処理能力
    • ディスク容量 等々

    余剰計算機資源を資源として有効に利用可能

スケーラビリティ【scalability】・・・機器やソフトウェア、システムなどの拡張可能性のこと

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルの類型化

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデルの類型化

情報検索方式による類型

ピュア・P2P ハイブリッド・P2P スーパーノード・P2P
構成
概要 検索・データ転送などすべてをP2Pで行います

  • 自律分散型システム
  • ノードはメッシュ状に接続
  • 検索は隣接ノードを経由
  • 検索結果に確実性がない
  • データ転送が完了しない場合がある

メリット

  • スケーラビリティが高い
  • 自律分散型であり、耐障害性が高い
  • アドホック性が高い

デメリット
大規模化に伴い、ネットワークへの検索負荷が増大

  • データ・・・
    インデックスサーバが保持
  • データ検索・・・
    ノードクライアント・サーバ・モデルで登録してあるインデックスサーバにデータの所在を問い合わせ
  • データ転送・・・
    P2Pで実行

メリット
システムの管理・制御が可能
デメリット
データ検索はクライアント・サーバ・モデル

  • システムの耐障害性が低い
  • スケーラビリティは、ピュアP2Pに劣る
データ検索・保持・・・
処理能力の高いノードが実行。
一般ノードは、検索情報などを保持しない

メリット

  • ピュア・P2P
  • ハイブリッド・P2P

両方のメリットを併せ持つ
デメリット
データ検索・保持の分散化等の実装が困難

データ送受信方式による類型

ノード中継・モデル ピュア・P2P
ノード中継・モデル ピュア・P2P
ノード中継・ピュア・P2P
検索方式 ピュア・P2P/ハイブリッド・P2P/スーパーノード・P2Pの検索方式に依存しない
データ送受信方式 ノードを中継に使用 ノード間で直接通信
メリット
  • 冗長経路を持つことが可能
  • 中継するノードにはキャッシュが残り、分散ダウンロードが可能
  • 他のノードに負荷がかからない
  • 複雑なP2Pルーティング技術が不要
デメリット
  • 中継するノードに負荷がかかる
  • P2Pルーティングの実装が必要
冗長経路を持てない

P2Pアプリケーションによる類型

ノード間で何を行うかという観点で4つのアプリケーション型に分けられます。

  1. 一対一通信型
  2. 放送型
  3. オンデマンド型
  4. 分散型データ管理

一対一通信型

LINE電話Skypeに代表されるように、ノード間で一対一のコミュニケーションを行う使い方です。

相手のIPアドレス

  • 電話番号
  • ニックネーム 等

から見つけ出し、ノード間で対等の立場で通信を行います。

実際のSkypeのシステム構成(一部)

p2p・一対一通信型

放送型

ノード間接続を、多段階層化し、配信ツリーを形成することで、放送型のサービスが実現出来ます。

  1. 配信ツリーの根元のノードが放送局
  2. 上流ノードから下流ノードへ、データをバケツリレー
  3. 参加ノードに、ほぼ同時に同じデータを配信することが可能

p2p・放送型

オンデマンド型

コンテンツを欲するノードが、

  1. コンテンツを持っているノードを探し出し
  2. そこへデータを要求

コンテンツ保持ノード

  1. それに応答
  2. データを送信(オンデマンド)

という一方向型の通信を行います。

p2p・オンデマンド型

分散型データ管理

仮装通貨であるビットコインに代表されるように取引履歴情報を、各ノードで分散して持つことによって、中央集権のサーバが管理する取引履歴情報の不正な改竄を防ぐことが可能。

p2p・分散型データ管理

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