【初心者向け】P2Pとは?P2P通信の仕組みと種類

【初心者向け】P2Pとは?P2P通信の仕組みと種類




【初心者向け】P2Pとは?P2P通信の仕組みと種類

P2P(ピートゥーピー)とは、Peer – to(2)- peer(ピア・ツー・ピア)(以下、P2Pと呼ぶ)を略した用語です。

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

P2Pにおける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)は邦訳すると

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

の意味で使われます。

コンピュータ・ネットワーク界でのノード(Node)とは、ネットワークの

  • 接点
  • 分岐点
  • 中継点 等

を指します。

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
  • ノートパソコン・スマートフォン等々の端末装置

といった機器のことを指します。

つまり、P2P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という事になります。

アーキテクチャ(architecture)とは

  • 建築様式
  • 構造
  • 構成

という意味です。

コンピュータ分野では

  • 基本設計
  • 設計思想

を指します。

つまり、コンピュータネットワーク・アーキテクチャとは、

  • コンピュータネットワーク・・コンピュータ同士をつなぐ
  • アーキテクチャ・・・基本設計

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・アーキテクチャでは、P2P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。

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデル

クライアントサーバ・モデルに関する記事はこちら

クライアントサーバのサーバサイド・三層アーキテクチャ
クライアントサーバ、サーバサイドや三層アーキテクチャとは何か御存知ですか。この記事では、クライアントサーバの役割、サーバサイドや三層アーキテクチャについて初心者向けに説明しています。クライアントサーバの役割、サーバサイドや三層アーキテクチャに興味がある方は是非ご覧下さい。

この記事では、初心者向けにP2Pの

  • 仕組み・特徴
  • 種類

について、それぞれ説明していきます。

P2Pの仕組み・特徴

P2Pの仕組み・特徴

日本や韓国・タイ等々の国で頻繁に利用されているスマートフォン・アプリのLINEもP2P通信のネットワーク技術が使われています。

そんなP2Pの

  • 仕組み
  • 特徴

を見ていきましょう。

P2Pの仕組み

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

P2P(peer-to-peer:ピア・ツー・ピア)モデル

クライアントサーバ・モデルは、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

とそれぞれ立場・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が一つです。

クライアントサーバ・モデルでは、

  • クライアントはサーバとだけ通信が可能
  • 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仲介

一方、P2Pモデルは、

  • 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

という仕組みになっています。

 クライアント・サーバ・モデルP2P・モデル
モデル中央集権型自律分散型
システム拡張性利用者規模に合わせたシステム増強柔軟なスケーラビリティ
情報の所在サーバへの情報の集中情報はネットワーク上に遍在
耐障害性サーバへのリスクの集中障害時に他ノードによる代替
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の特徴

P2Pモデルの代表的な特徴は大きく分けて

  • 非中央集権
  • サーバ・コスト削減
  • 耐障害性
  • スケーラビリティ

の四つになります。

特徴概要
非中央集権サーバ依存せずにノード同士が対等な立場で直接通信を行える
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 等々
を削減・軽減可能
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)増加の必要無し。
また、ネットワークでの常時接続利用者のノードの
・CPU処理能力
・ディスク容量 等々
の余剰計算機資源を資源として有効に利用可能

P2Pの種類

P2Pの種類

P2Pモデルのネットワーク構成は目的によって

  • 情報検索方式による類型
  • データ送受信方式による類型
  • P2Pアプリケーションによる類型 等々

と異なります。

情報検索方式による類型

情報検索方式による類型では、

  • ピュア・P2P
  • ハイブリッド・P2P
  • スーパーノード・P2P

と三つに分ける事が出来ます。

 構成概要
ピュア・P2Pピュア・P2P検索・データ転送などは全てP2P
・自律分散型システム
・各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
ハイブリッド・P2Pハイブリッド・P2P	データ・・・インデックスサーバが保持
データ検索・・・各ノードがクライアント・サーバ・モデルのインデックスサーバにデータの所在を問合せ
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・モデルで
・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
スーパーノード・P2Pスーパーノード・P2P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

データ送受信方式による類型では、

  • ノード中継・モデル
  • ピュア・P2P

と二つに分ける事が出来ます。

ノード中継・ピュア・P2P

 検索方式データ送受信方式メリットデメリット
ノード中継・モデル・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
ノードを中継に使用・冗長経路を持てる
・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
・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
ピュア・P2Pノード間で直接通信・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
・冗長経路を持てない

P2Pアプリケーションによる類型

P2Pアプリケーションによる類型では、ノード間で何を行うかという観点から

  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

の四つのアプリケーション型に分けられます。

一対一通信型

一対一通信型のP2PモデルLINE電話や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アドレスを

  • 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のシステム構成の一部は下図の様になっています。

p2p・一対一通信型

放送型

放送型のP2Pモデルでは、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サービスが実現出来ます。

放送型サービスの流れは

  • 配信ツリーの根元のノードが放送局
  • 上流ノードから下流ノードへデータをバケツリレー
  • 参加ノードに、ほぼ同時に同じデータを配信

となります。

p2p・放送型

オンデマンド型

オンデマンド型のP2Pモデルでは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
  3. コンテンツ保持ノードがそれに応答
  4. データを送信(オンデマンド)
  5. 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

    分散型データ管理のP2Pモデルでは、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
    • 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

    ことが可能になります。

    p2p・分散型データ管理

    P2Pモデルでは、上記の様に提供するサービスによってネットワーク構成は異なります。

    以上が、P2Pの

    • 仕組み・特徴
    • 種類

    についての説明になります。

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