P2P 网络是否需要专门的网络操作系统软件？

了解 P2P 网络

点对点 (P2P) 网络是一种计算机网络模型，其中每个连接的计算机都具有同等权限并在网络中扮演同等角色。P2P 网络不建立客户端-服务器关系（服务器向客户端提供资源和服务），而是将任务、资源和服务分配给网络中的每个对等方。这种结构意味着个人之间直接通信和信息交换，因此可以更有效且不易中断。

定义

• 点对点 (P2P) 网络是一种网络拓扑，其中所有节点或参与者彼此共享资源和信息。这意味着每个对等方都能够启动和完成对其他对等方的服务或资源请求，而无需中央服务器进行协调。P2P 网络主要用于文件共享和分布式计算。

P2P 网络中的关键概念

• 去中心化：网络或网络系统的主要特征之一是没有单一的特定控制或故障点。每个对等方的地位和权限都与其他对等方相同，并且可以与其他对等方通信。
• 资源共享：对等方通过提供和接收文件进行共享，并利用计算能力进行计算或传输带宽。
• 可扩展性：P2P 网络可以通过集成更多对等方来增长，因为对等方数量只会增加它们的总量。
• 容错性：网络是健壮的，因为失去几个对等方不一定会影响其整体功能。

网络操作系统 (NOS)

网络操作系统 (NOS) 充当网络资源的核心管理系统，它还充当协调网络中不同设备的中介，同时维护网络的安全系统。即使在非大型机客户端/服务器或分布式点对点 (P2P) 网络模型中，NOS 也提供基础设施，从而实现网络范围内的控制和可管理性，同时提高整个网络的数据和通信的完整性。

• 网络操作系统，简称 NOS，是一种软件，其主要作用是提供网络、资源、设备和数据通信的支持、控制和管理。NOS 是一种高级操作系统，它不仅控制单个计算机的资源，如内存、CPU 和存储，还控制这些资源在联网计算系统中的分布网络。它通过提供连接设备可以交互、通信和共享资源的框架，为网络任务的进行提供必要的支持。

NOS 在传统和现代网络环境中的一般功能

• 集中式网络管理：NOS 提供所有网络资源（服务器、客户端和终端设备）的管理。使用此管理工具最重要的好处是，它使管理员能够设置网络设置、监督网络流量以及在整个网络中分发更新或补丁。这种集中化有助于管理广泛而复杂的网络，因为它减少了所涉及的困难程度。
• 用户和设备认证：NOS 通常提供和管理用户和设备认证功能；因此，只有授权用户或设备才能连接到网络。这是由于一些协议，如轻量级目录访问协议 (LDAP) 和 Kerberos，它们用于验证用户及其在网络中的权限。
• 资源分配和负载均衡：当使用许多设备并产生大量流量时，不应浪费关键资源。这样做是为了确保网络中的各个节点以 NOS 定义的相同比例消耗各种资源，例如 CPU 时间、内存和带宽。此外，通过采用负载共享等功能，NOS 能够以某种方式分配负载，使任何设备都不会因任务而过载。
• 数据和文件管理：NOS 包含文件和数据管理等服务，用户可以在驱动器中存储数据、访问相同数据并在网络上传输此数据。它由其他文件系统和协议（如 NFS 和 SMB/CIFS）组成，以实现计算机网络中的文件共享。
• 安全和访问控制：NOS 将安全作为其提供的主要服务之一。它支持网络安全策略，例如防火墙、加密和入侵检测系统 (IDS)。NOS 还拥有访问控制列表 (ACL)，用于控制用户或大量机器进入某些网络的方式，从而保护它们免受威胁或病毒的侵害。

P2P 网络需要专门的 NOS 吗？

• 关于点对点 (P2P) 网络是否需要网络操作系统的问题，我们可以说它至关重要且恰当指出，这确实取决于独立网络的需求和利用。虽然标准 NOS 可能足以满足支持基本 P2P 操作的基本 P2P 要求，但为了优化操作和安全性，已经开发和实施了增强型 NOS，可以解决 P2P 系统的特殊性。
• P2P 网络是任何节点都可以同时充当客户端和服务器的基础设施；因此，这带来了一些与客户端-服务器网络不同的问题。因此，即使通用 NOS 能够执行简单的 P2P 操作，特定 NOS 的作用是更有效地解决这些问题，因为它们必须解决可扩展性、安全性和其他资源管理问题。

在 P2P 中使用特定 NOS 的优缺点

优点

1. 优化性能
   
   • 资源分配效率：值得注意的是，一些专门针对 P2P 网络操作的特定 NOS，其本质上是高度“面向变化”的，其中带宽、存储和计算周期等资源是有限且可变的。它是一个优化过程，可以最大限度地减少延迟并提高整个网络的整体结果。
   • 负载均衡：某些特定的 NOS 可以带来复杂的负载均衡算法，可以为 P2P 负载均衡实施完全负载均衡，以减少高峰期的负载，从而使网络不会崩溃。
2. 增强的安全功能
   
   • P2P 特定安全协议：虽然通用 NOS 可能提供 P2P 安全措施，但 P2P 特定安全协议中的嵌入式安全策略可能包括安全的密钥交换方法、点对点加密以及 Sybil 检查算法 [当一个节点试图控制多个其他节点时]。
   • 强大的身份验证机制：由于此类网络的性质，这些 NOS 还可能具有增强身份验证的机制，以确保只有经过身份验证的节点才能进入网络。
3. 更好的可扩展性
   
   • 适应网络增长：因此，重要的是要了解专用 NOS 旨在应对 P2P 网络的快速且通常呈几何级数的增长。通过这样做，它们可以以可扩展的方式向系统引入新的对等方，而不会影响性能，这对于区块链网络等大规模 P2P 计算应用程序非常有利。
   • 高效数据管理：使用数据分区和复制的概念，以确保数据在网络扩展时始终可用。
4. 定制网络管理工具
   
   • P2P 网络监控：枚举的功能包括用于仔细测量和控制 P2P 网络谨慎定义参数的功能，例如对等方的可用性、分布式数据的复制和拓扑变化。它有助于对网络的处理进行成比例和精确的控制。
   • 容错性和恢复：这些 NOS 规定了如何以及何时可以从某些对等方的故障或断开的连接中迅速恢复，同时确保网络的持续运行。

缺点

1. 增加复杂性
   
   • 学习曲线：专用 NOS 的实施和管理通常比通用 NOS 需要更多的精力。专用 NOS 可能具有传统操作系统中不存在的功能和选项，可能需要对网络管理员进行更多培训。
   • 定制要求：在这些系统中，其用途通常被描述为更面向应用程序，并且通常，部署过程以及管理应用程序可能需要比其他系统更多的时间和精力来完成。
2. 更高成本
   
   • 开发和维护成本：但是，如果 P2P 网络相对较小或特定功能未完全优化，则构建或购买专用 NOS 通常更便宜。
   • 持续支持和更新：特定的 NOS 可能需要额外的修改以解决新的安全漏洞或满足新的 P2P 技术，这会导致额外的成本。
3. 潜在的供应商锁定
   
   • 对特定解决方案的依赖：如果专用 NOS 是从特定供应商处购买的，则风险在于网络可能会被锁定到供应商提供的解决方案中，这些解决方案不易转换或无法轻易移动到另一个网络。
   • 有限的互操作性：某些 NOS 可能会针对特定的 P2P 应用程序进行扩展，这可能会在需要将 NOS 与可能使用不同形式 NOS 的其他系统或网络集成时造成兼容性问题。
4. 灵活性较差
   
   • 尽管这些是专用 NOS，但它们在预期特定角色中表现出色，并且在处理特定焦点之外的不同网络或配置时可能缺乏灵活性。这可能会减缓网络的增长或限制它如何适应新的需求。

需要专用 NOS 的情况

1. 大规模 P2P 网络

• 区块链和加密货币：在实施比特币或以太坊等区块链网络时，专用 NOS 的作用至关重要。这是由于网络的复杂性、安全性和所需的扩展性。SNOS 有助于保证交易的正确执行，保持数据流安全，并允许网络适应大量对等方而不会造成性能损失。
• 内容分发网络 (CDN)：基于 P2P 的 CDN 利用特定的 NOS 有效分发大量媒体文件、负载均衡以及在最大负载期间的高可用性。

2. 高安全环境

• 机密通信网络：当 P2P 网络应用于政府、军事甚至大型公司等对通信安全极其重要的场景时，需要具有加密通信、身份验证通信和入侵检测系统的特殊 NOS，以保护通信细节。
• 注重隐私的 P2P 网络：根据我们将要应用的网络的类型和分布特征，由于这种网络所假定的特定需求，存在专门的 NOS，包括需要保证用户的匿名性、审查的缺失以及在不利于通信的环境中数据传输的安全性。

3. 高度动态网络

• 物联网和边缘计算：在 P2P 物联网网络中，设备可能更频繁地加入或离开网络，因此需要一种专用 NOS，它具有通用性、高效处理数据以进行实时分析，并且在始终保持系统高效方面稳定。
• 灾难恢复网络：例如，在灾难恢复操作期间，当主基础设施无法运行时，特定 NOS 可以提供特设 P2P 网络的即时组织，以实现有效的替代通信。

4. 复杂数据管理

• 分布式数据库：定义为对等方充当数据库的 P2P 网络，特定 NOS 对于同步数据分发和复制以及维护多个对等方之间的一致性至关重要。当数据需要存档或频繁使用，数据敏感且其可靠性至关重要时（例如金融或医疗应用程序的数据），这一点尤为重要。
• 协作工作环境：例如，在对等方参与小组项目（如软件增强或科学研究）的环境中，适当的 NOS 可以促进数据协调、版本控制和与 P2P 流程相对应的协作工具。

通用 NOS 足以应付的情况

1. 小型 P2P 网络
   
   • 家庭和小型办公室网络：在 SOHO P2P 网络中，对等方数量有限，共享数据不是很敏感，也不是实现业务目标或其他重要活动所必需的。通用 NOS 通常足以应付。传统的 NOS 可以满足大多数客户端需求，例如文件共享、打印和通信，而无需附加功能。
   • 简单文件共享：当 P2P 网络的主要目的是在有限数量的参与者之间交换文件时，通用 NOS 足以支持通信和控制，而无需专门的系统。
2. 低安全应用
   
   • 公共文件分发：如果文件要与不需要访问敏感数据的大量人员共享（例如，开源软件或公共领域视频），则通用类型的 NOS 足以管理网络。由于安全性对于此应用程序而言不是最重要的，因此不需要专用 NOS 提供的额外安全级别。
   • 休闲游戏网络：在 P2P 游戏网络中，延迟是最重要的因素，而安全性不是最大的问题，用于对等方之间通信和数据传输的通用 NOS 相当足够。在这种情况下，专用 NOS 的额外功能不会提供切实的优势。
3. 几乎不需要扩展的网络
   
   • 稳定对等环境：如果加入的对等方数量相对固定且不会随时间增加，则可以使用通用 NOS 来处理网络，而无需额外的可扩展性服务。
   • 固定资源共享：如果要共享的资源（例如打印机、扫描仪或共享驱动器）不需要动态分配或负载均衡，则通用 NOS 可以充分处理这些资源，而无需任何高级功能。
4. 基本协作工具
   
   • 小型团队协作：对于不需要复杂数据管理和安全的小型团队项目，通用 NOS 应该足够；但是，NAT 将包括基本的协作选项，例如共享文件夹、文档编辑和通信。专用 NOS 的额外选项可能需要；但是，这些选项也可能根本不需要，甚至可能使网络结构复杂化。
   • 简单对等通信：如果 P2P 网络主要用于通信（例如，VoIP 或即时消息），则通用 NOS 可以管理所使用的协议和数据传输，而无需使用专用 NOS 的功能。
5. 合规性和数据主权
   
   • 由于其全球性，P2P 网络可能涉及来自不同法律体系的用户，这些法律体系在数据保护和安全方面具有不同的规则和机制。可以配置额外的专用 NOS 以通过根据这些区域标准监督数据流来保证此类法规。例如，专用 NOS 可以维护对要求本地存储和处理敏感信息的规则的遵守。
6. 监管审计功能
   
   • P2P 网络在金融和医疗保健等许多行业中代表着一个有前途的工具，这些行业采用去中心化交易和数据共享；因此，合规性问题很重要。可以设计附加的特定 NOS 元素以支持审计和报告，例如保留与对等方交互和数据交换的详尽记录。此功能可以证明组织遵守 GDPR 或 HIPAA 等法规，这在使用通用 NOS 时是一个困难的提议。
7. 零信任架构
   
   • 随着各种威胁的演变，可以利用零信任安全模型，其中事先不信任任何对等方，并且需要持续身份验证。这种范式可以通过专用 NOS 来强制执行，该 NOS 始终检查和干扰对等方的活动，不断验证它们，并根据观察到的行为和网络环境的当前状态重新计算信任级别。这种方法可以显著提高 P2P 网络的保护，特别是在共享私人信息的环境中。
8. P2P 网络中的算法公平性
   
   • 当通过 P2P 网络中的算法实现通信和协调时，就会出现关于公平性、偏见和正义的疑问。一种可能的 NOS 可以涉及算法问责制，通过这种机制，专用 NOS 可以保证确定对等方交互的算法是公平的，并且不会重现歧视或不平等。这可能需要采用开源算法、同行评审代码和基于社区的决策等做法。
9. 去中心化科学研究
   
   • 科学数据的发布和存档通常涉及在不同机构之间（有时甚至跨国）共享信息，这使得 P2P 网络成为资源、数据和计算共享的合适模型。还可以设想，专用 NOS 可以通过增强交换大型数据集的能力来增强此类网络以用于科学目的。这可以加速气候科学、基因组学和材料工程等领域的突破。