NAT网络中基于UDP的P2P解决方案研究

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混合式P2P网络UDP下NAT穿越方案的研究与设计

（ｔｒｎｏｍａｉｎＣｅｔｒＮｅｗｏｋＩｆｒｔｎｅ，ＨａｂｎＵｎｖｒｉｙｏｃｅｃｎｃｎｌｇ ”，Ｈａｂｎ１０８）ｏｒｉｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙｒｉ５００（ｇｎｅｉｇＴｒｉｉｇＣｎｅ，ＨａｂｎＩｓｉｔｆＴｅｈｏｏｙ，Ｈａｂｎ１ห้องสมุดไป่ตู้００）Ｅｎｉｅｒｎａｎｎｅｔｒｒｉｎｔｕｅｏｃｎｌｇｅｔｒｉ５０１
总第２６４期
计算机与数字工程
Ｃｏｕｅｍｐｔｒ＆ＤｉｉａｇｎｅｉｇｇｔｌＥｎｉｅｒｎ
Ｖｏ．８Ｎｏ４１３．
１４０
２１００年第４期
混合式ＰＰ网络ＵＰ下ＮＴ穿越方案的研究与设计２ＤＡ
孙名松
（哈尔滨理工大学网络信息中心” 哈尔滨
段志鸣
王湛昱
１００）５０１
１０８）哈尔滨工业大学机电工程学院工程训练中心哈尔滨５００（
摘
要
随着ＰＰ网络技术的迅速发展，给用户带来了巨大的便利和效益，２２它ＰＰ充分利用了网络带宽，大提高了大
ＲｅｅｒｈａｄＤｅｉｎｏｓａｃｎｓｇｆＮＡＴａｅｉｃｍｅＴｒｖｓｒｎｇＳｈｅ
ＢａｅｎＣｏｐｓｔＰｅｗｏｋｏｓｄｏｍｏｉｅＰ２ＮｔｒｎＵＤＰ
ＳｉｇｓｇｕｎＭｎｏｎＤｕａｈｉｉｇＷａｇｎＺｍｎ ’ ｎＺｈａｕ２ｎｙ ’

P2P穿越NAT的几种实现方式研究

P 2P 穿越NA T 的几种实现方式研究Ξ刘镇瑜1,高　屹2(1.解放军理工大学通信工程学院研究生3队,江苏南京210007;2.解放军理工大学通信工程学院训练部)摘　要:P 2P 网络由于其高效率、良好的表现和延展性得到了快速发展,但是一些网络由于公共IP 缺乏、为保护内部网络等原因采用了地址转换NA T 方法,这给P 2P 的对等通信造成了一定的困难。

文中通过分析各种NA T 的特点,总结出了几种P 2P 穿越NA T 的方法,为下一步P 2P 软件的开发做必要的准备。

关键词:通信方式;网络地址转换;点对点中图分类号:T P 36816文献标识码:B 文章编号:CN 3221289(2009)0320037204M e thods of P 2P T ra ve ling through NA TL IU Z hen 2Y u 1,GA O Y i 2(1.Po stgraduate T eam 3I CE ,PLAU ST ,N anjing 210007,Ch ina ;2.T raining D epartm ent I CE ,PLAU ST )A bs tra c t :P 2P netw o rk s has develop ed rap idly due to its h igh efficiency ,good perfo r m ance and scalab ility ,bu t fo r lack of pub lic IP ,som e netw o rk s u se NA T m ethods to p ro tect the in ternal netw o rk ,w h ich b rings difficu lties to the P 2P p eer 2to 2p eer comm un icati on .T he characteristics of a variety of NA T w ere analyzed ,several P 2P th rough the NA T m ethods w ere summ arized and p reparati on fo r develop ing P 2P softw are w as m ade .Ke y w o rds :comm un icati on m ethod ;netw o rk address tran slato r ;peer 2to 2peer1　基本概念111　P 2P P 2P 即p eer 2to 2p eer ,指的是对等互联网。

P2P网络的NAT穿越技术研究

ＳＵ的能力。ＴＮ
定机制，有四种ＮＡ类型。Ｔ（）１ＦｌＣｎｕｌｏｅ对任何一个发出的数据包，不考虑目的地
址和端口，一个ＦｌＣｎＮＴｕｏｅＡ映射一个内部Ｉ地址和端口到相ｌＰ
同的公网外部Ｉ地址和端口。另外，通过映射的外部地址，任Ｐ
为确定建立最合适的连接方式，对阻塞的ＮＡ按外部连接Ｔ形式分类。ＳＵｑＴＮＬ别为ＵＰＣ提供这种检测ＴＮ［和ＳＵＴ２分Ｄ和ＴＰ
和分类能力。该文第２讨论了它们提供的各种分类，并说明节
１Ｔ检测及分类ＮＡ
ＲＣ０２Ｆ３２概述了传统的ＮＴ为一个系统，允许专网内Ａ作
包头中的源主机地址，当其与内部某主机所访问的目的主机的Ｉ地址一致时，才转发此数据。Ｐｒ）ＰｒＲｓｉｅｏｅ该类型Ｎ）Ｉ过滤经过的３ｏｔｅｔｃｄＣｎｒｔＡＴＪ强Ｉ：
消息的ＵＤ头部的源Ｉ地址和端口域。ＰＰ夹又是个问题，当在同一私有网络内的两个客户端试图通
ＮＴＡ
图１独立的ＮＡＴ
过一个ＮＡ设备在公共网络上建立一个连接时会发生夹叉。打Ｔ洞通过让服务器发送私有网络地址给各自的客户修正该问题。客户首先试图使用这些私有网络地址建立一个连接，由此避免夹叉问题。为在节点Ａ和Ｂ两端通过公共汇合服务器建立一个

面向P2P通信的UDP Hole Punching技术研究与实现

面向P2P通信的UDP Hole Punching技术研究与实现
1引言
随着Internet技术的猛发展，公网地址变的越来越珍，每台计算机都分配个公网地址显得不切实际。

NATNetanager是整个客户端的心，它是客户端多个UDP接字的管理器，负责动穿透过程，接收来自其它客端、服务器的各种消息以及作相应响应。

MessageBufferQueue与Queueanager与NATSession负责管理其它客户的端点地址；RegisterUtility具有向服务器注册地UDP套接字的功能，它探测出客户端到服务器之NA T设备的端点地址映保持时间长短，动调整UDP 套接字注册间隔从而减少客户端、服器的负担。

2）服务器：NATServer负责客户端消的处理，比如注册消息请求客户端的端点地址，通知客端准备接收来自其它客户端用户数据等；ClientMapTable与SocketMapItem存放、管客户端注册的UDP套接字端点址。

（3）其它根据UDPHolePunching穿透过程中的各种情，需要定义多种的消类型，具有各自的消息负载格式，1是各种消息类功能说明。

图3表1。

NAT的完全分析及其UDP穿透的完全解决方案

NAT的完全分析及其UDP穿透的完全解决方案一:基本术语防火墙防火墙限制了私网与公网的通信，它主要是将（防火墙）认为未经授权的的包丢弃，防火墙只是检验包的数据，并不修改数据包中的IP地址和TCP/UDP端口信息。

网络地址转换（NAT）当有数据包通过时，网络地址转换器不仅检查包的信息，还要将包头中的IP地址和端口信息进行修改。

以使得处于NAT之后的机器共享几个仅有的公网IP地址（通常是一个）。

网络地址转换器主要有两种类型.P2P应用程序P2P应用程序是指，在已有的一个公共服务器的基础上，并分别利用自己的私有地址或者公有地址（或者两者兼备）来建立一个端到端的会话通信。

P2P防火墙P2P防火墙是一个提供了防火墙的功能的P2P代理，但是不进行地址转换.P2P-NATP2P-NAT 是一个P2P代理,提供了NAT的功能,也提供了防火墙的功能,一个最简的P2P代理必须具有锥形NAT对Udp通信支持的功能,并允许应用程序利用Udp打洞技术建立强健的P2P连接。

回环转换当NAT的私网内部机器想通过公共地址来访问同一台局域网内的机器的时，NAT设备等价于做了两次NAT的事情，在包到达目标机器之前，先将私有地址转换为公网地址，然后再将公网地址转换回私有地址。

我们把具有上叙转换功能的NAT设备叫做“回环转换”设备。

二:NAT分类可以分为基础NAT与网络地址和端口转换(NAPT)两大类(一):基础NAT基础NAT将私网主机的私有IP地址转换成公网IP地址，但并不将TCP/UDP端口信息进行转换。

基础NAT一般用在当NAT拥有很多公网IP地址的时候，它将公网IP地址与内部主机进行绑定，使得外部可以用公网IP地址访问内部主机。

（实际上是只将IP 转换，192.168.0.23 <-> 210.42.106.35,这与直接设置IP地址为公网IP还是有一定区别的，特别是对于企业来说，外部的信息都要经过统一防火墙才能到达内部，但是内部主机又可以使用公网IP）(二):网络地址和端口转换（NAPT）这是最普遍的情况，网络地址/端口转换器检查、修改包的IP地址和TCP/UDP端口信息，这样，更多的内部主机就可以同时使用一个公网IP地址。

P2P网络通信中穿越NAT方案研究

方法，这种通信模式与ＣＳ结构的通信模式类／式．使用转发方式进行通信时，个节点不进行直两接的点到点连接，要通过服务器来转发节点的主
ｌＩＩ，９２６Ｎ～１：ｔＩ０
ｌ
：
ＣｌｃｕｔＡｉ
２１０１年６月
郧阳师范高等专科学校学报
ＪｕｎｌｆＹｕｙｎａｈｒｌｇｏｒａｎａｇＴｅｃｅｓＣｏｌｅｏｅ
第３卷第３期１
Ｊｎ２１ｕ．０１Ｖｏ．１１３Ｎｏ３．
ＰＰ网络通信中穿越ＮＡＴ方案研究２
困难．对ＰＰ网络通信中ＮＡ穿越的问题，析了ＮＡ设备对ＰＰ网络通信的影响和ＰＰ网络通信穿越技针２Ｔ分Ｔ２２
术，在这些技术的基础上提出了一种有效的ＮＴ穿越方案，Ａ该方案适合不同ＮＡＴ环境１Ｐ网络通信．＇２［关键词］２ＮＡＴ；打洞；ＵＤ；公网ＰＰ；Ｐ
节点和被保护的节点的通信．１图显示了存在一
个ＮＡＴ设备对网络的影响．
３ＰＰ网络通信穿越ＮＡＴ技术２
解决穿越ＮＡＴ设备的问题，实现的主要其思想是在第三方服务器的协助下，实现节点之间
［收稿日期３０１０－１２１－３６［作者简介］王焱（９０）女，肃天水人，阳师范高等专科学校物理与电子工程系讲师，１８－，甘郧主要从事计算机应用及

利用UDP穿越P2P网络中NAT的技术研究

利用UDP穿越P2P网络中NAT的技术研究摘要：介绍了当前互联网主要应用技术P2P和NAT的工作方式，重点分析了NAT对P2P应用的影响，阐述了在P2P网络中如何利用UDP 打洞的方式实现NA T之间的穿越方法，并用C++代码实现了该方法的关键技术。

关键词：P2P网络；UDP；NAT；穿越1 NAT技术的产生目前的互联网是基于32位IP地址的，这意味着有效的IP地址数目约为四十亿个，由于IP地址使用方式的时效性，实际的数量会少得多。

随着可用IP地址越来越少，NAT技术出现。

NAT（Network Address Translators），网络地址转换。

网络地址转换的主要目的就是为了实现地址重用。

NAT技术通过将局域网里的主机地址映射为Internet上的有效IP地址，从而实现了网络地址的复用，NAT技术不仅隐藏了内部网络地址信息，使外界无法直接访问内部网络设备，保护了内部网络，同时也暂时解决了IPv4地址不足的问题。

NAT分为两大类，基本的NA T和NAPT（Network Address/Port Translator）。

一个NAT处在公用互联网与它所服务的局域网之间，重写数据包头部的IP地址和端口号以使所有的包看上去都像从一个NAT设备的公用IP地址发来（或接收）的，而不是发自（往）实际的源（目标）。

2P2P技术的特性P2P是一种网络模型，又称对等网。

在这种模型中，所有节点都是对等的（称为对等点），各节点具有相同的责任和能力，并协同完成任务。

对等点之间直接互连，共享信息资源、处理器资源、存储资源甚至高速缓存资源，无须依赖集中式服务器或资源就可完成。

这种模式与当今广泛使用的C/S模式形成鲜明对比，在C/S 模式中，服务器是网络的控制核心，P2P 模式的节点则具有很高的自治性和随意性。

随着Naster、Genuella等信息共享应用程序越来越流行，P2P技术更受人们的广泛关注。

3P2P网络中穿越NAT的必要性NAT技术使局域网的用户可以共享一个IP地址访问Internet，但NAT的存在给P2P应用带来问题。

穿越NAT的pp通信方法分析研究

内容概述：在p2p通信领域中，由NAT(Network Address Translation，网络地址转换>引起的问题已经众所周知了,它会导致在NAT内部的p2p客户端在无论以何种有效的公网ip都无法访问的问题。

虽然目前已经发展出多种穿越NAT的技术,但相关的技术文档却很少，用来证明这些技术的稳定性和优点的实际数据更少。

本文的目的在于描述和分析在实际中运用得最广泛、最可靠同时也是最简单的一种NAT穿越技术，该技术通常被称为“打洞”技术。

目前，“打洞”技术已经在UDP通信领域中得到了广泛的理解和应用，在此，也将讨论如何利用它实现可靠的p2p的TCP流通信。

在收集了大量的“打洞”技术可以穿越的NAT设备和网络的数据以后，我们发现82%的已测NAT设备支持UDP形式的“打洞”穿越，64%的已测NAT设备支持TCP流形式的“打洞”穿越。

由于重量级p2p应用程序(如，VOIP、BT、在线游戏等>的用户需求量持续上升，并且该事实也已经引起了NAT设备生产厂商的广泛关注，因此，我们认为未来会有越来越多的NAT设备提供对“打洞”穿越技术的支持。

1、介绍用户量高速增长以及大量安全问题的巨大压力迫使Internet技术不断向前发展，但是这些新兴的技术很大程度地增加了应用程序开发的成本和复杂性。

Internet最初的地址体系是每个节点有一个唯一不变的全局地址，可以通过该地址直接与任何其它的节点进行通信，而现如今，该地址体系已经被新的实际上广泛使用的地址体系所替换，新的地址体系是由全局地址域和通过NAT接入全局地址域的大量私有地址域组成。

在新的地址体系中<如图1所示），只有在“main”全局地址域中的节点可以在网络中很容易地与任何其它的拥有全局地址的节点通信，因为该节点拥有全局的、唯一的、可路由的地址。

在私有网络中的节点可以与在同一个私有网络中的其它节点进行通信，并且在通常情况下可以向全局地址中的某个“著名”的节点发起TCP连接或发送UDP数据包。

P2P网络中基于UDP穿透NAT技术的研究

ＡｓａｔＮｔｏｋＡｄｅｓＴａｓｔｎ（Ａｂｔｃ：ｅｒｄｒｓｒｎｌｉＮＴ）ｃｕｅｉｉｌｅｏｅｒｏｐｅＰＰ）ｃｍｕｉｔｎｎｄｔｅｒｗａｏａｓｓｄｆｃｔｓｆｒｅｔ—ｅｒ（２ｕｉｐ－ｏｍｎｃｉ，ａＩａｏｈｅ
关键词：ＡＰｅ— ・ｅｒＵＰ打洞ＮＴ；ｅｒｏＰｅ；Ｄｔ
中图分类号：Ｐ９．４Ｔ３３０
文献标识码：Ａ
ＲｅｅｒｈｏｉｓａｃｎＵｓｎｇＵＤＰｏＴｒｖｒｅＮＡＴｔａｅｓＵｎｄｒＰｅ２ＰｔｒｖｒｎｅｔＮｅｗｏｋＥｎｉｏｍｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮＡＴ；ｐｅ —ｏｐｅ；ＵＤＰｏｅｐｃｎｅｒｔ— ｅｒｈｌｕｎｈｉｇ
０引言
当前Ｉｔｍｅ是基于３ｎｅｔ２位ＩｖＰ４地址的，意味这
情况，也是本文所要讨论的。
由于ＮＴ的存在使Ｉｔｍｅ形成了新的地址结Ａｎｅｔ构，同时也给节点间直接通信带来了问题：
（）私有网络中节点的Ｉ址是私有地址，在１Ｐ地Ｉｔｔｎｅ上是非法的，因而私有网络中的节点对外通ｍｅ
常是不可见的；
Hale Waihona Puke 着互联网理论上最大可接人电脑数目约为四万亿台，
但由于ＩｖＰ４地址结构特性以及分配方式不合理，实
际可用的公有Ｉｖ址近于枯竭。虽然未来ＩｖＰ４地Ｐ６可

NAT原理与P2P穿越技术

NAT原理与P2P穿越技术2NAT诞生背景及作用NAT即Net Address Translation，网络地址转换，用于解决IPv4地址不足问题：NAT部署在网络出口的位置，位于内网跟公网之间，是内网和公网的桥梁，双向流量都经过NAT。

固定宽带与移动通信NAT功能分别由BRAS设备、PGW设备承载，NAT设备拥有公网IPNAT 是一项神奇的技术，它的出现使IPv4起死回生。

在IPv4已经被认为行将结束历史使命之后近30年时间里，人们几乎忘了IPv4的地址空间即将耗尽这样一个事实——在新技术日新月异的时代， 30年可算一段漫长的历史。

更不用说，在NAT 产生以后，网络终端的数量呈加速上升趋势，对IP 地址的需求剧烈增加。

因此足见NAT 技术之成功，影响之深远。

NAT 的神奇，更因为NAT 给IP 网络模型带来了深远影响，其身影遍布网络每个角落。

几乎所有的个人终端设备位于NAT 网关以内，包含家庭宽带网络、物联网、2G/3G/4G/5G 通信网络。

InternetPGW（承载NAT功能）eNodeB宽带网关手机OLT （承载NAT功能）SGW3NAT原理及特点NAT原理：内网主机向外网主机发送的报文，经NAT时，IP/PORT会被转换为NAT为该主机分配的公网IP/PORT；内网主机的本地地址对外界不可见，外网主机只能通过NAT为该内网主机分配的公网IP/PORT，向它发送报文。

通过PAT(Port Address Translation)端口多路复用，让NAT背后的多台内网主机共享一个公网IP，最大限度节省外网IP资源NAT 的几个关键特点：1.网络被分为私网和公网两个部分， NAT 网关设置在私网到公网的路由出口位置，双向流量必须都要经过NAT 网关；2.网络访问只能先由私网侧发起，公网无法主动访问私网主机；3.NAT 网关在两个访问方向上完成两次地址的转换或翻译，出方向做源信息替换，入方向做目的信息替换；4.NAT 网关的存在对通信双方是保持透明的；5.NAT 网关为了实现双向翻译的功能，需要维护一张关联表，把会话的信息保存下来。

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２２．ＮＡＴ＃ＵＤＰＰ建：－－会话的策略源地址ｏｑ网Ｉ地址）Ｐ不同，在ＮＴ上对应不同的会话；ＡＰ源地址（ＩＱ）同，源端口不劂，在ＮＰ上也对应不同的会话：内网Ｐ，相￣址ＡＴ源
都能够直接对等交换信息，这就使得ＰＰ２网络的应用必须解决穿越
地址（内网Ｉ地址）吲，源端口相删，目的地址（网Ｉ地址）Ｐ相公Ｐ相同，但目的端口不同，在ＮＰ上对应硎一个会话。那么对于源地ＡＴ址（内网Ｉ地址）同，源端口相列，目的地址（网Ｉ地址）同，ｐ相公Ｐ不忽略目的端口，则在ＮＰ上是如何处理会活的呢？这正是我们要Ａ，ｒ
ＮＴＡ实现双向对等通讯的问题。笔者提出一种基于ＵＰ（ｓｒＤＵｅＤｔｒｒｏｏ），利用一台位于ＩｔｔａｇｍＰｏｃ１ａａｔｎｍｅｅ上的注册服务器实现不同ＮＴＡ之后的主机问的ＰＰ２通信的方法。
１ＮＡＴ和ＮＡＰＴ
维普资讯
１６南Ｉ种技２０年第６０工０７期
网络纵横
Ｎ网络中基于ＵＤＰＰ决方案研究ＡＴ的Ｐ解２
张海峰
（应学院）嘉摘要网络地址转换（Ａ技术的应用，不仅成功缓解了当前世界上的Ｉ地址短缺问题，而且作为防火墙可以为企业ＮＴ）Ｐ内部网提供对外的屏蔽。由于其禁止外网主机主动访问内网主机，这就为位于不同ＮＡ后的主机之间实现ＰＰＴ２通信带来了困难文中出通过一台公网服务器，利用ＵＰ提Ｄ来穿透ＮＡＴ实现ｌＰ，通信的解决方案。２
下面我们来看看利用ＵＰＤ协议来穿透ＮＰ的原理是什么。ＡＴ根据前文讨论，在拥有ＮＰ的网络上实现ＰＰＡＴ２通信的最大问题就是ＮＰ不会转发外部汁算机主动访问私有网络的数据ＡＴ（ＡＴＮＰ会丢掉该数据包）。为了解决这个问题，我们可以通过第三方服务器帮助，利用ＵＰＨｌＰｎｈｇＤｏｅｕｃｉ技术在内网的ＮＰ上打ｎＡＴ个 “ 洞” ，来实现ＰＰ２通讯。
关键词ＮＡＮＡＴ２ＵＤＰＴＰＰＰ
随着互联网应用的普及和发展，人们对便捷的信息交流和全球的资源共享，不断产生更高的希望和要求。网络地址转换（Ａ：ＮＴ
Ｎｅｗｒｄｅｓｒｎｌｔｎ技术曾给人们带来无限的憧憬，它不ｔｏｋＡｄｒｄｓａｓｉ）Ｔａｏ
２１会话的生命期，
ＮＰ￣每一个会活分配一个ＮＰＩＡＴＡＴ￣己的端口号，并依拱此端口号，收到的公网主机返回的ＴＰＩ数据包转发给对应的网将ｃ，Ｐ汁算机。这里的会活就是由Ｎ所维护的地址转换映射表。对于Ａ
ＴＰＣ连接的会话是以ＳＮＹ包开始，以ＦＮＩ包结束，ＮＰ可以很容易ＡＴ的获取到ＴＰＣ会话的生命周期，并进行处理。但是对于ＵＰＤ而言，并没有会话的开始和结束标志，而ＮＰ也不知道转发出去的ＡＴＵＰ议包是否到达了目的主机。而且鉴于ＵＰ议的特点．Ｄ协Ｄ协Ｎ领强制维持会话的存在，以便当外部反回数据时．能根据Ａ该会话将数据转发给相应的ｒ堋汁算机。不剐的厂商提供的ＮＰ设备对于会活维持的时问也不近相吲，也许几分钟，也许几ＡＴ个小时，有些还会根据设备的忙碌状态进行智能汁算时问的长短。
１１ＮＡＴ
Ｎ］Ａｒ－睦通过Ｉ地址映射的方式来实现Ｉ地址复用，即通过＿个ＰＰ或几个ＩＰ地址来实现私有网上所有计算机对ＩｅｎｔＪ问。ＮＴｎｒ￣访ｔｅＡ其
工作原理就是ＮＴｌＡａ有几个全球唯一Ｉ地址，并作为连通私有网络Ｐ和Ｉｔｎｔ接口，当私有网络的汁算机想访问Ｉｔｎｔ，ＮＴｎｒ的ｅｅｎｒｅ￣Ａ把ｅｆ
一
需要网络上的每台主机都有一个经注册的全球有效的Ｉ地址。局域Ｐ网内部的主机可通过局域网上的主机地址映射为Ｉｅｎｔｎｒｅｔ上的合法Ｉ地址，从而实现网络地址复用。但山于ＮＴＰＡ构建的网络环境异常复杂，层面较多，Ｉｔｅ的主机不能主动访问处于ＮＴｎｍｔｅ上Ａ之后的主机。而位于不同ＮＴ后的主机之问更是无法相互识别而不能直Ａ之接交换信息。为弥补这一缺憾，信息对等交换技术（２在众望ＰＰ）
所归形势下，便应运产生了。ＰＰ２网络不同于传统的客户机，务器模式，是一种完全分散服它式的体系结构，系统中的任何一台主机都处于同等的地位．既可它以请求得到服务，又可以提供服务，每台汁算机都列时具有客户机和服务器的双重功能．使得Ｉｔｎｔ的任何汁算机之问都能够直ｎｒｅ上ｅ接交换信息，实现了分布式汁算、协工作、搜索引擎、文件共享等各种功能。为ＰＰ２网络属于点对点的通讯．要求任何主机之问