[以太坊源码分析][p2p网络01]：什么是以太坊p2p网络

近期在学习以太坊的源码，先是看p2p网络，因此开个大坑，来介绍一下学习所得。若是有什么问题，欢迎提出交流与指导。

0.索引

01.什么是p2p网络
02.以太坊的p2p网络结构
03.以太坊p2p网络的函数入口

1.什么是p2p网络

p2p，peer to peer，对等网络。即网络中的每个节点都是相同的。

C/S模式vsP2P

C/S模式
先来看一下非p2p的网络，即传统的C/S模式，也就是客户端发送请求与使用服务，服务器满足这些请求并提供服务。资源存储在中心的服务器上。

client/server模式
中间的节点为服务器节点，周围的节点为客户端节点，每个客户端都需要连接到服务器才能使用该服务器提供的服务。这种模式很方便，易于管理，只需要维护服务器节点即可。但是如果服务器出现一点问题，就会导致一段时间内，所有的客户端都无法使用服务，而且可能会随着客户端节点数量增大，而导致服务器的负担增大，降低效率。

p2p
在p2p网络中，如下图，两个节点相互连接的机会是一样的，任意两个节点都能相互连接，以及进行信息的传递，也就是，每个节点既可以是服务的发起方，也可以是服务的接收方。资源分布在各个节点之上。

p2p简化图
需要查找资源的时候，只需要找到存放该资源的节点即可。由于资源分散的存放在节点上，所以资源的请求不会唯一指向某个节点，减缓了单个节点的负担。某个节点离开网络，并不会导致服务的停止，因为缓存的技术可以使其他的节点也拥有该节点相同的资源。不过p2p网络相对而言不好管理维护，因为所有的节点都是参与方。

在p2p网络的基础上，使得区块链有一个特性：去中心化。

p2p网络又可分为无结构化与结构化。

• 无结构化。
  优点：无结构化的网络容易搭建，可扩展性较强，特别是在大量的节点经常加入和离开网络的时候，无结构化的p2p网络都能轻松应对。

  缺点：由于缺乏结构，节点在网络中查询数据的时候，需要通过泛洪的形式，找到拥有该数据的节点。泛洪指的是全网广播的方式，先是某个节点向它的邻居节点广播消息，邻居节点收到消息后再向自己的邻居节点广播，直到整个网络知晓这个消息，有点类似于石块落入湖泊中，一圈一圈荡漾开去的涟漪。泛洪会导致网络中的信息流量太大，而使用较多的计算机资源，并且，不能保证最终能查询到数据（如果一开始数据就不存在于网络中）。

• 结构化。
  优点：节点以一定的规则相邻形成某种结构（树形或环形），使用基于DHT（分布式哈希表）的技术。结构化的网络一般节点和资源都有id的概念，节点id唯一指向该节点，资源id可由资源名的哈希得到，指向该资源。这样的做法在网络中定位了节点和资源。再将节点id与资源id进行一定关系的映射，（比如说两个id取一样的格式，一样的长度），就可以高效查询到所需要的资源。

  缺点：结构化需要维护满足特定条件的相邻节点列表（即形成某种结构），如果发生大量节点经常加入和离开网络的情况，可能会导致更多的节点也失去连接，需要再重新形成结构，增加网络通信开销。

2.以太坊的p2p网络结构

对于区块链的去中心化网络，一般来说，有结构的网络，相对效率较高，但是容易遭受攻击，或者某一主要节点出现问题而影响性能。无结构的网络，相对安全性高，但是效率低一些。

对此，以太坊做了折中的处理，底层的节点发现使用了结构化的kad算法，而上层的节点广播是以无结构的形式进行。（后面会做详细一点的介绍。）

以下是以太坊p2p网络的大致流程图：

以太坊p2p网络

由上图，以太坊p2p网络的源码分析大致分为：

• 底层网络：p2p网络是怎么构建的，即节点发现，建立连接的部分。
• 上层网络：区块和交易是怎么进行广播的，peer和peer如何进行数据同步的。
• 底层网络与上层网络如何建立联系。

3.以太坊p2p网络的函数入口

（使用的版本是go-ethereum-1.8）
最开始的启动函数是node/node.go里的Start，如下

func (n *Node) Start() error {
    // 将 Node.config 的p2p的配置置入n.serverConfig中
    ...
    // 新建一个p2p模块里的Server对象running
    running := &p2p.Server{Config: n.serverConfig}
    n.log.Info("Starting peer-to-peer node", "instance", n.serverConfig.Name)
    // 在running中加入协议
    ...
    for _, service := range services {
        running.Protocols = append(running.Protocols, service.Protocols()...)
    }
    // 启动p2p服务
    if err := running.Start(); err != nil {
        return convertFileLockError(err)
    }
    // 启动每一个服务
    ...
    if err := service.Start(running); 
    ...
    // 最后启动RPC接口
    if err := n.startRPC(services); 
    ...
}

• 先加入p2p网络的配置信息。
• 新建一个Server对象，Server是p2p模块最核心的数据结构，管理底层p2p网络的整个流程。
• 收集每一个服务的协议，并在Server对象里加入这些协议。
• 启动p2p，即开始构建底层网络。
• 启动服务。例如，ethereum服务，这是一个以太坊的全节点服务，管理上层peer的ProtocolManager就包含在这个ethereum服务里。
• 最后启动RPC接口。

上述的Server对应的是底层的网络，ProtocolManager对应的是上层的网络。接下来先介绍底层网络，即从Server开始。（Server在p2p.server.go中）

4.后续链接

后续完成的会在此处放上链接。
[p2p网络02]：启动底层网络以及监听TCP连接
[p2p网络03]：发起TCP连接请求
[p2p网络04]：基于UDP的节点发现
[p2p网络05]：底层节点如何与上层节点联系
[p2p网络06]：交易广播和区块广播
[p2p网络07]：同步区块和交易