Описание протокола BitTorrent или как правильно пользоваться торрентами.
BitTorrent (дословно «поток битов») — P2P-протокол, предназначенный для обмена файлами через интернет.
BitTorrent был создан программистом Брэмом Коэном.
Терминология
* Раздача (англ. seeding) — процесс распространения файла по протоколу BitTorrent.
* Пир (англ. peer — соучастник) — клиент, участвующий в раздаче. Иногда пирами называют только скачивающих участников.
* Сид, иногда сидер (англ. seeder — сеятель) — пир, имеющий все
сегменты распространяемого файла, то есть либо начальный
распространитель файла, либо уже скачавший весь файл.
* Личер (англ. leech — пиявка) — пир, не имеющий пока всех
сегментов, то есть продолжающий скачивание. Термин часто употребляется и
в негативном смысле, который он имеет в других файлообменных сетях:
пользователь, который отдает гораздо меньше, чем скачивает.
* Рой (англ. swarm) — совокупность всех пиров, участвующих в раздаче.
* Доступность (англ. availability), или distributed copies —
количество полных копий файла, доступных клиенту. Каждый сид добавляет
1,0 к этому числу; личеры увеличивают доступность в зависимости от
количества скачанного, которого нет у других личеров. К примеру, если на
раздаче есть один сид и два личера, скачавшие по 50% файла (скачанные
части равны между собой), то доступность равна 1,50.
* Рейтинг (англ. share ratio) — отношение отданного к скачанному.
* Анонс (англ. announce) — обращение клиента к трекеру. При
каждом анонсе клиент передаёт на трекер информацию об объёмах им
скачанного и отданного, a трекер передаёт клиенту список адресов других
клиентов. Обращение клиента к трекеру происходит через определённые
интервалы времени, которые определяются настройками клиента и трекера.
* URL анонса (англ. announce URL) — адрес трекера, к которому
клиент делает анонс. Во многих клиентах называется «Tracker URL». Может
включать «passkey» — уникальный код, назначаемый трекером для аккаунта
пользователя, помогающий идентифицировать его на трекере (добавляется к
URL анонса в самом *.torrent-файле).
Общие особенности торрентов
* Отсутствие очередей на закачку.
* Файлы закачиваются небольшими сегментами; чем менее доступен сегмент,
тем чаще он будет передаваться. Таким образом, присутствие в сети
«сидера» с полным файлом для загрузки необязательно — система
распределяет сегменты между «пирами», чтобы в последующем они могли
обмениваться недостающими сегментами.
* Клиенты (peers) обмениваются сегментами непосредственно между собой, по принципу «ты — мне, я — тебе».
* Закачанные сегменты становятся немедленно доступны другим клиентам.
* Контролируется целостность каждого сегмента.
* В качестве объекта закачки могут выступать несколько файлов (например, содержимое каталога).
Протоколы и порты, используемые в реализации торрентов
Клиенты соединяются с трекером по протоколу TCP.
Клиенты соединяются друг с другом, используя протокол TCP.
Номера портов не фиксированы в спецификации протокола и могут изменяться
при необходимости. Более того, в данный момент большинство трекеров
используют обычный HTTP порт 80, а для клиентов рекомендуется выбрать
случайный входящий порт.
DHT-сеть в BitTorrent-клиентах использует протокол UDP.
Кроме того, протокол UDP используется UDP-трекерами (не поддерживается
всеми клиентами и не является официальной частью протокола) и для
соединения клиентов друг с другом через UDP NAT Traversal (используется
только в клиенте BitComet и не является официальной частью протокола).
Файл метаданных
Bittorrent не имеет системы поиска: для каждого распространяемого файла
создаётся файл метаданных с расширением .torrent, который содержит
следующую информацию:
* URL трекера;
* общую информацию о закачиваемом файле (имя, длину и пр.);
* контрольные суммы (точнее, хэш-суммы SHA1) сегментов закачиваемого файла.
Файлы метаданных могут распространяться через любые каналы связи —
например, они (или ссылки на них) могут выкладываться на веб-серверах,
размещаться на домашних страницах пользователей сети, рассылаться по
электронной почте, публиковаться в блогах или новостных лентах RSS.
Клиент начинает закачку, получив каким-либо образом файл с метаданными, в котором есть ссылка на трекер.
Торрент-трекер
Торрент-трекер (англ. torrent tracker) — специализированный сервер,
работающий по протоколу HTTP. Трекер нужен для того, чтобы клиенты могли
найти друг друга. Фактически, на трекере хранятся IP-адреса, входящие
порты клиентов и хэш-суммы, уникальным образом идентифицирующие объекты,
участвующие в закачках. По стандарту, имена файлов на трекере не
хранятся, и узнать их по хэш-суммам нельзя. Однако на практике трекер
часто помимо своей основной функции выполняет и функцию небольшого
веб-сервера. Такой сервер хранит файлы метаданных и описания
распространяемых файлов, предоставляет статистику закачек по разным
файлам, показывает текущее количество подключенных пиров и пр.
Координация торрент-клиентов
Основная функция BitTorrent трекера — обработка запросов клиентов.
Каждый клиент периодически обращается к трекеру с запросом, в котором указаны:
* info_hash — уникальный хеш торрент файла
* port — TCP порт, на котором клиент ждёт соединений от других клиентов
* количество данных, которыми клиент успел обменяться с другими клиентами
* и некоторая другая информация.
Такое обращение представляет собой обычный GET HTTP запрос, в котором
информация закодирована с помощью специального протокола Bencode.
Если в BitTorrent клиенте открыто несколько активных торрент файлов, то
для каждого используется отдельный запрос, никак не связанный с другими.
Интервалы между запросами по каждому отдельно взятому торренту зависят
от настроек клиента и обычно составляют от 30 до 60 минут.
BitTorrent трекер, используя info_hash, составляет списки IP адресов и
портов участвующих в каждой отдельной раздаче клиентов. Каждому клиенту в
ответ на очередной запрос трекер возвращает такой список, и клиент
использует его для установления соединений с другими клиентами.
Роль торрент-трекера
Таким образом, трекер «связывает» клиентов друг с другом, но напрямую не
участвует в обмене данными раздаваемых файлов. Более того, в принципе
трекер может работать, не имея никакой информации об этих файлах,
поскольку клиенты сообщают ему только info_hash.
Трекер считается «слабым» местом системы BitTorrent, поскольку при его
отключении новые клиенты просто не могут друг друга «найти». При этом
уже участвующие в раздаче клиенты могут некоторое время продолжать
файлообмен, постепенно теряя тех, кто отключился или у кого поменялся
динамический IP адрес.
Для разрешения этой проблемы могут использоваться резервные трекеры или специальный бестрекерный протокол DHT.
Дополнительные функции торрент-трекера
Большинство реализаций трекеров, кроме координации клиентов, также имеют
дополнительные функции, доступные пользователям с браузерами через
обычный веб-сервер, часто с другим адресом или портом, чем у интерфейса
для запросов клиентов.
Так, практически все трекеры отображают статистику раздач, то есть
количества сидов и пиров на каждой раздаче, общие объёмы переданных
между клиентами данных и другую доступную им информацию.
Часто трекеры используются для хранения торрент-файлов и их описаний.
Частные торрент-трекеры
Частный (англ. private) трекер — это трекер, ограничивающий доступ
пользователям, обычно требованием регистрации учётной записи.
Одной из причин появления частных трекеров является ассиметричность
пользовательских каналов доступа к Интернет. Средний пользователь за
время скачивания торрента успевает отдать другим пользователям
незначительную по объёму часть данных, при этом многие пользователи
после получения нужного файла сразу закрывают торрент клиент. В
результате доступность торрента снижается, и на первоначальных
распространителей файла ложится неоправданно большая нагрузка.
Как правило, частные трекеры записывают статистику каждого пользователя
по количеству «скачанного» и «отданного» другим пользователям, и требуют
поддержания некоторого минимального отношения этих двух величин. Как
результат, доступность и скорость скачивания торрентов на частном
трекере обычно выше, чем на открытом.
Для опознания запросов от клиента (программы) пользователя трекер либо
использует IP адрес пользователя либо уникальный для каждого
пользователя passkey, добавляемый трекером в announce URL торрент файла
при скачивании пользователем.
Реализации торрент-трекеров
Существуют разные реализации трекеров, например как отдельный
веб-сервер, в виде модуля для стороннего HTTP сервера (например Apache),
или в виде движка сайта, написанного например на PHP или JSP.
Работа без торрент-трекера
В новых версиях протокола были разработаны бестрекерные (англ.
trackerless) системы, которые решают некоторые из предыдущих проблем.
Отказ трекера в таких системах не приводит к автоматическому отказу всей
сети.
Начиная с версии 4.2.0 официального клиента, в нем реализована функция
бестрекерной работы, базирующаяся на протоколе Kademlia. В таких
системах трекер доступен децентрально, на клиентах, в форме
распределенной хеш-таблицы.
На данный момент еще не все клиенты используют совместимый друг с другом
протокол. Совместимы между собой BitComet, µTorrent, KTorrent и
официальный клиент BitTorrent. Azureus также имеет режим бестреккерной
работы, но его реализация отличается от официальной, вследствие чего он
не может работать через DHT с вышеперечисленными клиентами.
Принцип работы протокола BitTorrent
Перед началом закачки, клиент подсоединяется к трекеру, сообщает ему
свой адрес и хэш-сумму запрашиваемого файла, на что в ответ, клиент
получает адреса других клиентов, скачивающих или раздающих этот же файл.
Далее клиент периодически информирует трекер о своем прогрессе и
получает обновленный список адресов.
Клиенты соединяются друг с другом и обмениваются сегментами файлов без
непосредственного участия трекера. Для эффективной работы сети
BitTorrent необходимо, чтобы как можно больше клиентов были способны
принимать входящие соединения. Неправильная настройка NAT или файрвола
могут этому помешать.
При соединении клиенты сразу обмениваются информацией об имеющихся у них
сегментах. Клиент, желающий скачать сегмент, посылает запрос, и если
второй клиент готов отдавать, получает этот сегмент. После этого клиент
проверяет контрольную сумму сегмента и оповещает всех присоединенных
пиров о наличии у него этого сегмента.
Каждый клиент имеет возможность временно блокировать отдачу другому
клиенту (англ. choke). Это делается для более эффективного использования
канала отдачи. Кроме того, при выборе — кого разблокировать,
предпочтение отдается пирам, которые сами передали этому клиенту много
сегментов. Таким образом, пиры с хорошими скоростями отдачи поощряют
друг друга по принципу «ты — мне, я — тебе».
Super seeding (cупер-сид) Супер-сид (англ. super seeding) — метод,
реализованный в тех клиентах BitTorrent, авторы которых пытаются
минимизировать объем данных до первого завершения загрузки пира. Метод
был задуман Джоном Хофманом и впервые был осуществлен в клиенте
«BitTornado» в середине 2003 г.
Супер-сид является изменением в поведении сидеров и не может быть
осуществлен без нарушения протокола BitTorrent. Тем не менее, это не
утверждается ни разработчиком протокола, Брэмом Коэном, ни в официальном
клиенте.
Супер-сид действует, когда имеется только один сидер. Фактически, он
заставляет пользователей делиться скачанными данными. Клиент, отдавший
одному участнику какую-либо часть файла, прекращает передачу данных до
тех пор, пока не обнаружит в сети вторую копию этой части. Поскольку
многие участники не имеют возможности или не желают делать доступными
для других скачанные данные, общая скорость отдачи падает. В обычном
режиме же, в отличие от супер-сид, каждый всегда получает запрошенную
информацию, если она имеется, поэтому в нем средняя скорость передачи
данных выше.
Супер-сид эффективен при раздачах с большим количеством качающих. При
небольшой группе людей (2—3 человека) их клиенты в силу разных причин
могут отказаться устанавливать связь друг с другом. В этом случае
включенный супер-сид заставит клиентов ждать, пока данные станут
доступны. Когда число качающих велико (10—20 человек), достаточно отдать
каждую часть файла только один раз, тогда клиенты смогут обменяться ею
между собой, и каждый из них получит файл целиком.
Источник
|
