libp2p和gossip

P2P 网络核心技术:Gossip 协议 : 主要用在分布式数据库系统中各个副本节点同步数据之用,这种场景的一个最大特点就是组成的网络的节点都是对等节点,是非结构化网络,这区别与之前介绍的用于结构化网络中的 DHT 算法 Kadmelia;

许多知名的 P2P 网络或区块链项目,列如 IPFS,Ethereum 等,都使用了 Kadmelia 算法,而大名鼎鼎的 Bitcoin 则是使用了 Gossip 协议来传播交易和区块信息


这里先简单介绍一下 Gossip 协议的执行过程:

Gossip 过程是由种子节点发起,当一个种子节点有状态需要更新到网络中的其他节点时,它会随机的选择周围几个节点散播消息,收到消息的节点也会重复该过程,直至最终网络中所有的节点都收到了消息。这个过程可能需要必定的时间,由于不能保证某个时刻所有节点都收到消息,但是理论上最终所有节点都会收到消息,因此它是一个最终一致性协议。

下面,我们通过一个具体的实例来体会一下 Gossip 传播的完整过程

为了表述清楚,我们先做一些前提设定:

(1)Gossip 是周期性的散播消息,把周期限定为 1 秒
(2)被感染节点随机选择 k 个邻接节点(fan-out)散播消息,这里把 fan-out 设置为 3,每次最多往 3 个节点散播。
(3)每次散播消息都选择尚未发送过的节点进行散播
(4)收到消息的节点不再往发送节点散播,列如 A -> B,那么 B 进行散播的时候,不再发给 A。


Gossip 中的通信模式
在 Gossip 协议下,网络中两个节点之间有三种通信方式:

Push: 节点 A 将数据 (key,value,version) 及对应的版本号推送给 B 节点,B 节点更新 A 中比自己新的数据
Pull:A 仅将数据 key, version 推送给 B,B 将本地比 A 新的数据(Key, value, version)推送给 A,A 更新本地
Push/Pull:与 Pull 类似,只是多了一步,A 再将本地比 B 新的数据推送给 B,B 则更新本地
如果把两个节点数据同步一次定义为一个周期,则在一个周期内,Push 需通信 1 次,Pull 需 2 次,Push/Pull 则需 3 次。虽然消息数增加了,但从效果上来讲,Push/Pull 最好,理论上一个周期内可以使两个节点完全一致。直观上,Push/Pull 的收敛速度也是最快的

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