本文是《循序渐进比特币》第五篇-比特币网络原理分析。我们知道区块链底层就是一个P2P网络。本文我们只会简单讲一下比特币P2P网络的原理，不会涉及代码层面的知识。接下来的两节，会进行代码分析。

1 P2P基础知识

之前讲过P2P知识-拓扑结构与内容路由简析，我们在这儿简单回顾下：

1.1 P2P是什么

对等网络，即对等计算机网络，是一种在对等者（Peer）之间分配任务和工作负载的分布式应用架构，是对等计算模型在应用层形成的一种组网或网络形式。

1.2 P2P的拓扑结构

P2P拓扑结构经历了集中式、纯分布式、混合式、结构式四个阶段。

• 集中式具有单点的风险
• 纯分布式则会出现flood性能问题 以及响应风暴的问题
• 混合式则选用了几个Super node, 其他作为ordinary node , 这种结构则结合了集中式跟分布式的优点
• 结构化目前看来也比较理想。目前比较典型的算法是Kad算法，以太坊就采用了这种算法，后面我们会有文章专门讲解以太坊的网络。

2 比特币网络P2P

比特币采用了上述那种P2P拓扑结构呢？ 个人认为应该是处于纯分布式跟混合式之间，更偏向于混合式。

3 节点发现

比特币中的节点发现有两种方式：
（1）利用种子节点： 比特币网络中会有几个种子节点，硬编码在比特币的代码中。这几个种子节点为其他新进入网络中的节点提供路由功能。
当普通节点（比如节点A）跟种子节点连接之后，会获取种子节点上其他节点的信息(比如节点B、C)，有了众多节点信息之后，节点A会记录下来，等下次再启动时，可以从DB中读取自己记录的节点信息。如果自己记录的节点都离线了，则会继续去读取种子的信息。
（2）引导节点： 如果已经知道某些节点信息，在启动时可以直接指定这些节点。

4 地址广播与发现

新节点加入网络之后，自身存储的其他peer信息不充足，此时可以向已经连接的节点，比如种子节点发送getAddr消息，收到getAddr消息的节点，会查询自身缓存的peer信息，发送给请求peer.
新节点加入之后，发送addr消息，收到addr消息的节点，会广播这个新节点的地址，这样很快新节点的信息就会遍布全网。

5 握手协议

节点发现之后，要进行连接，连接的第一步就是握手。握手的主要内容是看对方是不是对的节点，比如是不是同一个网络（具有相同的networkId）、版本号是不是太老等。
握手的步骤就是一方（A）发送version消息，另一方(B)收到之后发送verAck消息进行确认。然后另一方(B)再发送version消息，等待本方(A)的verAck， 经过这个交互过程，双方就可以建立连接，互相通信了。
另外，btcd版本的getAddr 消息就是在发送version 消息时，检查peer数量是否满足某个阈值，如果不满足就顺带发送getAddr消息。

6 连接管理

btcd版本的连接管理主要是由connManager来处理。里面定义了inbound（进入的请求）管理、outbound(请求别人)管理、连接建立管理、连接消息管理等几部分组成。

7 消息互通

比特币的消息通信主要分peer、block、message、inv等几种。定义了一个staleHandler 协程来监控消息处理的进展； 还定义了一个queueHandler协程, 所有的任务通过它来调度； 针对每种消息，都定义了一种特殊的处理handler方法。

8 参考文献

比特币源码
比特币源码分析--P2P网络初始化

9 其他

本文是《循序渐进比特币》的第五篇-比特币网络原理分析。
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