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比特币网络
0.比特币网络简述
1）比特币采用了基于国际互联网（Internet）的P2P（peer-to-peer）网络架构（比特币的P2P网络下文会做详细介绍）；
2）“比特币网络”是按照比特币P2P协议运行的一系列节点的集合；
除了比特币P2P协议之外，比特币网络中也包含其他协议（比如Stratum协议就被应用于挖矿节点通信&&比特币轻钱包等）；
3）网关路由服务器（gateway）提供其他协议，并且基于P2P协议将这些协议接入到比特币网络中，并拓展到运行其他协议的各个节点。
1.P2P协议概述
P2P：对等计算机或对等网络。
P2P是一种分布式网络，网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源（处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等），这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其它对等节点直接访问而无需经过中间实体。
在此网络中的参与者既是资源提供者，又是资源获取者，网络中的每个节点都是以【扁平】的拓扑结构相互连通。
P2P的特点：
1）无中央服务器，打破了C/S模式；2）用户之间互联并分享文件；3）非中心化
P2P网络常见的拓扑结构：
1）中心化拓扑（又叫星行拓扑） 2）半中心化拓扑 3）全分布式拓扑（网状/扁平）
区块链中的P2P拓扑结构采用的是全分布式拓扑结构
2.区块链中的P2P协议有什么不同？
P2P的网络协议应用有很多， 规模最大也最成功的领域就是文件分享领域：比如BitTorrent（比特流：是一种内容分发协议，由布拉姆·科恩自主开发）；比如Napster;
比特币&以太坊等区块链实现了适合自己网络的定制化的P2P网络协议，与上述P2P协议稍有不同。
1）比特币的P2P网络是基于TCP协议构建的，主网默认通信端口8333；
2）以太坊的P2P网络是一个完全加密的网络，提供UDP和TCP两种连接方式（节点发现使用的UDP，节点间信息交互使用的是TCP），主网默认TCP通信端口30303，UDP端口30301；
区块链中的P2P协议，担负的职责有很多，比如节点发现与路由，比如节点交互等。
3.节点的功能有哪些？
一：由上我们知道，比特币网络的核心基础协议是P2P，比特币网络中的其他协议都是通过桥接服务器接入P2P网络，并且P2P网络中的节点都是对等的。
虽然，比特币网络中的节点是对等的，但是根据节点所承载的功能不同，不同节点在整个比特币网络中的分工也不同。
二：节点总共承载四个功能：
（1）挖矿：即部署了Stratum服务器的节点
（2）钱包：即转账交易功能
（3）路由
（4）区块链数据库：即Local存储区块链全部数据
如下图所示：
比特币网络节点
1）“网络路由”：功能是所有节点都具备的功能，也就是说不具备“网络路由功能的”节点不能称之为“比特币网络节点”；
2）”完整区块链“：指的是节点本地保存一份完整的并且最新的区块链全部数据。这样的节点，我们称之为“全节点”Full Node；
反之，有的节点只保存了部分的区块链数据（一般是运行SPV协议，本地保存区块头部SPV认证信息），这样的节点我们称之为“SPV节点”或者“轻量级节点”；
3）“挖矿”：指的是那些运行在特殊设备上，并且运行POW算法的节点，通过POW算法来互相竞争新区块的生成权；
4）“钱包”：用户的钱包也可以作为比特币网络的一个节点，比如BitCoin Core桌面钱包，以及SPV移动端轻量级钱包等。
4.节点的分类与分工
根据节点拥有上述四个功能中的多少来分类，比特币网络节点可以分为如下几种：
1）bitcoin core 比特币核心客户端
在比特币网络中，包含钱包，挖矿，完整的区块链数据，网络路由节点。
core
2）完整区块链节点
在比特币网络中，包含完整的区块链数据和网络路由节点；
full Node
3）独立矿工
本地拥有完整的区块链数据，无需实时与其他节点进行数据验证；拥有网络路由功能（所以可视为网络节点）；运行POW挖矿算法；
独立矿工
4）SPV轻钱包
不存储区块链所有数据，只保存SPV认证所需的必要信息；包含网络路由节点。
SPV钱包
以上，即是网络节点的大致分类，而我们也知道，“矿工”这个角色对于维护比特币网络的安全，对全网交易的进行发挥着举足轻重的作用，那么，根据矿工接入P2P网络的方式来区分，又分为几种类型的“矿工”呢？
5.“矿工”的分类
1）独立矿工
上文已经描述。
2）Stratum矿工（运行Stratum服务器）
运行Stratum挖矿协议的矿工（非节点）属于Stratum主服务器的子服务器；
Stratum协议矿工
3）矿池协议矿工（运行Pool服务器）
运行矿池挖矿协议的矿工服务器，通过Pool协议与Pool矿池主服务器进行交互；
矿池组，只有PooL矿池主服务器与P2P网路链接，大致的网络拓扑图如下：
简易化“矿工”网路拓扑图
6.网络节点如何发现？
在一个中心化的拓扑结构中，任何加入的网络的新节点只要连接到中心节点即可；
但是，比特币中的P2P网络节点都属于“对等节点”，那么比特币网络如何在“去中心化”的拓扑结构下，动态维护网络节点的呢？
当一个新的网络节点启动之后，该节点需要快速的与任何一个保持活跃状态的对等节点完成通信，加入到比特币网络中参与协同运作；
由于比特币网络的拓扑结构是不基于物理地址的，所以相邻节点的概念与物理信息无关；在新节点连接时，可以随机选择网络中存在的比特币节点与之相连。
节点之间的通信过程
1）对等节点之间是使用TCP协议进行握手通信的，主网默认通信端口8333；
2）通信交互的信息为，新加入节点A运行的P2P协议版本信息Version，BestHeight等（BestHeight字段标示了一个节点当前的区块链高度)，对等节点B接收到之后，会回复一个VersionAck信息。
3）对等节点B主动发起链接，发送本节点运行的P2P协议版本信息Version等，新加入节点A接收到之后，要恢复对等节点一个VersionAck信息。
4）新加入节点A发送一个getAddress()请求，要求对等节点B返回其已知的其他对等节点的IP地址列表。通过这种方式，新加入节点A可以找到需连接到的对等节点集合，并向网络发布它的消息以便其他节点查找。
5）新加入节点A，发送getBlocks()请求，对等节点B会返回B本地保存的顶端区块哈希值。如果节点A识别出它接收到的哈希值并不属于顶端区块，而是属于一个非顶端区块的旧区块，那么它就能推断出：其自身的本地区块链比其他对等节点的区块链更长。
6）拥有更长区块链的对等节点，会向全网广播出去，其他对等节点如果需要补充区块，则会向该拥有最长区块链的节点发起getdata()请求，获取全部数据；
Q&A：
1）以上过程为曾经加入过比特币网络中的FullNode节点 再次动态加入的过程，如果是一个新的FullNode节点呢？
那么它就不包含任何区块链信息，它只知道一个区块——静态植入在客户端软件中的创世区块。新节点需要下载从0号区块（创世区块）开始的数十万区块的全部内容，才能跟网络同步、并重建全区块链。
2）如果新加入的节点是一个SPV节点（轻量级节点）呢？
SPV节点使用的是一条getheaders消息，而不是getblocks消息来获得区块头。发出响应的对等节点将用一条headers消息发送多达2000个区块头。这一过程和全节点获取所有区块的过程没什么区别。
SPV节点还在与对等节点的连接上设置了布隆过滤器，用以过滤从对等节点发来的未来区块和交易数据流。任何目标交易都是通过一条getdata的请求来读取的。
以上，即时本期关于比特币P2P网络的所有内容，欢迎各位看官diss哦~~~
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