常見P2P協(xié)議之BitTorrent分析

這段時間在研究BT數(shù)據(jù)流如何突破防火墻的，但是最后好像有點攔截的意思，反了:(，還是把它總結(jié)一下，歡迎討論，wengpingbo@gmail.com BitTorrent 協(xié)議介紹 BitTorrent 是一種 P2P 協(xié)議。用于在對等網(wǎng)絡(luò)中，用戶群和用戶群 (peer-to-peer) 之間的文件分享。并

這段時間在研究BT數(shù)據(jù)流如何突破防火墻的，但是最后好像有點攔截的意思，反了:(，還是把它總結(jié)一下，歡迎討論，wengpingbo@gmail.com

BitTorrent協(xié)議介紹

BitTorrent是一種P2P協(xié)議。用于在對等網(wǎng)絡(luò)中，用戶群和用戶群(peer-to-peer)之間的文件分享。并且，對于一個文件，用戶群越大，下載速度就越快。BitTorrent協(xié)議能夠減少服務(wù)端和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對分享大文件的影響，由于是分布式節(jié)點互傳數(shù)據(jù)，某一部分的網(wǎng)絡(luò)擁堵或服務(wù)器宕機并不會對整個傳輸鏈路造成太大的影響。

BitTorrent協(xié)議是由程序員Bram Cohen在2001年四月份設(shè)計的，最終版本在2008年確定。有很多客戶端實現(xiàn)了BitTorrent協(xié)議，最常見的有Vuze、μTorrent、BitTorrent、BitComet、Transmission和Xunlei。

BitTorrent協(xié)議組成部分

一個BitTorrent文件傳輸過程，通常需要由以下幾個部分組成：

種子文件結(jié)構(gòu)

一個種子文件，通常是以.torrent后綴結(jié)尾。BitTorrent協(xié)議規(guī)定，torrent文件本身，內(nèi)容必須是utf8編碼格式，并且其中的字段結(jié)構(gòu)采用bencoding編碼格式。

Torrent種子文件由兩部分組成：announce（tracker url）和文件信息。

下面以一個正常的torrent文件來分析種子文件的結(jié)構(gòu)。

該種子文件的一部分如下：

d8:announce78:http://www.chinahdtv.org/announce.php?passkey=6e7a1c7ca4164d87e9b0e00ec63aa74910:created by13:uTorrent/204013:creation datei1369699038e8:encoding5:UTF-84:infod5:filesld6:lengthi158784e4:pathl53:Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.chn.srteed6:lengthi107117e4:pathl54:Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.chn1.srteed6:lengthi93644e4:pathl54:Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.chn2.srteed6:lengthi4272200020e4:pathl49:Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.mkveee4:name56:鋼鐵俠3.Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x26412:piece lengthi4194304e6:pieces20380:012ef......:privatei1e6:source23:[hd.gg] CNHD ChinaHDTVee

根據(jù)bencoding編碼格式，把這段字符解碼還原后，就是如下內(nèi)容：

announce:http://www.chinahdtv.org/announce.php?passkey=6e7a1c7ca4164d87e9b0e00ec63aa749

created by:uTorrent/2040

creation date:1369699038

encoding:UTF-8

info:

{files:[

{length:158784,path:[Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.chn.srt]}, {length:107117,path:[Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.chn1.srt]}, {length:93644,path:[Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.chn2.srt]},

{length:4272200020,path:[Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264.mkv]}],

name:鋼鐵俠3.Iron.Man.3.2013.HDSCR.ULTRA.EDiTiON.720p.x264,

piece length:4194304,

pieces:P1,P2,P3...P1019

private:1

source:[hd.gg] CNHD ChinaHDTV

}

關(guān)于具體bencoding編碼，請參考引用中的鏈接。從上面的結(jié)果可以看出，一個torrent種子文件有點類似于XML格式的文件，包含如下組成部分：

注意，以上的每個屬性并不是必須的，有的屬性屬于BitTorrent Enhancement Proposals (BEPs)，就是BitTorrent協(xié)議的擴展，雖然不屬于正式標準的一部分，但是很多客戶端都支持這種格式

BitTorrent通信流程與網(wǎng)絡(luò)包結(jié)構(gòu)

BitTorrent協(xié)議支持基于TCP或UTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，但是由于TCP協(xié)議是有連接的，需要先進行握手。在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，每個種子會占有大量的TCP連接，從而占有大量的用戶帶寬。這給其他需要高實時性的應(yīng)用造成很大的網(wǎng)絡(luò)壓力。

于是BitTorrent又支持UTP協(xié)議用來進行數(shù)據(jù)傳輸，這也是當前大部分BT下載客戶端所采用的實現(xiàn)方式。UTP(uTorrent Transport Protocol)是基于UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的，也就是無連接協(xié)議，采用這種協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，可以很容易進行帶寬控制，不會造成網(wǎng)絡(luò)擁堵。

下面主要分析BitTorrent中的UTP協(xié)議，因為這個常用嘛！

UTP協(xié)議的包結(jié)構(gòu)如下：（不包含UDP header）

Fig. 1 UTP包結(jié)構(gòu)(來自bittorrent.org)

可能說這么多，有點混亂了，下面以一個具體的UTP包做說明。

數(shù)據(jù)包內(nèi)容如下：

0000 78 ac c0 55 45 4a 00 0c 86 23 b8 00 08 00 45 00

0010 00 30 2f e7 00 00 66 11 a4 23 01 a4 60 2e db f6

0020 42 ea 8f b9 cf 46 00 1c 00 00 21 00 19 a2 ec 07

0030 ea 27 c3 62 4a be 00 37 f5 10 11 89 32 d4

其中0x00-0x29是UDP header，這里不再分析。咱來看一下它的數(shù)據(jù)部分：

210019a2ec07ea27c3624abe0037f510118932d4

可以看出來：

BitTorrent數(shù)據(jù)包的特征與識別

由于BitTorrent數(shù)據(jù)包是應(yīng)用層協(xié)議，所以必須要通過DPI技術(shù)，才能識別這種協(xié)議的流量。識別這種流量有兩種方法：

一是檢測兩個peer之間的大流量連接。如果發(fā)現(xiàn)兩個ip之間出現(xiàn)大量異常udp數(shù)據(jù)包，可以采取丟包的方式，來限制傳輸速率。

另外一種方法，就是運用DPI技術(shù)，讀取UDP數(shù)據(jù)部分，如果發(fā)現(xiàn)大量的UDP包的負載前幾個字節(jié)是0x0100，則判斷為BitTorrent流量，并采取相應(yīng)的措施。

References

1. http://en.wikipedia.org/wiki/BitTorrent_client

2. http://en.wikipedia.org/wiki/BitTorrent

3. http://www.bittorrent.org/beps/bep_0000.html

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