第10讲 | 深入区块链技术（二）：P2P网络

陈浩

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

在上一篇文章中，我大致讲解了一下区块链技术的几个核心要素。P2P 网络协议、分布式一致性算法（共识机制）、加密签名算法、账户与存储模型。今天我们就来看看区块链技术的第一个核心要素：P2P 网络。
如果我们简单来看 P2P 技术，它的应用领域已经非常广泛了，从流媒体到点对点通讯、从文件共享到协同处理，多种领域都有它的身影出现。
同样的，P2P 的网络协议也有很多，比较常见的有 BitTorrent、ED2K、Gnutella、Tor 等，也就是我们常说的 BT 工具和电驴。
比特币、以太坊等众多数字货币都实现了属于自己的 P2P 网络协议，但是这种模式并不同于以上讨论的 P2P 网络协议，所以我们今天讨论的重点主要是区块链技术的 P2P 技术，也就是比特币和以太坊的 P2P 网络。
由于区块链的 P2P 网络技术知识繁多，我们主要提炼其中的四个内容进行讲解：区块链的网络连接与拓扑结构、节点发现、局域网穿透与节点交互协议。
希望读完本篇可以让你对目前成熟的区块链 P2P 网络的拓扑结构以及运行原理有个大体的认知。
网络连接与拓扑结构1. 网络连接除去少数支持 UDP 协议的区块链项目外，绝大部分的区块链项目所使用的底层网络协议依然是 TCP 协议。
所以从网络协议的角度来看，区块链其实是基于 TCP/IP 网络协议的，这与 HTTP 协议、SMTP 协议是处在同一层，也就是应用层。
在“区块链的常见误区”这篇文章中，我们提到了“区块链是否会颠覆互联网”这一说法，如果要是认真分析的话，它颠覆的层面其实最多只到 HTTP 协议，不能再多了。
以 HTTP 协议为代表的、与服务端的交互模式在区块链上被彻底打破了，变更为完全的点对点拓扑结构，这也是以太坊提出的 Web3.0 的由来。
比特币的 P2P 网络是一个非常复杂的结构，考虑到矿池内部的挖矿交互协议与轻节点。我们仅仅讨论全节点这种场景下的 P2P 网络发现与路由。
比特币的 P2P 网络基于 TCP 构建，主网默认通信端口为 8333。
以太坊的 P2P 网络则与比特币不太相同，以太坊 P2P 网络是一个完全加密的网络，提供 UDP 和 TCP 两种连接方式，主网默认 TCP 通信端口是 30303，推荐的 UDP 发现端口为 30301。
2. 拓扑结构P2P 网络拓扑结构有很多种，有些是中心化拓扑，有些是半中心化拓扑，有些是全分布式拓扑结构。
比特币全节点组成的网络是一种全分布式的拓扑结构，节点与节点之间的传输过程更接近“泛洪算法”，即：交易从某个节点产生，接着广播到临近节点，临近节点一传十十传百，直至传播到全网。
（比特币全球节点图，图来自网络）
全节点与 SPV 简化支付验证客户端之间的交互模式，更接近半中心化的拓扑结构，也就是 SPV 节点可以随机选择一个全节点进行连接，这个全节点会成为 SPV 节点的代理，帮助 SPV 节点广播交易。
节点发现节点发现是任何区块链节点接入区块链 P2P 网络的第一步。这与你孤身一人去陌生地方旅游一样，如果没有地图和导航，那你只能拽附近的人问路，“拽附近的人问路”的这个动作就可以理解成节点发现。
节点发现可分为初始节点发现，和启动后节点发现。初始节点发现就是说你的全节点是刚下载的，第一次运行，什么节点数据都没有。启动后发现表示正在运行的钱包已经能跟随网络动态维护可用节点。

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区块链的P2P网络结构和节点交互过程是区块链技术中的关键部分。P2P网络协议在区块链技术中具有重要意义，比特币和以太坊等数字货币都实现了自己的P2P网络协议。文章深入探讨了P2P网络的连接与拓扑结构、节点发现、黑名单处理和长连接等内容。此外，文章还介绍了局域网穿透技术和节点交互协议。局域网穿透技术包括NAT技术和UPnP协议，可帮助将局域网中的区块链节点映射到公网上。节点交互协议则包括握手操作和请求命令，用于节点之间的交互和数据传输。文章还探讨了区块同步方式和P2P网络技术的重要性。总的来说，本文通过深入剖析P2P网络的技术细节，为读者提供了对区块链P2P网络拓扑结构和运行原理的全面认知。文章内容涵盖了比特币和以太坊等项目，展示了P2P网络模块对整个区块链网络稳定性的重要性。

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许成浩
第二种方式就是，代码中硬编码（ hard-code ）了一些地址，这些地址我们称之为种子节点（seed-node），当所有的种子节点全部失效时，全节点会尝试连接这些种子节点。这句话是有点迷糊、种子节点全部失效时，全节点尝试连接这些种子节点
作者回复: 不好意思，应该是基于DNS的种子节点全部失效时，会尝试连接Hard code的种子节点。
2018-08-02
4
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区块链先锋
节点和区块有什么区别
作者回复: 节点是启动的MySQL服务，区块是里面的表
2018-05-30
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guanhua
陈老师，请问区块同步方式1中，先同步区块头过程中就可以进行合法性验证了吗？之后再同步区块体就直接复制吗？每个区块头里面不都包含对上一个整个区块的哈希吗？
作者回复: 每个头都包含上个区块的整块哈希的。
2018-05-12
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艾草
比特币使用的是Gossip算法，以太坊使用的是Kademlia算法还有为什么老师说tcp/ip是应用层，在osi模型里，tcp是传输层，ip是网络层。
作者回复: 区块链其实是基于TCP/IP网络协议之上的，这与HTTP协议、SMTP协议是处在同一层，也就是应用层。这里说的是区块链，不是TCP/IP哦，是说区块链的P2P网络协议在应用层。
2019-07-12
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一身菜味
看起来像是gossip协议
作者回复: 是的呢
2018-06-29
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Aaron
根据节点的发现机制，完全可以爬取所有节点的信息
作者回复: Sipa有一套简单的代码，叫bitcoin-seeder。可以参考
2018-04-16
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呼啦斯卡
tcp/ip不是应用层协议
作者回复: 是的，与HTTP，SMTP协议在同一层，应用层。
2018-09-03
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wahaha
没有公网IP的两个节点不能用TCP直接互通吧？用UDP可以打洞来直接互通，不知有哪种区块链支持UDP打洞？
作者回复: 有的呀，uunp协议
2018-07-01
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Ud
请问1、一个节点要与多少个节点保持长连接？2、如果一个节点发起广播，如何保证不被其他节点循环广播同一个消息
作者回复: 你好，这个是算法可配置的，一般是8个或更多。
2018-05-23
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慢摇哥哥
陈老师，两个问题请教：bitnodes.earn.com显示比特币网络上才1万出头的节点，会不会太少有安全问题；另外，有很多节点的NETWORK显示Hangzhou Alibaba Advertise Co.，Ltd，这是因为这些矿工运行在阿里云的原因？
作者回复: 一万个节点是全节点，属于核心节点，类似电信的骨干网络。算上轻节点，不开放的节点，可能在百万以上。是的，很多开发和测试节点会在云上搭建，生产环境也首选在云上的。
2018-05-20

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