面试题：P2P通信技术在网络编程中的应用场景及实现难点

Question

列举至少三个P2P通信技术在实际网络编程中的应用场景，并分析在实现这些应用场景时会遇到哪些主要的技术难点，如网络穿透、节点发现与维护等方面。

Answer 1

应用场景

1. 文件共享：如BitTorrent，用户可从多个节点下载文件不同部分，加快下载速度。
2. 实时通信：像Skype，实现语音、视频通话，支持多人实时交流。
3. 分布式存储：例如IPFS，将文件分散存储在不同节点，提高数据冗余与可用性。
4. 网络游戏：部分联机游戏通过P2P让玩家直接交互，减少服务器负载。

技术难点

1. 网络穿透：
   • NAT限制：不同类型NAT（对称型、锥形等）对端口映射规则不同，需适配多种NAT类型，实现外网与内网节点通信。
   • 防火墙：防火墙可能阻止特定端口或协议的流量，要在不影响安全前提下，配置或绕过防火墙以允许P2P通信。
2. 节点发现与维护：
   • 大规模网络：在大规模P2P网络中，高效发现新节点并维护节点列表困难，广播发现效率低且易造成网络拥塞，需设计分布式哈希表（DHT）等更高效查找算法。
   • 节点动态性：节点随时可能加入或离开网络，要实时更新节点信息，保证数据一致性与连接稳定性，处理节点失效和网络分区问题。
3. 数据安全与隐私：
   • 数据加密：在节点间传输数据需加密，防止数据被窃取或篡改，选择合适加密算法（如AES）并合理部署密钥管理系统。
   • 隐私保护：防止节点身份与通信内容被追踪，需采用匿名通信技术（如Tor原理）保护用户隐私。
4. 性能优化：
   • 带宽利用：合理分配节点带宽，避免某个节点因大量数据传输导致网络拥塞，影响整体性能。
   • 延迟控制：减少节点间通信延迟，特别是实时通信场景，优化路由算法与数据传输策略。