以太坊P2P网络及节点发现机制
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目录1 分布式网络介绍1.1 Kad网介绍1.2 Kad网络节点距离1.3 K桶
1.4 Kad通信协议
2 邻居节点
2.1 NodeTable类主要成员
2.2 邻居节点发现方法
2.3 邻居节点网络拓扑及刷新机制。
1 分布式网络介绍
以太坊底层分布式网络即P2P网络，使用了经典的Kademlia网络，简称kad。
1.1 Kad网介绍
Kademlia在2002年由美国纽约大学的PetarP.Manmounkov和DavidMazieres提出，是一种分布式散列表(DHT)技术，以异或运算为距离度量基础，已经在BitTorrent、BitComet、Emule等软件中得到应用。
1.2 Kad网络节点距离
以太坊网络节点距离计算方法：
- Node1：节点1 NodeId
- Node2：节点2 NodeId
1.3 K桶
Kad的路由表是通过称为K桶的数据构造而成，K桶记录了节点NodeId，distance，endpoint，ip等信息。以太坊K桶按照与target节点距离进行排序，共256个K桶，每个K桶包含16个节点。
图1.1
1.4 Kad通信协议
以太坊Kad网络中节点间通信基于UDP，主要由以下几个命令构成，若两个节点间PING-PONG握手通过，则认为相应节点在线。
2 邻居节点
2.1 NodeTable类主要成员
C++版本以太坊源码中，NodeTable是以太坊 P2P网络的关键类，所有与邻居节点相关的数据和方法均由NodeTable类实现。
2.2 邻居节点发现方法
邻居节点是指加入到K桶，并通过PING-PONG握手的节点。
图2.1
邻居节点发现流程说明：
- 系统第一次启动随机生成本机节点NodeId，记为LocalId,生成后将固定不变，本地节点记为local-eth。
- 系统读取公共节点信息，ping-pong握手完成后，将其写入K桶。
- 系统每隔7200ms刷新一次K桶。
- 刷新K桶流程如下：
a. 随机生成目标节点Id，记为TargetId，从1开始记录发现次数和刷新时间。
b. 计算TargetId与LocalId的距离，记为Dlt
c. K桶中节点的NodeId记为KadId，计算KadId与TargetId的距离，记为Dkt
d. 找出K桶中Dlt大于Dkt的节点，记为k桶节点，向k桶节点发送FindNODE命令，FindNODE命令包含TargetId
e. K桶节点收到FindNODE命令后，同样执行b-d的过程，将从K桶中找到的节点使用Neighbours命令发回给本机节点。
f. 本机节点收到Neighbours后，将收到的节点写入到K桶中。
g. 若搜索次数不超过8次，刷新时间不超过600ms，则返回到b步骤循环执行。
2.3 邻居节点网络拓扑及刷新机制。
图2.2
1 TargetId为随机生成的虚拟节点ID。
2 以太坊Kad网络与传统Kad网络的区别：
- 以太坊节点在发现邻居节点的8次循环中，所查找的节点均在距离上向随机生成的TargetId收敛。
- 传统Kad网络发现节点时，在距离上向节点本身收敛。
本文由HPB（芯链）团队整理。