对等网络
标签：对等网络 P2P模块 点对点网络 状态同步 AMOP
设计目标
FISCO BCOS P2P模块提供高效、通用和安全的网络通信基础功能，支持区块链消息的单播、组播和广播，支持区块链节点状态同步，支持多种协议。P2P网络可动态配置，组网动态可配；此外，P2P网络保证单一节点故障应不影响节点的整网通信
P2P主要功能
P2P网络可动态配置，在系统运行过程中支持节点动态加入与退出，组网动态可配。
通过区块链节点标识唯一标识一个区块链节点，在FISCOBCOS中，nodeID时节点的唯一标识，在区块链网络上通过区块链节点标识对区块链节点进行寻址
维持区块链网络上区块链节点间的TCP长连接，自动断开异常连接，自动发起重连
在区块链网络的区块链节点间，进行消息的单播、组播或广播，每个消息都有唯一标识
在区块链节点间同步状态
网络模块保证单一节点故障不影响节点的整网通信，支持节点在异常场景恢复后恢复原组网功能
协议格式
P2P协议格式:
| name |
type |
description |
| Length |
uint32_t |
数据包长度，含包头和数据 |
| Version |
uint16_t |
协议版本信息 |
| PacketType |
int16_t |
消息类型 |
| Seq |
uint32_t |
消息序列号，自增，标记消息 |
| Ext |
uint16_t |
拓展字段 |
| Options |
对象 |
选项字段 |
| Payload |
bytes |
负载 |
Options格式:
name |
type |
description |
|---|
GroupID Length |
uint16_t |
群组ID长度 |
GroupID |
string |
群组ID |
NodeID Length |
uint16_t |
节点ID长度 |
Src NodeID |
bytes |
消息源节点ID |
Dst Count |
uint16_t |
消息目的数目 |
NodeIDs |
数组 |
目的节点ID列表 |
区块链节点标识
区块链节点标识由ECC算法的公钥生成，每个区块链节点必须有唯一的ECC密钥对，区块链节点标识在区块链网络中唯一标识一个区块链节点
通常情况下，一个节点要加入区块链网络，至少要准备三个文件：
node.key 节点密钥，ECC格式
node.crt 节点证书，由CA颁发
ca.crt CA证书，CA机构提供
区块链节点除了有唯一区块链节点标识，还能关注Topic，供寻址使用
区块链节点寻址：
通过区块链节点标识，在区块链网络中定位唯一的区块链节点
通过Topic，在区块链网络中定位一组关注该Topic的节点
管理网络连接
区块链节点间，会自动发起和维持TCP长连接，在系统故障、网络异常时，主动发起重连
区块链节点间建立连接时，会使用CA证书进行认证
连接建立流程
sequenceDiagram
participant 区块链节点A
participant 区块链节点B
区块链节点A->>区块链节点A: 加载密钥和证书
区块链节点B->>区块链节点B: 加载密钥和证书
区块链节点A->>区块链节点B: 发起连接
区块链节点B->>区块链节点A: 连接成功
区块链节点B->区块链节点A: 发起SSL握手
区块链节点A->>区块链节点A: 从证书获取公钥，作为节点ID
区块链节点B->>区块链节点B: 从证书获取公钥，作为节点ID
区块链节点B->区块链节点A: 握手成功，建立SSL连接
消息收发
区块链节点间消息支持单播、组播和广播，每个消息都有唯一标识
单播流程
sequenceDiagram
participant 区块链节点A
participant 区块链节点B
区块链节点A->>区块链节点A: 根据节点ID，筛选在线节点
区块链节点A->>区块链节点B: 发送消息
区块链节点B->>区块链节点A: 消息回包
组播流程
sequenceDiagram
participant 区块链节点A
participant 区块链节点B
participant 区块链节点C
participant 区块链节点D
区块链节点A->>区块链节点A: 根据Topic 1，选择节点B、C
区块链节点A->>区块链节点B: 发送消息
区块链节点A->>区块链节点C: 发送消息
区块链节点B->>区块链节点B: 根据Topic 2，选择节点C、D
区块链节点B->>区块链节点C: 发送消息
区块链节点B->>区块链节点D: 发送消息
区块链节点C->>区块链节点C: 根据Topic 3，选择节点D
区块链节点C->>区块链节点D: 发送消息
广播流程
sequenceDiagram
participant 区块链节点A
participant 区块链节点B
participant 区块链节点C
participant 区块链节点D
区块链节点A->>区块链节点A: 遍历所有节点ID
区块链节点A->>区块链节点B: 发送消息
区块链节点A->>区块链节点C: 发送消息
区块链节点A->>区块链节点D: 发送消息
区块链节点B->>区块链节点B: 遍历所有节点ID
区块链节点B->>区块链节点C: 发送消息
区块链节点B->>区块链节点D: 发送消息
区块链节点C->>区块链节点C: 遍历所有节点ID
区块链节点C->>区块链节点D: 发送消息
状态同步
每个节点会维护自身的状态，并将状态的Seq在全网定时广播，与其它节点同步
sequenceDiagram
participant 区块链节点A
participant 区块链节点B
区块链节点A->区块链节点B: 广播seq
区块链节点A->>区块链节点A: 判断节点B的seq是否变化
区块链节点A->>区块链节点B: seq变化，发起状态查询请求
区块链节点B->>区块链节点A: 返回节点状态
区块链节点A->>区块链节点A: 更新节点B的状态和seq
AMOP 消息转发流程
单播时序图
sequenceDiagram
participant sdk [Subscriber]
participant 节点0
participant 节点1
participant sdk [Publisher]
sdk [Subscriber]->>节点0: 订阅 topic1、类型：0x32
节点0->>节点0: 更新 topic 列表
节点1->>节点0: 请求 topic 列表
节点0-->>节点1: 响应 topic 列表
sdk [Publisher]->>节点1: 往 topic1 单播消息、类型：0x30
节点1->>节点0: 节点转发消息
节点0->>sdk [Subscriber]: 节点转发消息
sdk [Subscriber]-->>节点0: 回包、类型：0x31
节点0-->>节点1: 节点转发消息
节点1-->>sdk [Publisher]:节点转发消息
注解
单播是指如果有多个 Subscriber 订阅同一个 topic，节点则随机选择一个 Subscriber 推送消息
消息发布者和消息订阅者需要选择同一个 topic
Subscriber 接收到消息之后的回包是由 sdk 自动发送，不需要用户自己处理，该回包仅仅表示 Subscriber 成功收到消息
如果 Publisher 在推送消息之前，没有对应的订阅者，那么 Publisher 将会收到错误码 100，表示网络中没有可用节点
多播时序图
sequenceDiagram
participant sdk [Subscriber0]
participant sdk [Subscriber1]
participant 节点0
participant 节点1
participant 节点2
participant sdk [Publisher]
sdk [Subscriber0]->>节点0: 订阅 topic1、类型：0x32
节点0->>节点0: 更新 topic 列表
节点1->>节点0: 请求 topic 列表
节点0-->>节点1: 响应 topic 列表
节点2->>节点0: 请求 topic 列表
节点0-->>节点2: 响应 topic 列表
sdk [Subscriber1]->>节点1: 订阅 topic1、类型：0x32
节点1->>节点1: 更新 topic 列表
节点0->>节点1: 请求 topic 列表
节点1-->>节点0: 响应 topic 列表
节点2->>节点1: 请求 topic 列表
节点1-->>节点2: 响应 topic 列表
sdk [Publisher]->>节点2: 往 topic1 多播消息、类型：0x35
节点2->>节点0: 节点转发消息
节点2->>节点1: 节点转发消息
节点2-->>sdk [Publisher]: 回包、类型：0x31
节点0->>sdk [Subscriber0]: 节点转发消息
节点1->>sdk [Subscriber1]: 节点转发消息