比特币网络原理分析

本文是《比特币步步为营》的第五篇——比特币网络原理解析。 我们知道区块链的底层是一个P2P网络。 在本文中比特币工作原理，我们只会简单的讲一下比特币P2P网络的原理，不会涉及代码层面的知识。 在接下来的两节中，将进行代码分析。

1 P2P基础知识

之前讲过P2P知识——拓扑和内容路由的简单分析。 让我们在这里简单回顾一下：

1.1 什么是P2P

对等网络，即对等计算机网络，是一种在对等点（Peer）之间分配任务和工作负载的分布式应用架构，是由对等点对等点形成的网络或网络形式应用层的计算模型。

1.2 P2P拓扑结构

P2P拓扑结构经历了四个阶段：集中式、纯分布式、混合式和结构化。

2 比特币网络 P2P

比特币采用上述P2P拓扑结构？ 个人觉得应该介于纯分布式和混合之间，更倾向于混合。

3 节点发现

比特币中有两种节点发现方式：

(1) 使用种子节点：比特币网络中会有若干个种子节点，这些种子节点是硬编码在比特币代码中的。 这些种子节点为新进入网络的其他节点提供路由功能。

当一个普通节点（如节点A）连接到种子节点时，会获取种子节点上其他节点（如节点B、C）的信息。 有了很多节点信息后，节点A会记录下来，等待下次重启，可以从DB中读取自己记录的节点信息。 如果自己记录的节点下线，会继续读取种子信息。

(2) 引导节点：如果已经知道一些节点信息，可以在启动时直接指定这些节点。

4 地址广播和发现

新节点加入网络后，自身存储的其他节点信息不够用。 此时，它可以发送getAddr消息给连接的节点，比如种子节点。 收到getAddr消息的节点会查询自己缓存的peer信息比特币工作原理，并发送给请求的peer。

新节点加入后，发送addr消息，收到addr消息的节点会广播新节点的地址，这样新节点的信息很快就会传遍全网。

5 握手协议

发现节点后，要连接，连接的第一步就是握手。 握手的主要内容是检查对方是否是正确的节点，比如是否是同一个网络（networkId相同），版本号是否太旧等。

握手的步骤是一方（A）发送version消息，另一方（B）收到后发送verAck消息进行确认。 然后对方（B）发送version消息，等待（A）方的verAck。 经过这个交互过程，双方就可以建立连接，进行通信了。

另外btcd版本的getAddr消息是在发送version消息的时候检查peer的数量是否满足一定的阈值，如果不满足就顺带发送getAddr消息。

6 连接管理

btcd版本的连接管理主要由connManager处理。 它定义了入站（传入请求）管理、出站（请求他人）管理、连接建立管理、连接消息管理等组件。

7 消息交换

比特币消息通信主要分为peer、block、message、inv等。 定义了一个staleHandler协程来监控消息处理的进度； 还定义了一个queueHandler协程，通过它调度所有的任务； 对于每条消息，定义了一个特殊的处理程序方法。

8 参考资料

比特币源代码

比特币源码分析--P2P网络初始化

9 其他

本文是《比特币步步为营》的第五篇——比特币网络原理解析。

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