RELAY:技术 | IPFS网络是如何组建的？_区块链TEC币有这种币吗

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IPFS-InterPlanetaryFileSystem星际文件系统，是一个点对点的分布式文件存储系统，IPFS的愿景是构建一个全世界的分布式网络，用来替代传统中心化的服务器模式，所有的IPFS节点组成一个分布式网络，每个节点都可以存储文件，用户可以从IPFS构建的网络中以DHT(DistributedHashTable，分布式哈希表)?的方式获取文件，从而实现了新一代的完全去中心化的网络，旨在取代现有的万维网。IPFS功能很丰富，如DHT组网，文件存储，Bitswap文件交换等功能。

文件存储和文件交换的技术详解可以通过之前的推文内容进行了解，今天我们来了解这个文件系统的“地基”——网络模块。

IPFS网络初识

IPFS是一个开源项目，要达到它声称的构建一个全世界的分布式网络的目标，那么他必然要先解决不同国家、不同地区节点的连接问题。

通化县法院采用区块链智能合约技术 实现执行“一键立案”:3月16日消息，通化县法院采用区块链智能合约技术，实现执行“一键立案”。2019年末，通化县法院成为吉林省法院系统首批审执衔接工作试点单位，探索以区块链智能合约技术为依托，以调解结案为切入点，逐步推行审执工作自动衔接。在区块链智能合约嵌入调解书案件中，作为当事人需要进行的操作只有一步：点击“未履行完毕”按钮，即可跳过后续繁复程序直接完成执行立案，后台将通过区块链智能合约技术自动生成执行申请书、抓取当事人信息、抓取执行依据、自动执行立案等。（新浪网）[2020/3/16]

首先，看一下IPFS网络部分配置，如下图所示，红框内部的Swarm是IPFS监听的网络地址，其中支持ipv4和ipv6协议，且默认支持QUIC协议。

动态 | 央行上海总部：发展区块链技术 远离虚拟货币炒作:金色财经报道，11月25日消息，中国人民银行上海总部微信公众号推文，区块链不等于虚拟货币，发展区块链技术，远离虚拟货币炒作。[2019/11/25]

*QUIC协议是由google最先提出的，目前已经提交给互联网工程任务小组，成为了正式的网络规范，相对于TCP来说QUIC网络传输协议的传输速度更快。

IPFS节点启动之后日志如下图所示，可以看到IPFS节点监听了以下网络地址，其中包括本地的、局域网、广域网的地址，最后还有/p2p-circuit地址。

问题来了，为什么需要监听这么多地址？

那是因为IPFS是一个开源项目，为了让全世界各地的节点连接起来则必须要解决各种网络情况下节点连接的问题。

动态 | 顺丰利用大数据和区块链技术 实现甘孜松茸的全程追溯:据环球财富网消息，7月10日，顺丰甘孜松茸预处理中心揭牌仪式在四川雅江举办。据悉，顺丰基于其大数据及区块链技术，在松茸上实现了全程可追溯，打造松茸全产业链质量与食品安全管理系统，使用智能设备搭载智能系统，结合特征码追溯等方式，记录每一棵松茸的采摘人员、采摘地区、生长周期、装箱时间、分拣时间等，让天生天养的松茸实现了数据沉淀与管理。[2019/7/11]

监听本地地址，这样本地启动多个IPFS节点，它们之间可以以该地址进行连接，监听局域网地址，这样内网内启动多个IPFS节点，它们之间可以以该局域网地址相互连接，监听广域网地址，这样公网中启动多个IPFS节点，它们之间可以以该广域网地址进行连接。

通过上述方式就解决了大部分网络情况下的IPFS节点的网络连接问题：

2个节点都在同一主机：通过127.0.0.1地址连接

动态 | 区块链是个好技术 但被“炒币”耽误了:据每经网报道，区块链从业者王飞飞表示：区块链是个充满想象力的技术，但被‘炒币’给耽误了。交易所和项目方存在潜在利益，有的交易所为了收取项目方佣金也会“睁一只眼闭一只眼”上币。在相关部门加强监管后，依然有人换个“马甲”，以海外注册的方式搅乱币圈和链圈的生态。此外，还存在虚拟货币交易所目前甄别虚拟货币项目的方法尚未成熟，虚拟货币用户进入“存量博弈”等问题。[2018/10/10]

2个节点在同一个内网内：通过局域网地址连接

2个节点都有公网地址：通过公网地址连接

1个节点在内网，1个节点在公网：内网的节点通过在公网节点的公网地址连接

这里有一个问题，如果2个节点处于两个不同内网环境，由于存在NAT设备，NAT设备可能是对称型，对称型的NAT设备是没有办法穿透的，所以IPFS提供了relay的方式解决不同内网环境下节点的连接问题，上面提到的监听/p2p-circuit地址则是为了解决该问题，对于2个处于不同内网环境不能直接连接的节点，通过配置relay节点中转从而建立连接。

金色财经独家分析 比特币预测：A面是技术 B面是情绪:长久以来，在比特币价格方面人们看了太多“支撑点”、“压力位”以及MA，当分析师不断提出的8600、9000、10000美元等关键位置突破后，涨跌依然还没有定论，大涨大跌不为分析师的技术所动，股市那一套似乎不很奏效。金色财经独家分析，目前加密货币市场涨跌的规律还尚未形成，用股市分析来看确实有些形式大于内容，但这并不代表技术不可靠，抛开股市技术，可以看一看供需方面的技术：日前FundstratQuantamental创建了价格/矿工的盈利率的新的比特币定价标准，从生产和需求的角度来谈，让人更加信服；

即便如此，技术也只是比特币价格的A面，B面仍然是情绪等非技术因素。由于加密货币背后的“实体”仍然不易找到，看政策，看期望，看整个市场带来的各类利好或利空。日前韩国一项调查中显示依据论坛的评论预测价格准确率超过了80%，可谓十分可靠的“情绪技术指标”了。加密市场的这种现象是可以理解的，毕竟即使在股市，“随便买买”的盲目，没有太多依据的看心情也是大有人在的。但应该反思的是，加密货币市场应该变得更有据可循一些，这需要更加严格风险控制体系、与实体经济的进一步结合，同时也需要大机构和专业投资者的进一步加入，那时候情绪依然是情绪，但技术会更加具有参考价值。[2018/5/14]

至此，IPFS解决了不同网络环境下的节点之间建立连接的问题，下面我们来看一下IPFS是如何构建大规模的分布式节点网络，将处于全世界的不同地区的各个节点连接起来的。

IPFS网络构建

IPFS网络构建的过程可以看作是两个阶段：

▲?Bootstrap阶段

IPFS节点在启动之前需要配置它的Bootstrap节点，配置文件中相关配置如下图所示，Bootstrap配置中配置了IPFS节点启动时需要连接的所有种子节点列表，这些节点地址列表信息是默认的，如果需要搭建IPFS私有网络可以修改成自己的种子节点列表。默认提供的种子节点都是具有公网地址的节点，IPFS节点启动的时候首先连接该种子节点，后续通过该种子节点去发现IPFS网络中更多的节点，从而进行连接，也就是DHT组网阶段。

▲?DHT组网阶段

IPFS节点连接种子节点成功以后则去通过DHT去发现其他节点，关于DHT的详解可以看这篇文章《Libp2p中DHT和Bitswap详解》。

发现其他节点之后则尝试进行连接，连接成功的节点会加入到该节点的节点列表，以便后续可以直接与该节点通信，考虑到全世界的IPFS节点规模很大，不可能每个节点和其他节点保持长连接，所以对每个节点的连接数量做了限制，一般节点连接数量都在1千以下，对于没有连接的节点需要通信的话，可以通过DHT找到该节点地址，然后连接该节点进行通信，这样就构成了大规模的分布式节点网络。

我们可以通过一个示例展示上述过程。下图是一个常见的网络拓扑架构，有三个网络分别连接了Internet，IPFSnode1部署在具有公网ip的服务器上，外部可以直接访问该节点，IPFSnode2和IPFSnode3都部署在对称型NAT设备后面，外部不能访问该节点。

在上面的网络架构下，处于公网的IPFSnode1作为种子节点，种子节点最先启动，然后IPFSnode2，node3，node4，node5的种子节点配置成IPFSnode1，分别启动后首先连接IPFSnode1，连接成功后通过DHT发现其他节点最后分别连接，对于IPFSnode1，它连接的节点地址列表如下图所示，由于IPFSnode2,node3,node4,node5均处于NAT设备后面，所以IPFSnode1节点列表中这些节点的端口都是NAT设备映射后的端口。

对于IPFSnode3来说，它的节点地址列表中，IPFSnode1的地址是公网地址，由于IPFSnode3和IPFSnode2都处于NAT设备后面，不能直接连接，所以IPFSnode2的地址是relay地址，IPFSnode1节点作为relay节点，IPFSnode3给IPFSnode2发消息时通过IPFSnode1转发，relay地址格式为：

Relay节点的地址/p2p-circuit/p2p/目标节点id

而IPFSnode3的节点地址列表中，IPFSnode4和IPFSnode5的地址均为局域网地址，这样就完成了公网节点、处于NAT设备后的局域网节点的组网过程。

总结

以上就是IPFS网络的组建过程，为了方便描述只是以几个IPFS节点为例。

实际上IPFS的这种网络组建方式也能很好地支持超大规模节点的组网，当节点规模很大的时候，设置数十个节点作为种子节点，通过DHT组网就能完成数万甚至更多节点的组网，此时每个节点的长连接数量保持在数百个，后续节点间通信时，如果还没有建立连接，可以通过DHT根据节点id查询该节点的地址信息，然后通过该地址连接该节点最后完成通信过程。

IPFS网络的这种组建方式也非常值得分布式系统学习和借鉴。

作者简介

姚文豪来自数据网格实验室BitXMesh团队数据平台架构师

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