• 8.5 网络发现

    8.5 网络发现

    当新的网络节点启动后，为了能够参与协同运作，它必须发现网络中的其他比特币节点。新的网络节点必须发现至少一个网络中存在的节点并建立连接。由于比特币网络的拓扑结构并不基于节点间的地理位置，因此各个节点之间的地理信息完全无关。在新节点连接时，可以随机选择网络中存在的比特币节点与之相连。

    节点通常采用TCP协议、使用8333端口（该端口号通常是比特币所使用的，除8333端口外也可以指定使用其他端口） 与已知的对等节点建立连接。在建立连接时，该节点会通过发送一条包含基本认证内容的version消息开始“握手”通信过 程(见图8-4)。这一过程包括如下内容：

    ▷ nVersion

    定义了客户端所“说出”的比特币P2P协议所采用的版本（例如：70002）。

    ▷ nLocalServices

    一组该节点支持的本地服务列表，当前仅支持NODE_NETWORK

    ▷ nTime

    当前时间

    ▷ addrYou

    当前节点可见的远程节点的IP地址

    ▷ addrMe

    本地节点所发现的本机IP地址

    ▷ subver

    指示当前节点运行的软件类型的子版本号（例如：”/Satoshi:0.9.2.1/”）

    ▷ BaseHeight

    当前节点区块链的区块高度 （version网络消息的具体用例请参见GitHub ）

    版本消息始终是任何对等体发送给另一个对等体的第一条消息。 接收版本消息的本地对等体将检查远程对等体报告的nVersion，并确定远端对等体是否兼容。 如果远程对等体兼容，则本地对等体将确认版本消息，并通过发送一个verack建立连接。

    新节点如何找到对等体？ 第一种方法是使用多个“DNS种子”来查询DNS，这些DNS服务器提供比特币节点的IP地址列表。 其中一些DNS种子提供了稳定的比特币侦听节点的静态IP地址列表。 一些DNS种子是BIND（Berkeley Internet Name Daemon）的自定义实现，它从搜索器或长时间运行的比特币节点收集的比特币节点地址列表中返回一个随机子集。 Bitcoin Core客户端包含五种不同DNS种子的名称。 不同DNS种子的所有权和多样性的多样性为初始引导过程提供了高水平的可靠性。 在Bitcoin Core客户端中，使用DNS种子的选项由选项switch -dnsseed控制（默认设置为1，以使用DNS种子）。

    或者，不知道网络的引导节点必须被给予至少一个比特币节点的IP地址，之后可以通过进一步介绍来建立连接。 命令行参数-seednode可用于连接到一个节点，仅用于将其用作种子。 在使用初始种子节点形成介绍后，客户端将断开连接并使用新发现的对等体。

    图8-4对等节点之间的初始握手

    图8-4 对等体之间的初始握手

    当建立一个或多个连接后，新节点将一条包含自身IP地址的addr消息发送给其相邻节点。相邻节点再将此条addr消息依 次转发给它们各自的相邻节点，从而保证新节点信息被多个节点所接收、保证连接更稳定。另外，新接入的节点可以向 它的相邻节点发送getaddr消息，要求它们返回其已知对等节点的IP地址列表。通过这种方式，节点可以找到需连接到 的对等节点，并向网络发布它的消息以便其他节点查找。图8-5描述了这种地址发现协议。

    图8-5地址广播及发现

    图8-5 地址传播和发现

    节点必须连接到若干不同的对等节点才能在比特币网络中建立通向比特币网络的种类各异的路径（path）。由于节点可以随时加入和离开，通讯路径是不可靠的。因此，节点必须持续进行两项工作：在失去已有连接时发现新节点，并在其他节点启动时为其提供帮助。节点启动时只需要一个连接，因为第一个节点可以将它引荐给它的对等节点，而这些节点又会进一步提供引荐。一个节点，如果连接到大量的其他对等节点，这既没必要，也是对网络资源的浪费。在启动完成 后，节点会记住它最近成功连接的对等节点；因此，当重新启动后它可以迅速与先前的对等节点网络重新建立连接。如果先前的网络的对等节点对连接请求无应答，该节点可以使用种子节点进行重启动。

    在运行比特币核心客户端的节点上，您可以使用 getpeerinfo 命令列出对等节点连接信息：

    $ bitcoin-cli getpeerinfo

    1. {
    2.     "addr" : "85.213.199.39:8333",
    3.     "services" : "00000001",
    4.     "lastsend" : 1405634126,
    5.     "lastrecv" : 1405634127,
    6.     "bytessent" : 23487651,
    7.     "bytesrecv" : 138679099,
    8.     "conntime" : 1405021768,
    9.     "pingtime" : 0.00000000,
    10.     "version" : 70002,
    11.     "subver" : "/Satoshi:0.9.2.1/",
    12.     "inbound" : false,
    13.     "startingheight" : 310131,
    14.     "banscore" : 0,
    15.     "syncnode" : true
    16. },
    17. {
    18.     "addr" : "58.23.244.20:8333",
    19.     "services" : "00000001",
    20.     "lastsend" : 1405634127,
    21.     "lastrecv" : 1405634124,
    22.     "bytessent" : 4460918,
    23.     "bytesrecv" : 8903575,
    24.     "conntime" : 1405559628,
    25.     "pingtime" : 0.00000000,
    26.     "version" : 70001,
    27.     "subver" : "/Satoshi:0.8.6/",
    28.     "inbound" : false,
    29.     "startingheight" : 311074,
    30.     "banscore" : 0,
    31.     "syncnode" : false
    32. }

    用户可以通过提供 -connect= 选项来指定一个或多个IP地址，从而达到覆盖自动节点管理功能并指定IP地址列表的目的。如果采用此选项，节点只连接到这些选定的节点IP地址，而不会自动发现并维护对等节点之间的连接。

    如果已建立的连接没有数据通信，所在的节点会定期发送信息以维持连接。如果节点持续某个连接长达90分钟没有任何通信，它会被认为已经从网络中断开，网络将开始查找一个新的对等节点。因此，比特币网络会随时根据变化的节点及网络问题进行动态调整，不需经过中心化的控制即可进行规模增减的有机调整。