用C语言开发一个BT下载软件（一） ------ BitTorrent协议 -2

与Tracker交互

      完成解析种子文件并从中获取Tracker服务器的URL后，即可开始与Tracker进行交互。交互有2个目的：

将自己的下载进度告知给Tracker以便Tracker进行一些相关统计；
获取当前下载同一个共享文件的peer的IP地址和端口号。
      客户端使用HTTP协议与Tracker通信。通过HTTP GET方法从Tracker获取请求，请求的构成为Tracker的URL后面跟一个？以及参数和值对。如http://tk.greedland.net/announce?param1=value1¶m2=value2。

      在客户端发往Tracker的GET请求中，包含以下参数：

GET请求的参数

参数	含义
info_hash	与种子文件中info关键字对应的hash值（通过Sha1算法计算），其固定长度为20字节
peer_id	客户端用于标识自己的标识符，随机方式生成的也是20字节hash值
port	监听端口号，用于接收其他peer的连接请求
uploaded	当前总的上传量（字节数）
downloaded	当前总的下载量（字节数）
left	还剩多少字节需要下载
compact	通知服务器以何种方式返回peer，为1时，每个peer占6个字节，前4个字节为peer的IP地址，后2个为端口号
event	取值为started、cmpleted、stopped之一。        客户端第一次与Tracker通信时，该值为started；        下载完成后，为completed;        客户端即将关闭时，为stopped。

      Tracker服务器的返回信息是一个经过B编码的字典。包含如下关键字：

Tracker服务器返回信息关键字

关键字	含义
tracker id	指明Tracker的ID
complete	整数，指明当前有多少个peer已经完成了整个共享文件的下载
incomplete	整数，指明当前有多少个peer还没有完成共享文件的下载
peers	字符串，返回各个peer的IP和端口号。各个peer的IP地址和端口号依次排列

      以下是一个发往Tracker服务器的HTTP GET请求的示例：

http://tk.greedland.net/announce?info_hash=01234567890123456789&peer_id=01234567890123456789&port=3210&compact=1&uploaded=0&downloaded=0&left=8000000&event=started

      以下是一个Tracker服务器回应的示例：

d8:completei100e10:incompleteei200e8:intervali1800e5:peers300;...e

      其中，“...”是一个长度为300的字符串，含有50个peer的IP地址和端口号。

peer之间的通信协议

      peer之间的通信协议又称为peer wire protocol，即peer连线协议，它是一个基于TCP协议的应用层协议。
      为了防止有的peer只下载不上传，BitTorrent协议建议，客户端只给那些向它提供最快下载速度的4个peer上传数据。客户端每隔一定时间，比如10秒，重新计算从各个peer处下载数据的速度，将下载速度最快的4个peer解除阻塞，允许这4个peer从客户端下载数据，同时将其他peer阻塞。一个例外的情况是，为了发现下载速度更快的peer，在任一时刻，客户端保持一个优化非阻塞peer。客户端每隔一定的时间，比如30秒，重新选择优化非阻塞peer。
      当客户端与peer建立TCP连接后，客户端必须维持的状态变量如下所示：

客户端需要维持的状态变量

状态变量	含义
am_choking	1：客户端将远程peer阻塞 0：peer未被阻塞，允许peer从客户端下载数据
am_interested	1：客户端对远程peer感兴趣 0：客户端对peer不感兴趣，因为peer的所有piece，客户端都已经拥有了
peer_chocking	1：peer将客户端阻塞 0：peer对客户端解除阻塞，客户端可以向peer发送数据请求
peer_interested	1：peer对客户端感兴趣 0：peer对客户端不感兴趣，即客户端的所有piece，peer都已经拥有了

握手消息

      客户端与一个peer建立TCP连接后，首先向peer发送握手消息，peer收到握手消息后回应一个握手消息。握手消息是一个长度固定为68字节的消息，格式如下：

<pstrlen><pstr><reserved><info_hash><peer_id>

握手消息参数

参数	含义
pstrlen	pstr的长度，固定为19
pstr	BitTorrent协议的关键字，即”BitTorrent protocol”
reserved	占8字节，用于扩展BT协议。可忽略
info_hash	与发往Tracker的GET请求中的info_hash为同一个值，固定为20字节
peer_id	与发往Tracker的GET请求中的peer_id为同一个值，固定为20字节

其他消息

      握手消息意外的其他消息，其一般格式如下：

<length prefix><message ID><payload>

length prefix（长度前缀）占4个字节，指明messageID和payload的长度和。
messageID（消息编号）占1个字节，指明消息的编号。
payload（负载），长度未定，是消息的内容。

      

keep_alive消息：<len=0000>，此消息长度固定，为4字节，无消息编号和负载。本消息用于维持peer间的连接，一般2分钟内没有消息往来，则发送一条keep_alive消息。
choke消息：<len=0001><id=0>，此消息长度固定，为5字节，消息编号占1个字节，无负载。功能是发送消息的peer将接受此消息的peer阻塞。
unchoke消息：<len=0001><id=1>，此消息长度固定，为5字节，消息编号占1个字节，无负载。读，客户端每隔一定的时间，通常为10秒，计算一次各个peer的下载速度，如果某peer被解除阻塞，则发送unchoke消息。如果某peer原先是解除阻塞的，而此次被阻塞，则发送choke消息。
interested消息：<len=0001><id=2>，此消息长度固定，为5字节，消息编号占1个字节，无负载。当客户端收到某peer的have消息时，如果发现peer拥有了客户端没有的piece，则发送哦interested消息告知该peer，客户端对它感兴趣。
not interested消息：<len=0001><id=3>，此消息长度固定，为5字节，消息编号占1个字节，无负载。当客户端下载了某个piece，如果发现客户端拥有了这个piece后，某个peer拥有的所有piece，客户端都拥有，则发送not interested消息给该peer。
have消息：<len=0005><id=4><piece index>，此消息长度固定，为9字节，消息长度占4个字节，消息编号占1个字节，负载4个字节。负载为一个整数，指明下标为index的piece，peer已经拥有。每当客户端下载了一个piece，即将该piece的下标作为have消息的负载构造have消息，并把该消息发送给所有与客户端建立连接的peer。
bitfield消息：<len=0001+X><id=5><bitfield>，此消息长度不固定。X是bitfield（位图）的长度。当客户端与peer交换握手消息之后，就交换位图。位图中，每个piece占一位，若该位的值为1，表明已经拥有该piece；为0表明该piece尚未下载。
request消息：<len=0013><id=6><index><begin><length>，此消息长度固定，为17个字节，index是piece的索引，begin是piece内的偏移，length是请求peer发送的数据长度。当客户端收到某个peer发来的unchoke消息后，即构造request消息，向该peer发送数据请求。因为peer之间交换数据时以slice（长度为16KB的块）为单位的，因此request消息中length的值一般为16K。

piece消息：<len=0009+X><id=7><index><begin><block>，此消息长度不固定，index和begin固定为4字节，X为block的长度，一般为16K。当客户端收到某个peer的request消息后，如果判定当前未将该peer阻塞，且peer请求的piece，客户端已经下载，则发送piece消息将文件数据上传给该peer。
cancel消息：<len=0013><id<=8><index><begin><length>，此消息长度固定，为17个字节，len、index、begin、length各占4字节。它与request消息的作用恰恰相反，用于取消对某个slice的数据请求。如果客户端发现，某个piece中的slice，客户端已经下载，而客户端又向其他peer发送了对该slice的请求，则向该peer发送cancel消息，以取消对该slice的请求。