Le P2P
IMPORTANT
"Avant de débuter ce dossier, rappelez vous que la législation française interdit la diffusion et le partage d'un contenu sauf si vous en êtes le créateur ou s'il est libre de droits. Vous ne pouvez donc pas partager les films (Divx et autres morceaux musicaux (MP3), sauf s'il s'agit de films personnels ou de vos propres créations musicales"
Ce dossier page est divisée en plusieurs sections :
Les différents types de réseaux
Pour échanger des fichiers, il faut que les ordinateurs communiquent entre eux. Le mode de communication le plus répandu est la connexion dite client serveur.
Dans le cas de l'échange de fichiers sur des réseaux pair à pair, les ordinateurs des internautes qui participent à l'échange sont tour à tour demandeur et donneur, client et serveur. Ce sont des pairs : la communication s'effectue sur un pied d'égalité.
Pour qu'un réseau pair à pair existe et fonctionne, il faut tout d'abord que chaque internaute participant installe sur son ordinateur un logiciel qui lui permette de se connecter au réseau.
Il faut aussi que le réseau soit doté de règles de fonctionnement communes à tous : c'est ce qu'on appelle le protocole du réseau. C'est lui qui spécifie comment et selon quel format les ordinateurs s'échangent des informations. Par exemple : qui possède tel ou tel fichier ? Comment initier un transfert de données ? Les protocoles identifient l'ordinateur qui propose le fichier, et contrôlent le transfert des données.
Trouver l'adresse IP
Pour obtenir un fichier, il faut trouver une personne dont l'ordinateur contient le fichier recherché et qui accepte la connexion pour le partager. Le premier problème est donc de trouver l'adresse IP d'un ordinateur sur lequel le fichier recherché est accessible
Première génération d'applications : l'index central (Napster)
La première génération d'applications de partage de fichiers comprenait un serveur central qui servait d'index. Les exemples les plus connus sont Napster et Audiogalaxy.
Dans ce type de système, lorsqu'un internaute souhaite partager un fichier, il le déclare au serveur central. Celui-ci répertorie alors son adresse IP.
Tout autre internaute qui souhaite obtenir ce fichier interroge l'index central, comme il interrogerait un moteur de recherche. L'index central lui communique une adresse IP. Ensuite, le logiciel de partage lui permet de se connecter directement sur l'ordinateur qui propose le fichier.
Le fichier en lui-même ne transite pas par le serveur central, qui fonctionne simplement comme un annuaire : une fois l'adresse IP trouvée, les ordinateurs peuvent se connecter directement entre eux.
Mais il ne s'agit pas non plus d'un réseau totalement pair à pair, dans la mesure où sans le serveur central, le réseau ne peut pas fonctionner.
Deuxième génération : chaque internaute indexe ses propres fichiers (réseau Gnutella
Dans cette deuxième génération, le serveur central n'est plus nécessaire à la connexion. Chaque internaute indexe lui-même ses propres fichiers. Ceux qui sont à la recherche d'un fichier interrogent, de proche en proche, tous les ordinateurs du réseau. L'exemple le plus connu est le réseau Gnutella.
Ici, le premier problème à résoudre est de trouver, lors de la première connexion, d'autres internautes qui participent au partage.
Dès que l'on rencontre un ordinateur connecté au réseau, celui-ci peut communiquer les adresses IP d'autres participants. Pour trouver ce premier internaute, on utilise les Gwebcache. Ce sont des ordinateurs du réseau Gnutella qui fonctionnent également comme des serveurs web. Ainsi, ils sont répertoriés par les moteurs de recherche : il suffit donc de taper Gwebcache sur l'un de ces moteurs pour obtenir des listes d'ordinateurs connectés.
Lors des connexions ultérieures, la liste ainsi établie sera automatiquement réutilisée.
Mais chaque internaute ne peut se connecter qu'à un nombre limité d'autres participants. Ainsi, de proche en proche, se constitue ce qu'on appelle un réseau logique. C'est un overlay network qui se greffe sur le réseau global.
En pratique, quand on recherche un fichier, c'est sur ce réseau logique qu'on diffuse sa requête. Celle-ci est d'abord adressée aux ordinateurs voisins, puis peu à peu propagée jusqu'à trouver un ordinateur possédant le fichier en question. La réponse, constituée par l'adresse IP de cet ordinateur, suit le même chemin en sens inverse. Ce système garantit donc une certaine forme d'anonymat : celui qui détient le fichier ne connaît pas l'identité de celui qui le lui demande.
Contrairement aux applications de première génération, le réseau Gnutella (version 0.4) est lui un véritable réseau pair à pair, puisqu'on peut se passer totalement d'entité centrale.
Mais cette deuxième génération a bien vite périclité, car le réseau était constitué à la fois d'ordinateurs connectés en haut débit et d'ordinateurs connectés par modem. Du coup, ces derniers imposaient leur vitesse de connexion à l'ensemble du réseau, et la propagation des données se trouvait fortement ralentie.
Troisième génération : les superpairs (réseau FastTrack et logiciel de partage Kazaa, Gnutella)
Cette troisième génération opère une distinction entre deux niveaux de pairs : ceux qui ont une connexion haut débit et ceux qui ont une connexion par modem.
Les ordinateurs disposant d'une connexion par modem se relient à un ordinateur ayant une connexion haut débit. Ce dernier devient dès lors un superpair. Chaque superpair indexe alors les fichiers des pairs bas débit qui lui sont rattachés, comme le faisait autrefois le serveur central des réseaux de première génération.
Entre deux superpairs en revanche, le système continue à fonctionner comme les réseaux de seconde génération. Mais la propagation des données est plus rapide, puisqu'elle n'utilise plus que les connexions haut débit. Une fois l'adresse IP communiquée à l'ordinateur d'origine, une connexion directe s'établit entre les deux pairs, quel que soit leur niveau.
Il s'agit donc d'une solution hybride entre les réseaux de première et de seconde génération. Le réseau FastTrack, associé au logiciel de partage Kazaa, constitue un bon exemple de réseau pair à pair de troisième génération.
S'adapter aux caractéristiques de l'ADSL
Le développement de l'ADSL a posé un nouveau problème pour le fonctionnement des réseaux pair à pair. En effet, le débit fourni par les systèmes ADSL est asymétrique (c'est ce que signifie d'ailleurs le A de l'abréviation). Puisque les utilisateurs, qui sont les clients, n'envoient que des requêtes de faible poids, le débit ascendant (upload) sera faible, tandis qu'à l'inverse, pour recevoir les grosses quantités d'informations que les serveurs envoient aux clients en guise de réponse, le trafic descendant (download) sera dix à vingt fois plus élevé. Cette asymétrie va à l'encontre du fonctionnement des réseaux pair à pair, puisque ce faible débit d'upload freine l'ensemble du réseau : si rapide que soit sa vitesse de connexion en download, un ordinateur ne peut pas recevoir un fichier à un débit plus rapide que celui imposé par l'ordinateur qui lui envoie les données !
Pour s'adapter à cet environnement hostile à un trafic symétrique, eDonkey introduit le téléchargement multiple.
Le téléchargement multiple (réseau eDonkey et logiciels de partage eDonkey, eMule, mlDonkey)
Pour compenser le caractère asymétrique de l'ADSL, des internautes ont eu l'idée de rendre possible le téléchargement à partir de plusieurs fichiers, et donc de plusieurs ordinateurs, Le fichier est découpé en petites tranches et peut ensuite être téléchargé morceau par morceau à partir de plusieurs pairs.
Le trafic descendant se nourrit donc de plusieurs trafics ascendants. Évidemment, cette solution n'est que partielle : elle ne peut pas permettre à tous les ordinateurs d'augmenter en même temps leur vitesse de téléchargement, puisqu'au total, les capacités cumulées de download et d'upload du réseau restent déséquilibrées. Par ailleurs cette fragmentation en tranches favorise le partage partiel du fichier, un coup de pouce pour la coopération.
Développer la coopération
Le développement de la coopération est en effet une problématique essentielle des réseaux pair à pair. Une étude a montré que très peu d'utilisateurs de réseaux de partage de données les utilisent effectivement pour partager des données ; bien plus nombreux sont ceux qui les utilisent pour acquérir des données, mais n'en proposent pas aux autres.
En quoi consiste la coopération ? Pendant qu'un internaute est en train de télécharger un fichier, son ordinateur peut immédiatement redistribuer les fragments déjà obtenus à d'autres utilisateurs : les différents clients s'entraident donc automatiquement. Par contre, lorsqu'un internaute a fini de télécharger un fichier, il a souvent tendance à l'effacer du dossier partagé ou bien à se déconnecter du réseau pair à pair.
Ce comportement est doublement préjudiciable pour le fonctionnement du réseau : d'une part, c'est une source de téléchargement en moins pour les autres utilisateurs désireux d'acquérir ce fichier, d'autre part, c'est autant de capacité d'upload indisponible pour compenser l'asymétrie. Pour inciter à la coopération, les réseaux pair à pair ont donc mis en place un système de points, qui marchent sur le modèle du bonus/malus: les données fournies en upload permettent d'acquérir des points donnant droit à des capacités de download supplémentaires.
Le protocole BitTorrent, présenté un peu plus loin, propose une solution élégante au problème en utilisant le principe d'un prêté pour un rendu : il faut redonner des morceaux du fichier pour pouvoir en acquérir de nouveaux plus rapidement.
Gérer un réseau dynamique
L'un des enjeux fondamentaux des réseaux pair à pair, c'est de gérer la «dynamicité» du réseau. En effet, il ne faut pas oublier que le réseau n'est pas figé : à chaque instant, de nouveaux utilisateurs font leur apparition, tandis que d'autres se déconnectent.
Avant les téléchargements multiples, les échanges se faisaient uniquement entre deux pairs : l'inconvénient résidait dans le fait que si le donneur se déconnectait en cours de transfert, le demandeur devait trouver une autre source et recommencer tout le téléchargement depuis le début.
Grâce au système des donneurs multiples, les échanges sont devenus bien plus ergonomiques, puisque de nouveaux pairs peuvent prendre le relais des pairs qui se déconnectent. Un fichier peut ainsi rester disponible dans le réseau alors même que plus personne ne le propose dans son intégralité ! Le téléchargement multiple induit ainsi une persistance des fichiers dans le temps extrêmement utile pour le partage.
Optimiser les protocoles
Le protocole d'un réseau englobe toutes les règles organisant les échanges de messages entre pairs. Toutes les activités sont ainsi encadrées : recherche des adresses IP, gestion et contrôle des fragments de fichiers échangés, etc.
Mais la mise en place de ces protocoles génère un trafic d'informations très abondant sur le réseau pair à pair : ainsi, dans le réseau Gnutella (version 0.4), le volume des données liées au protocole était aussi important que celui des fichiers échangés. A l'origine, le protocole HTTP (qui permet la navigation sur internet) a été optimisé. Le trafic lié à ce protocole ne représente que quelques pour cent du trafic des données. À l'heure actuelle, les protocoles pair à pair, eux, sont loin d'être optimisés. L'optimisation de ces protocoles est donc un thème crucial de recherche qui permettrait d'améliorer de façon considérable le fonctionnement global du réseau.
Réseau Overnet : les tables de hachage distribuées pour optimiser les protocoles
Le réseau Overnet est un réseau précurseur en matière d'optimisation.
Pour trouver un fichier dans un réseau pair à pair classique, on propage la requête de pair en pair, en interrogeant tous les ordinateurs connectés jusqu'à ce qu'on trouve un ordinateur qui le détient.
Pour optimiser les échanges, Overnet utilise un algorithme qui s'appuie sur une table de hachage distribuée : Kademlia.
Le principe des tables de hachage consiste à utiliser une fonction de hachage pour faire correspondre à chaque nom de fichier son empreinte, une sorte de résumé crypté du fichier, sous forme d'une chaîne de bits (une succession de 0 et de 1) de longueur fixée (souvent 128 ou 160 bits). Ce nombre devient l'«identifiant» du fichier. Les nœuds en charge d'une empreinte sont ceux dont l'identifiant en est très proche.
L'approche classique de recherche par diffusion consiste à propager la requête dans tout le réseau, ce qui engendre un trafic proportionnel au nombre de nœuds (ou de super-nœuds pour les réseaux hiérarchiques). Dans l'approche par tables de hachage distribuées, grâce à la structuration des connaissances, on peut trouver les nœuds en charge de l'empreinte en routant de proche en proche en un nombre d'étapes qui est logarithmique par rapport au nombre de nœuds. La recherche est donc beaucoup plus efficace : typiquement, une dizaine d'échanges de messages au lieu de quelques centaines voire quelques milliers si la donnée cherchée n'est pas répliquée.
Pour signifier le partage d'un fichier, son possesseur doit contacter le nœud en charge de l'empreinte du fichier pour lui indiquer son adresse IP. Un pair qui recherche le fichier n'aura qu'à contacter ce même nœud pour retrouver l'adresse IP du pair (ou des pairs) le partageant.
Le logiciel BitTorrent
Le logiciel BitTorrent, quant à lui, est un autre système d'échange de fichiers. Il se concentre sur le téléchargement d'un fichier donné. L'indexation des fichiers est prise en charge par un autre protocole. Il reprend le principe du téléchargement multiple, mais il permet également de développer la coopération en utilisant le principe d'un prêté pour un rendu : pour cela, un algorithme d'incitation à la coopération inspiré de la théorie des jeux est utilisé. Chaque pair BitTorrent, en tant que serveur, donne en priorité aux clients qui lui ont récemment envoyé des morceaux du fichier.
Ainsi un pair, en tant que client, a intérêt à donner ce qu'il possède pour recevoir le plus souvent possible des morceaux de fichier.
Téléchargement avec BiTorrent
À l'instar du réseau eDonkey, BitTorrent utilise la capacité d'upload des ordinateurs connectés pour redistribuer le fichier et ainsi désengorger le serveur. Des fichiers de taille importante peuvent donc être distribués par de petits serveurs.
Le logiciel BitTorrent est notamment utilisé pour distribuer certaines versions de Linux. Certaines sociétés éditrices de jeux l'utilisent également pour la diffusion de leurs logiciels et de leurs versions d'essai.
Enjeux éthiques
Les réseaux pair à pair sont fréquemment utilisés pour partager des fichiers de façon illicite, sans tenir compte du copyright.
Certes, cet aspect juridique, bien qu'important, ne relève pas de la recherche informatique. Mais celle-ci peut néanmoins contribuer à proposer des solutions techniques à ces problèmes éthiques, permettant de garantir la pérennité des réseaux pair à pair. On pourrait par exemple imaginer un protocole respectueux des droits de propriété intellectuelle, qui confierait directement la gestion de la rémunération des auteurs aux fournisseurs d'accès.
D'autre part, les réseaux pair à pair peuvent contribuer à la diffusion de contenus illégaux à l'insu de leurs utilisateurs. C'est le cas lorsque l'on aide à partager des fichiers cryptés sans en connaître l'origine ni la destination. Sans le savoir, en téléchargeant un film ou un album de musique, on peut servir de relais à la diffusion d'images pédophiles. C'est un problème qui se pose sur des réseaux qui prônent un anonymat total, comme Freenet par exemple.
Quelle pourra être l'influence de l'organisation de la répression et de sa médiatisation sur l'évolution des usages ? Cela semble difficile à quantifier.
Du reste, les applications des réseaux pair à pair ne fonctionnent pas toutes en marge de la légalité. Ainsi, le logiciel BitTorrent est utilisé de façon purement professionnelle par des sociétés éditrices pour diffuser des logiciels à partir de petits serveurs. De même, une application de téléphonie sur IP (Skype) utilise les concepts issus de Kazaa. Des groupes de musique peu connus utilisent également les réseaux pair à pair pour diffuser leurs œuvres et tenter ainsi de percer.
Les différents types de réseaux
Fasttrack
FastTrack est le réseau supporté par KaZaA. Outre la version officielle "KaZaA Media Desktop", il existe des clients non officiels et de nombreuses extensions.
OpenNap et WPNP
Depuis la disparition de Napster et la mise en open source de son protocole OpenNap, WinMX a repris le flambeau. Le logiciel est très apprécié des chercheurs de MP3. Il a introduit aujourd'hui son propre protocole WPNP.
Edonkey et Overnet
eDonkey et OverNet sont deux réseaux différents mais imaginés par le même concepteur. Les logiciels clients de ces deux réseaux tendent aujourd'hui à implémenter les deux protocoles. Si eDonkey 2000 est le logiciel officiel de ce réseau, une variante open Source dénommée eMule connaît un large succès. Plusieurs logiciels dérivés de ce source (que l'on appelle des MODs) ont également fait leur apparition.
Gnutella
Ce réseau est probablement le plus varié et riche en clients. Parmi ces derniers, les plus connus sont probablement Morpheus et LimeWire. Mais de nouveaux apparaissent très régulièrement.
Directconnect
Ce réseau fonctionne sur le principe des hubs. C'est à dire que chaque hub, ou section, ne contient qu'un certain types de fichiers. Pour pouvoir utilisez ce réseau, il vous faut mettre en partage un minimum de 10 Go de données. De plus, à la première utilisation , vous n'aurez accès qu'à très peu de hubs (les plus nuls) et vous devrez vous faire connaître, un peu à la manière d'un chat) et partager des fichiers intéressants pour avoir accès aux meilleurs hubs.