Fast Extension 協(xié)議擴(kuò)展的開啟方式系忙，需要在 BitTorrent 握手協(xié)議中設(shè)置一位特定的二進(jìn)制位來開啟叫编。在 BitTorrent 握手協(xié)議中的保留字節(jié)（reserved byte）的第三個(gè)最低有效位（third least significant bit）設(shè)置為 1裕循，即將其與 0x04 進(jìn)行按位或運(yùn)算时迫，來啟用 Fast Extension 。例如：
reserved[7] |= 0x04
如果連接的兩端都設(shè)置了這一位惫搏，那么 Fast Extension 就會(huì)被啟用具温，并且可以使用其中的四個(gè)擴(kuò)展功能：Have None/Have All 、 Reject Requests 筐赔、 Suggestions 和 Allowed Fast铣猩。
需要注意的是，F(xiàn)ast Extension 只有在支持該協(xié)議擴(kuò)展的兩個(gè) BitTorrent 客戶端之間建立連接時(shí)才能生效茴丰。否則达皿，即使設(shè)置了這一位，也無法啟用 Fast Extension 较沪。
BitTorrent 協(xié)議中消息的語法指定所有整數(shù)都是四個(gè)字節(jié)的大端序鳞绕，并且所有消息都以一個(gè)整數(shù)的消息長(zhǎng)度開始。此外尸曼，它還指定除 Keep-Alive 外的所有消息將具有單個(gè)字節(jié)的操作碼和零個(gè)或多個(gè)依賴于操作碼的參數(shù)们何。聲明應(yīng)按照 IETF RFC 2119 中所述的方式解釋某些關(guān)鍵詞（MUST 、 MUST NOT 控轿、 REQUIRED 冤竹、 SHALL 、 SHALL NOT 茬射、 SHOULD 鹦蠕、 SHOULD NOT 、 RECOMMENDED 在抛、 MAY 和 OPTIONAL）钟病。這意味著這些單詞具有在 RFC 中定義的特定含義，它們用于指示對(duì)特定動(dòng)作或行為的要求或建議水平。例如肠阱，“MUST” 表示必須遵循某項(xiàng)要求票唆，“SHOULD” 則表示應(yīng)該遵循某項(xiàng)建議，除非存在充分理由不這樣做屹徘。
現(xiàn)有消息語義的修改
Fast Extension 對(duì)請(qǐng)求（Request）走趋、阻塞（Choke）、取消阻塞（Unchoke）和取消請(qǐng)求（Cancel）消息的語義進(jìn)行修改噪伊，并添加了一個(gè)拒絕請(qǐng)求（Reject Request）消息〔净停現(xiàn)在，每個(gè)請(qǐng)求都保證只會(huì)收到一個(gè)響應(yīng)鉴吹，即相應(yīng)的拒絕或相應(yīng)的 piece 消息姨伟。即使請(qǐng)求被取消，接收到取消請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)也應(yīng)該發(fā)送相應(yīng)的拒絕或相應(yīng)的 piece ：正在處理中的請(qǐng)求仍然允許完成拙寡。阻塞不再隱含地拒絕所有掛起的請(qǐng)求授滓，從而消除了一些可能導(dǎo)致重復(fù)請(qǐng)求不必要的 piece 的競(jìng)爭(zhēng)條件琳水。此外肆糕，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到了一個(gè)從未請(qǐng)求的 piece ，那么它必須關(guān)閉連接在孝。
Have All/Have None
*Have All*: <len=0x0001> <op=0x0E>
*Have None*: <len=0x0001><op=0x0F>
這兩種消息都包含一個(gè)長(zhǎng)度為 1 字節(jié)的整數(shù)和一個(gè)操作碼诚啃，其中 "Have All" 的操作碼是 0x0E，"Have None" 的操作碼是 0x0F 私沮。當(dāng)存在這兩個(gè)消息時(shí)始赎，它們會(huì)替換掉 “Have Bitfield” 消息。在握手之后仔燕，必須恰好出現(xiàn)一個(gè) “Have All” 造垛、"Have None" 或 "Have Bitfield" 中的一個(gè)。
“Have All” 和 “Have None” 是 BitTorrent 協(xié)議中的消息類型晰搀，表示發(fā)送方已經(jīng)擁有所有或者沒有任何 piece 五辽。當(dāng)存在這兩個(gè)消息時(shí)，它們會(huì)替換掉 “Have Bitfield” 消息外恕。在握手之后杆逗，必須恰好出現(xiàn)一個(gè) “Have All” 、”Have None” 或 “Have Bitfield” 中的一個(gè)鳞疲。
這些消息的目的是為了節(jié)省帶寬罪郊，并且避免沒有 piece 時(shí)不發(fā)送任何消息的特殊情況。當(dāng) Fast Extension 被禁用時(shí)尚洽，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到 “Have All” 或 “Have None” 消息悔橄，則該節(jié)點(diǎn)必須關(guān)閉連接。
建議性 Piece
*Suggest Piece*: <len=0x0005><op=0x0D><index>
“Suggest Piece“ 是一個(gè)建議性的消息，意味著” 您可能想要下載這個(gè) piece” 癣疟。它的預(yù)期用途是為了在不降低吞吐量的情況下進(jìn)行超級(jí)共享（super-seeding1）尺铣，以避免重復(fù)下載，并使磁盤 I/O 受限的種子可以上傳連續(xù)或相同的數(shù)據(jù)塊争舞，以避免過多的磁盤查找版扩。在所有情況下贡必，種子應(yīng)該操作以在網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)大致相等數(shù)量的每個(gè)塊的副本。
對(duì)于任何給定時(shí)間，節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送多個(gè)”Suggest Piece” 消息存皂。如果接收方收到多個(gè)”Suggest Piece” 消息，則可能會(huì)將其解釋為表示所有建議的塊都同樣適合下載添谊。
當(dāng)禁用 Fast Extension 時(shí)痪伦，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到了一個(gè)”Suggest Piece” 消息，則該節(jié)點(diǎn)必須關(guān)閉連接遭贸。
Reject Request 拒絕請(qǐng)求
*Reject Request*: <len=0x000D><op=0x10><index><begin><length>
通過發(fā)送這個(gè)消息戈咳，Peer 可以告訴其他 Peer 自己無法提供所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)塊。接收方在收到該消息后壕吹，會(huì)將相應(yīng)的請(qǐng)求從隊(duì)列中刪除著蛙，并嘗試向其他 Peer 請(qǐng)求相同的數(shù)據(jù)塊。
Reject Request 用于通知請(qǐng)求方耳贬，它所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)塊無法被滿足踏堡。
如果 Fast Extension 沒有啟用，且一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到了 Reject Request 消息咒劲，則該節(jié)點(diǎn)必須關(guān)閉與請(qǐng)求方之間的連接顷蟆。
啟用 Fast Extension 時(shí)，節(jié)點(diǎn)在處理 Reject Request 消息時(shí)的規(guī)范行為：
- 如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)未曾發(fā)送請(qǐng)求的 Reject Request 消息腐魂，則它應(yīng)該關(guān)閉與發(fā)出該消息的節(jié)點(diǎn)之間的連接帐偎。
- 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送 Choke 消息時(shí)，它必須拒絕該節(jié)點(diǎn)發(fā)出的所有請(qǐng)求蛔屹，除非這些請(qǐng)求涉及允許的快速集合中的數(shù)據(jù)塊削樊。節(jié)點(diǎn)應(yīng)該先 choke 再拒絕請(qǐng)求，這樣收到 Choke 消息的節(jié)點(diǎn)不會(huì)重新請(qǐng)求那些被 choke 的數(shù)據(jù)塊判导。
- 如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到了來自被 choke 的節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求嫉父，則它會(huì)拒絕該請(qǐng)求，除非所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)塊在允許的快速集合中眼刃。
- 如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到了太多來自被 choke 的節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求绕辖，則它可以選擇關(guān)閉連接而不是拒絕這些請(qǐng)求。但是擂红，要考慮到一旦一個(gè)節(jié)點(diǎn)被 choke仪际，緩沖區(qū)可以需要幾秒鐘才能排空并且消息傳播才能完成围小。因此，需要在決定關(guān)閉連接之前仔細(xì)考慮這個(gè)問題树碱。
Allowed Fast
*Allowed Fast*: <len=0x0005><op=0x11><index>
使用指定的 BitTorrent 協(xié)議肯适，新加入的節(jié)點(diǎn)由于缺少數(shù)據(jù)片段，需要等待一段時(shí)間才能與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的文件共享成榜。在這個(gè)過程中框舔，節(jié)點(diǎn)可能會(huì)不斷地被 choke（阻止上傳），導(dǎo)致共享效率降低赎婚。
為了解決這個(gè)問題刘绣，BitTorrent 協(xié)議中引入了 “Allowed Fast” 消息。這個(gè)消息告訴其他節(jié)點(diǎn)挣输，即使自己處于 choke 狀態(tài)纬凤，也可以向它請(qǐng)求某些數(shù)據(jù)片段，并保證會(huì)立即響應(yīng)撩嚼。這樣停士，其他節(jié)點(diǎn)就可以更快地獲取到需要的數(shù)據(jù)，而新加入節(jié)點(diǎn)也可以更快地開始參與 tit-for-tat 的交換過程完丽，從而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的文件共享效率恋技。
在這個(gè)協(xié)議中，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有某個(gè)文件的一部分時(shí)舰涌，它可以把這些 piece 分享給其他節(jié)點(diǎn)猖任。當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)需要下載這個(gè)文件時(shí)，它們可以從那個(gè)節(jié)點(diǎn)處請(qǐng)求這些 piece瓷耙，以便更快地完成文件的下載。
而 “Allowed Fast 集合” 則是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)所允許請(qǐng)求的一組 piece 的集合刁赖。為了保證所有節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)請(qǐng)求都是公平的搁痛，在協(xié)議中使用了一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的生成算法來生成這個(gè)集合。這個(gè)算法會(huì)為每個(gè)接收消息的節(jié)點(diǎn)生成唯一的 piece 索引宇弛，使得當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都提供了 k 個(gè) piece 時(shí)鸡典，它們所能夠請(qǐng)求的 piece 的數(shù)量也是相同的；如果其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了 k+1 個(gè) piece枪芒，則請(qǐng)求數(shù)量也會(huì)相應(yīng)增加一個(gè)彻况。 k 的值應(yīng)該足夠小以避免濫用，但又足夠大以實(shí)現(xiàn) “以牙還牙” 的策略舅踪。作者目前將 k 的默認(rèn)值設(shè)置為 10纽甘，但節(jié)點(diǎn)可以自由更改這個(gè)數(shù)字，以適應(yīng)不同的負(fù)載情況抽碌。
發(fā)送方可以在 Allowed Fast 消息中列出它還沒有實(shí)際擁有的 pieces 悍赢，接收方不能根據(jù) Allowed Fast 消息認(rèn)為發(fā)送方確實(shí)擁有這些 pieces 。這樣做的目的是為了允許節(jié)點(diǎn)在連接開始時(shí)生成和通信允許快速集合。然而左权，發(fā)送方隨時(shí)都可以發(fā)送 Allowed Fast 消息皮胡。
一個(gè)節(jié)點(diǎn)如果有足夠的資源，應(yīng)該向任何一個(gè)起始節(jié)點(diǎn)發(fā)送 Allowed Fast 消息赏迟，以提高其他節(jié)點(diǎn)下載文件分塊的速度屡贺。但是，在某些情況下锌杀，節(jié)點(diǎn)可以拒絕已經(jīng)發(fā)送了 Allowed Fast pieces 的請(qǐng)求烹笔，例如本地節(jié)點(diǎn)資源不足、請(qǐng)求的 pieces 已經(jīng)發(fā)送給請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)抛丽、或者請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)并非一個(gè)起始節(jié)點(diǎn)谤职。此外，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的規(guī)則還規(guī)定了一種情況亿鲜，即當(dāng)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)已經(jīng)下載了超過 k 個(gè) pieces 時(shí)允蜈，請(qǐng)求被拒絕。
當(dāng) Fast 擴(kuò)展被禁用時(shí)蒿柳，只要節(jié)點(diǎn)收到了 Allowed Fast 消息饶套，它就沒有能力處理這種消息，因此必須斷開與發(fā)送方的連接垒探。這個(gè)規(guī)則的目的是確保協(xié)議的兼容性和正確性妓蛮，保證所有節(jié)點(diǎn)都能夠按照相同的規(guī)則進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)文件分塊的有效下載和傳輸圾叼。
Allowed Fast Set 機(jī)制
計(jì)算對(duì)等節(jié)點(diǎn)的快速列表的標(biāo)準(zhǔn)算法中所有的整數(shù)都是四個(gè)字節(jié)（32 位）的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序（大端序）蛤克。 [a:b] 表示從 a 到 b 的連續(xù)字節(jié)序列，不包括 b夷蚊，即 (a, a+1, a+2,…, b-1) 构挤。 x[a:b] 表示數(shù)組 x 中從索引 a 開始到索引 b（但不包括 b）的子序列。
計(jì)算網(wǎng)絡(luò)地址的方法惕鼓。其中筋现，“ip” 代表 P’*s IPv4 地址。該方法目前不支持 IPv6 地址箱歧。如果對(duì)等方在 NAT 后面矾飞，則 “ip” 應(yīng)為 NAT 的外部 IP 地址。由于發(fā)送 “Allowed Fast” 消息的節(jié)點(diǎn)計(jì)算集合呀邢，因此通常正確的 “ip” 是連接另一端的 “ip” 地址洒沦。計(jì)算集合的主機(jī)可以根據(jù)需要使用連接另一端的 “ip” 地址。簡(jiǎn)而言之驼鹅，這意味著微谓，在計(jì)算集合時(shí)森篷，可以選擇使用連接另一端的 IP 地址作為計(jì)算中的 IP 地址，而不一定是自己的 IP 地址豺型。
用 “sz” 代表種子文件中分片的數(shù)量仲智。而 “a” 代表允許快速下載的集合，該集合包含一些不在正常下載順序中的分片姻氨。最后钓辆，“k” 代表被允許以快速方式下載的分片數(shù)量，即允許快速下載的集合中所包含的分片數(shù)目肴焊。
x = 0xFFFFFF00 & ip (1)
x.append(infohash) (2)
while |a| < k:
x = SHA1(x) (3)
for i in [0:5] and |a| < k: (4)
j = i*4 (5)
y = x[j:j+4] (6)
index = y % sz (7)
if index not in a: (8)
add index to a (9)
第一步（1）選擇節(jié)點(diǎn) P’*s 的 IP 地址中最重要的八位字節(jié)前联。這樣可以防止同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的用戶獲得多個(gè) Allowed Fast Set 。使用三個(gè)字節(jié)是基于經(jīng)驗(yàn)和歷史原因的娶眷。
第三步（3）在每個(gè)調(diào)用上生成一個(gè) 20 字節(jié)的隨機(jī)數(shù)似嗤。通過對(duì)前一次迭代的哈希執(zhí)行 SHA-1 哈希，我們可以生成任意長(zhǎng)度的偽隨機(jī)序列届宠。
步驟（4）到（9）將 20 字節(jié)哈希劃分為若干片段索引烁落，并將其添加到允許快速集合中。簡(jiǎn)單來說豌注，該過程將隨機(jī)數(shù)分成了 5 個(gè) 4 字節(jié)的片段伤塌，并將每個(gè)片段作為指向表示內(nèi)容不同部分的索引集合中的一個(gè)索引。如果該索引尚未被添加到允許快速集合中轧铁，則將其添加到集合中每聪。這確保只有擁有特定索引的一部分節(jié)點(diǎn)才能被選入 “允許快速” 節(jié)點(diǎn)集合。
Example Implementation 示例實(shí)現(xiàn)
以下的 C++ 實(shí)現(xiàn)由 CacheLogic 提供
void generate_fast_set(
uint32 k, // number of pieces in set
uint32 sz, // number of pieces in torrent
const char infohash[20], // infohash of torrent
uint32 ip, // in host byte order, ie localhost is 0x7f000001
std::
vector<uint32> &a) // generated set of piece indices
{
a.clear();
std::string x;
char buf[4];
*(uint32*)buf = htonl(ip & 0xffffff00);
x.assign(buf, 4);
x.append(infohash, 20); // (3)
while (a.size()<k) {
x = SHA1(x); // (4)
for ( int i=0 ; i<5 && a.size()<k; i++ ) { // (5)
int j = i*4; // (6)
uint32 y = ntohl(*(uint32*)(x.data()+j)); // (7)
uint32 index = y % sz; // (8)
if (std::find(a.begin(), a.end(), index)==a.end()) { // (9)
a.push_back(index); // (10)
}
}
}
}
此函數(shù)生成的示例結(jié)果：
7 piece allowed fast set for torrent with 1313 pieces and hex infohash
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa for node with IP 80.4.4.200:
1059,431,808,1217,287,376,1188
9 piece allowed fast set for torrent with 1313 pieces and hex infohash
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa for node with IP 80.4.4.200:
1059,431,808,1217,287,376,1188,353,508
總結(jié)
BitTorrent 的 Fast Extension（簡(jiǎn)稱 FAST）是一種加速下載的協(xié)議擴(kuò)展齿风，它能夠顯著提高文件下載速度药薯。 FAST 利用了一些技術(shù)手段來優(yōu)化下載過程，如多線程下載聂宾、數(shù)據(jù)塊預(yù)取和請(qǐng)求重排等果善。
具體地說，F(xiàn)AST 通過請(qǐng)求多個(gè)數(shù)據(jù)塊系谐，并在這些數(shù)據(jù)塊到達(dá)之前對(duì)它們進(jìn)行排序以減少延遲，從而使下載更快讨跟。此外纪他，F(xiàn)AST 還利用多線程下載技術(shù)，同時(shí)從不同的上傳者處獲取數(shù)據(jù)塊晾匠，進(jìn)一步提高下載速度茶袒。
需要注意的是，F(xiàn)AST 只適用于支持該協(xié)議擴(kuò)展的 BitTorrent 客戶端之間的通信凉馆，因此如果你使用的客戶端不支持 FAST薪寓，那么即使有其他客戶端支持該協(xié)議擴(kuò)展亡资，也無法加速你的下載。
