Терминология

• Раздача (англ. seeding) — процесс распространения файла по протоколу BitTorrent.
  
• Пир (англ. peer — соучастник) — клиент, участвующий в раздаче. Иногда пирами называют только скачивающих участников.
  
• Сид, иногда сидер (англ. seeder — сеятель) — пир, имеющий все сегменты распространяемого файла, то есть либо начальный распространитель файла, либо уже скачавший весь файл.
  
• Личер (англ. leech — пиявка) — пир, не имеющий пока всех сегментов, то есть продолжающий скачивание. Термин часто употребляется и в негативном смысле, который он имеет в других файлообменных сетях: пользователь, который отдает гораздо меньше, чем скачивает.
  
• Рой (англ. swarm) — совокупность всех пиров, участвующих в раздаче.
  
• Доступность (англ. availability), или distributed copies — количество полных копий файла, доступных клиенту. Каждый сид добавляет 1,0 к этому числу; личеры увеличивают доступность в зависимости от количества скачанного, которого нет у других личеров. К примеру, если на раздаче есть один сид и два личера, скачавшие по 50% файла (скачанные части равны между собой), то доступность равна 1,50.
  
• Рейтинг (англ. share ratio) — отношение отданного к скачанному.
  
• Анонс (англ. announce) — обращение клиента к трекеру. При каждом анонсе клиент передаёт на трекер информацию об объёмах им скачанного и отданного, a трекер передаёт клиенту список адресов других клиентов. Обращение клиента к трекеру происходит через определённые интервалы времени, которые определяются настройками клиента и трекера.
  
• URL анонса (англ. announce URL) — адрес трекера, к которому клиент делает анонс. Во многих клиентах называется «Tracker URL». Может включать «passkey» — уникальный код, назначаемый трекером для аккаунта пользователя, помогающий идентифицировать его на трекере (добавляется к URL анонса в самом *.torrent-файле).

Общие особенности

• Отсутствие очередей на закачку.
  
• Файлы закачиваются небольшими сегментами; чем менее доступен сегмент, тем чаще он будет передаваться. Таким образом, присутствие в сети «сидера» с полным файлом для загрузки необязательно — система распределяет сегменты между «пирами», чтобы в последующем они могли обмениваться недостающими сегментами.
  
• Клиенты (peers) обмениваются сегментами непосредственно между собой, по принципу «ты — мне, я — тебе».
  
• Закачанные сегменты становятся немедленно доступны другим клиентам.
  
• Контролируется целостность каждого сегмента.
  
• В качестве объекта закачки могут выступать несколько файлов (например, содержимое каталога).

Протоколы и порты

Клиенты соединяются с трекером по протоколу TCP.
Клиенты соединяются друг с другом, используя протокол TCP.
Номера портов не фиксированы в спецификации протокола и могут изменяться при необходимости. Более того, в данный момент большинство трекеров используют обычный HTTP порт 80, а для клиентов рекомендуется выбрать случайный входящий порт.
DHT-сеть в BitTorrent-клиентах использует протокол UDP.

Подробнее про DHT

DHT (Distributed hash table) — это протокол, позволяющий битторрент клиентам находить друг друга без использования трекера.
Клиенты с поддержкой DHT образуют общую DHT сеть, и помогают друг другу найти участников одних и тех же раздач.
Поддержка DHT есть в клиентах Mainline, µTorrent, KTorrent, BitSpirit и BitComet. В Azureus есть собственная реализация DHT, то есть Azureus клиенты образуют свою собственную отдельную DHT сеть.
Функции
И DHT и PEX фактически выполняют основную функцию трекера — помогают участникам файлообмена узнать друг о друге. Они могут:
1. Помочь участникам быстрее друг друга найти
Например, на раздаче есть пир X с недоступным портом. К раздаче подключается пир Z, который сам начать соединение к X не может, и вынужден ждать, пока Х о нём узнает сам. Х только что обращался к трекеру, и в следующий раз собирается это сделать через час.
Но вот пир Y в очередной раз обращается к трекеру и узнаёт про нового пира Z. При этом Y сам давно уже соединен и занимается файлообменом с X, поэтому он через PEX сообщает X адрес этого нового пира. Теперь X может начать соединение к Z.
2. Снизить нагрузку на трекер
Некоторые клиенты, например Azureus, получая адреса пиров через DHT или PEX, реже обращаются за списком пиров на трекер.
3. Поддержать участников вместе в периоды недоступности трекера
Известно, что если трекер является единственным источником информации о пирах, то при его неработоспособности раздача постепенно останавливается. Клиенты помнят уже известные списки адресов других пиров, но постепенно эти списки устаревают — некоторые пользователи отключаются от раздачи, у некоторых меняется IP адрес, а новые пользователи не могут подключиться к раздаче вообще.
PEX позволяет несколько замедлить процесс распадения роя участников, а DHT позволяет полностью заменить трекер, то есть даже подключаться к раздаче новым участникам.
4. DHT позволяет раздавать вообще без трекера
Такая раздача называется trackerless. Торрент для нее создается без адреса трекера, и клиенты друг друга находят через DHT сеть.
При участии в trackerless раздачах БТ клиенты приобретают определённое сходство с eMule, использующим сеть KAD.
Механизм работы DHT
Реализация распределеной сети в БТ клиентах основана на варианте DHT, называемом Kademlia. А вообще говоря, DHT (Distributed hash table) означает децентрализованную распределенную систему для объединения большого количества постоянно исчезающих и появляющихся узлов и эффективной передачи сообщений между ними. На основе DHT структур строят разные более сложные системы, такие как P2P файлообмен, кооперативное веб кеширование, DNS сервисы и т. п.
DHT использует UDP протокол. БТ клиенты слушают тот же UDP номер порта, который они используют для входящих TCP соединений. Если вы активно используете DHT, то открытие этого UDP порта для доступа снаружи желательнo, но не обязательно — DHT будет работать и так.
Каждый подключенный БТ клиент является в DHT сети отдельным узлом. У него есть свой уникальный ID (идентификатор), случайно выбираемый из того же 160-битного пространства, что и infohash’ы торрентов.
Каждый узел хранит таблицу маршрутизации, содержащую контактную информацию о многих «ближайших» к нему узлах, и о нескольких более далеких. «Близость» двух узлов вычисляется из «сходства» их ID, и не имеет никакого отношения к их географической близости.
Когда узел хочет найти пиров для какой-то раздачи, он сравнивает infohash этой раздачи с ID известных ему узлов, и затем посылает запрос тому узлу, чей ID наиболее похож на этот infohash. Тот узел возвращает ему адрес узла, чей ID ещё ближе к infohash торрента.
Тогда наш узел посылает запрос тому новому узлу, и получает от него адрес следующего узла, чей ID ещё более похож на infohash торрента.
Таким образом, запросы от клиентов, участвующих в раздаче торрента с определённым infohash, постепенно стекаются к узлам, чьи ID наиболее похожи на этот infohash. Эти узлы помнят предыдущие запросы, и всем следующим запрашивающим узлам вернут адреса предыдущих пиров с той же раздачи.
Private key
На публичных (открытых) трекерах, где каждый желающий может скачать торрент и участвовать в раздаче, DHT и PEX служат на благо всех участников.
Частным (закрытым) трекерам в первую очередь важно, чтобы в раздачах могли участвовать только зарегистрированные пользователи, и чтобы они соблюдали определённые правила. При первом обращении клиента частный трекер имеет возможность не допустить его к раздаче, просто не сообщая ему адреса других клиентов-участников. Поэтому для закрытого трекера важно, чтобы клиенты не получали эти адреса через DHT/PEX.
DHT и PEX появились в клиентах Azureus и BitComet примерно летом 2005 года. Администраторы многих частных трекеров были недовольны такой новой функциональностью, и поэтому стали запрещать на трекере эти новые версии клиентов.
Тогда разработчики клиентов предложили новый ключ внутри торрент файла: private. Если он равен 1, то клиент обязан для этого торрента автоматически отключать DHT/PEX независимо от желания пользователя. Такой торрент называют Secure Torrent.
Практически все современные частные трекеры сами принудительно вставляют private:1 во все торренты, выкладываемые на трекере, а также запрещают несколько устаревших версий клиентов, поддерживающих DHT или PEX, но еще не знающих про private key. Пользователи трекера просто не могут на раздачах использовать DHT/PEX, и проблемы нет.
Отметим, что присутствие private key изменяет infohash торрента, поэтому выреза́ть его из торрент файла бесполезно — другие клиенты изменённый торрент всё равно не признают.
Пользоваться ли?

• Все ваши торренты — с частных трекеров
  Если при этом в клиенте разрешить DHT, то получится, что клиент подключается к DHT сети, тратит на это трафик, помогает другим клиентам найти нужных им пиров, но ни на одной раздаче DHT для себя не использует. Если вы не хотите тратить лишний трафик, то видимо лучше DHT в клиенте отключить.
  
• Вы качаете раздачу с публичного трекера
  Если трекер возвращает вам много пиров и их достаточно для достижения хорошей скорости скачивания, то DHT/PEX вам вероятно не нужно. Если нет, то стоит попробовать их включить (и в клиенте и в свойствах раздачи), это может помочь найти больше источников.
  
• Вы качаете раздачу с частного трекера без принудительного private key
  Из крупных русскоязычных трекеров на конец 2006 года это торрентс.ру. Возможность использования на раздачах DHT/PEX на этих трекерах отдана на откуп раздающему (создателю торрента).

Вообще говоря, такая ситуация не может быть признана нормальной, особенно на трекерах с системой passkey. Дело в том, что в клиентах BitComet и Azureus через DHT пользователи могут узнать passkey других пользователей, и нечестные пользователи могут использовать чужие passkey для скачивания под чужой учетной записью. Поэтому по крайней мере в этих клиентах на таких трекерах рекомендуется DHT выключить.
DHT и статистика
Этот раздел касается только частных трекеров, на которых private key в торренты принудительно не вставляется, и на некоторых раздачах (в зависимости от того, вставил ли раздающий сам в торрент private key) можно использовать DHT и PEX.
Часто встречается мнение, что включенный в клиенте DHT влияет на учет статистики клиента трекером, например «раздавал через DHT, значит статистика шла мимо трекера». Это неверно.
Во-первых, DHT/PEX используется только для получения адресов пиров. Ни файлообмена, ни какого-либо учета статистики по ним не ведётся. Клиент рапортует статистику скачанного и отданного только на трекер.
То есть «раздавал через DHT» фактически означает «о некоторых (или о всех) пирах получил информацию по DHT, и вероятно некоторые пиры тоже нашли меня через DHT»
Во-вторых, хотя клиенты обычно и знают, откуда ими получены адреса пиров, ни один клиент не разделяет трафик на «полученный/отданный DHT пирам» и «полученный/отданный пирам, полученным от трекера». Даже при желании это было бы клиенту сделать затруднительно — некоторые пиры могут быть получены и от трекера и через DHT или PEX, и часто клиент не знает, как его адрес получил пир, сам начинающий к нему соединение.
Клиент рапортует трекеру суммарные данные об объемах им скачанного и отданного всем пирам, с которыми он общался, независимо от того, узнал клиент об отдельных пирах через трекер, DHT или PEX, или тот пир вообще начал соединение сам. То есть даже если из-за DHT/PEX на раздаче появятся «левые» пользователи (не обращающиеся к трекеру), клиент все равно сообщит на трекер все, что у них скачал и отдал.
Правильный учет статистики зависит только от состояния трекера: работает трекер — статистика учитывается, не работает — не учитывается. Только в случае длительно неработающего трекера DHT/PEX может играть косвенную роль, не давая постепенно затухнуть файлообмену на такой «раздаче без учета статистики».

Файл метаданных

Для каждого распространяемого файла создаётся файл метаданных с расширением .torrent, который содержит следующую информацию:

• URL трекера;
  
• общую информацию о закачиваемом файле (имя, длину и пр.);
  
• контрольные суммы (точнее, хэш-суммы SHA1) сегментов закачиваемого файла.

Файлы метаданных могут распространяться через любые каналы связи — например, они (или ссылки на них) могут выкладываться на веб-серверах, размещаться на домашних страницах пользователей сети, рассылаться по электронной почте, публиковаться в блогах или новостных лентах RSS.
Клиент начинает закачку, получив каким-либо образом файл с метаданными, в котором есть ссылка на трекер.

Трекер

Трекер (англ. tracker) — специализированный сервер, работающий по протоколу HTTP. Трекер нужен для того, чтобы клиенты могли найти друг друга. Фактически, на трекере хранятся IP-адреса, входящие порты клиентов и хэш-суммы, уникальным образом идентифицирующие объекты, участвующие в закачках. По стандарту, имена файлов на трекере не хранятся, и узнать их по хэш-суммам нельзя. Однако на практике трекер часто помимо своей основной функции выполняет и функцию небольшого веб-сервера. Такой сервер хранит файлы метаданных и описания распространяемых файлов, предоставляет статистику закачек по разным файлам, показывает текущее количество подключенных пиров и пр.

Работа без трекера

В новых версиях протокола были разработаны бестрекерные (англ. trackerless) системы, которые решают некоторые из предыдущих проблем. Отказ трекера в таких системах не приводит к автоматическому отказу всей сети.
Начиная с версии 4.2.0 официального клиента, в нем реализована функция бестрекерной работы, базирующаяся на протоколе Kademlia. В таких системах трекер доступен децентрально, на клиентах, в форме распределенной хеш-таблицы.
На данный момент еще не все клиенты используют совместимый друг с другом протокол. Совместимы между собой BitComet, µTorrent, KTorrent и официальный клиент BitTorrent. Azureus также имеет режим бестреккерной работы, но его реализация отличается от официальной, вследствие чего он не может работать через DHT с вышеперечисленными клиентами.
Принцип работы протокола BitTorrent
Перед началом закачки, клиент подсоединяется к трекеру, сообщает ему свой адрес и хэш-сумму запрашиваемого файла, на что в ответ, клиент получает адреса других клиентов, скачивающих или раздающих этот же файл. Далее клиент периодически информирует трекер о своем прогрессе и получает обновленный список адресов.
Клиенты соединяются друг с другом и обмениваются сегментами файлов без непосредственного участия трекера. Для эффективной работы сети BitTorrent необходимо, чтобы как можно больше клиентов были способны принимать входящие соединения. Неправильная настройка NAT или файрвола могут этому помешать.
При соединении клиенты сразу обмениваются информацией об имеющихся у них сегментах. Клиент, желающий скачать сегмент, посылает запрос, и если второй клиент готов отдавать, получает этот сегмент. После этого клиент проверяет контрольную сумму сегмента и оповещает всех присоединенных пиров о наличии у него этого сегмента.
Каждый клиент имеет возможность временно блокировать отдачу другому клиенту (англ. choke). Это делается для более эффективного использования канала отдачи. Кроме того, при выборе — кого разблокировать, предпочтение отдается пирам, которые сами передали этому клиенту много сегментов. Таким образом, пиры с хорошими скоростями отдачи поощряют друг друга по принципу «ты — мне, я — тебе».

Super seeding (cупер-сид)

Супер-сид (англ. super seeding) — метод, реализованный в тех клиентах BitTorrent, авторы которых пытаются минимизировать объем данных до первого завершения загрузки пира. Метод был задуман Джоном Хофманом и впервые был осуществлен в клиенте «BitTornado» в середине 2003 г.
Супер-сид является изменением в поведении сидеров и не может быть осуществлен без нарушения протокола BitTorrent. Тем не менее, это не утверждается ни разработчиком протокола, Брэмом Коэном, ни в официальном клиенте.
Супер-сид действует, когда имеется только один сидер. Фактически, он заставляет пользователей делиться скачанными данными. Клиент, отдавший одному участнику какую-либо часть файла, прекращает передачу данных до тех пор, пока не обнаружит в сети вторую копию этой части. Поскольку многие участники не имеют возможности или не желают делать доступными для других скачанные данные, общая скорость отдачи падает. В обычном режиме же, в отличие от супер-сид, каждый всегда получает запрошенную информацию, если она имеется, поэтому в нем средняя скорость передачи данных выше.
Супер-сид эффективен при раздачах с большим количеством качающих. При небольшой группе людей (2—3 человека) их клиенты в силу разных причин могут отказаться устанавливать связь друг с другом. В этом случае включенный супер-сид заставит клиентов ждать, пока данные станут доступны. Когда число качающих велико (10—20 человек), достаточно отдать каждую часть файла только один раз, тогда клиенты смогут обменяться ею между собой, и каждый из них получит файл целиком.

Программы-клиенты

Кроссплатформенные:

• aria2 — поддерживает HTTP, FTP, BitTorrent; файлы Metalink 3.0
  
• Azureus — написан на языке Java, поэтому является кроссплатформенным;
  
• BitTornado — кроссплатформенный клиент, написанный на языке Python;
  
• FoxTorrent — расширение для браузера Mozilla Firefox, реализующее функции клиента BitTorrent;
  
• mlDonkey — кроссплатформенный клиент;
  
• Браузер Opera полностью поддерживает закачку торрентов, начиная с версии 9.0;
  
• TorrentFlux — написан на PHP, работает на удаленном Web‐сервере как PHP‐скрипт, позволяя не держать свой компьютер включенным постоянно, но при этом качать и раздавать торренты.

Для UNIX-подобных систем:

• BTPD — консольный клиент для Unix/GNU+Linux, написанный на C++; работает в режиме демона;
  
• CTorrent — консольный клиент для Unix/GNU+Linux, прекративший развитие в 2004 году;
  
• Deluge — клиент для GNU/Linux, написанный на языке Python; использует GTK;
  
• KTorrent — использует библиотеку Qt; работает в среде KDE;
  
• rTorrent — консольный клиент для UNIX/GNU+Linux, написанный на C++; использует библиотеки ncurses и libTorrent;
  
• Transmission — клиент для Mac OS X, FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, GNU/Linux и BeOS, использующий GTK.

Для Microsoft Windows и Windows NT:

• µTorrent;
  
• BitComet;
  
• FlashGet;
  
• GetRight.
  
• Shareaza — поддерживает работу с несколькими файлообменными сетями, в том числе и BitTorrent

Для Mac OS:

• XTorrent;
  
• BitRocket.