Qtum量子链对等节点通信原理剖析以及调试

这篇文章深入探讨了运行 Qtum 全节点时其中一个最有趣的问题： Qtum节点如何连接到其他对等节点，过程是怎样的以及无法连接时如何排除错误？

对大多数应用程序来说，家庭网络足够简单易用，但是当你使用 Qtum 节点遇到问题时，你打算怎么处理？ 路由器 - 防火墙 - 杀毒软件体系具有许多内置保护功能，可以确保你网络的安全和正常运行，但运行区块链对等网络可能会与这些内置保护措施发生冲突。

举例而言，你的节点将 “好友请求” 发送出去，与其他节点试图连接，它们确认请求方可和你的节点聊天了。你的节点也能够从其他节点接收“好友请求”。

我们将会了解什么是 Qtum 全节点，Qtum 网络与对等连接如何运作，以及如何设置可能阻止这些通信的这些通信的防火墙和路由器。 我们将花一些时间在端口和网络协议上，并会涉及与 “netstat” 网络状态相关的工具。 我希望在我们完成这些工作之后，你将了解你的 Qtum 节点如何能愉快地与世界各地的节点进行信息交换。

据我计算，Qtum 主网持续稳定运行中，Qtum全网权重约为20,800,00，推算依据是 一个余额为20,800,000的稳定挖矿地址获得了8.9%的区块奖励，这意味着挖矿的年化收益约为4.2%。

由于许多历史原因，许多杀毒程序在下载 Qtum 钱包安装文件时会误报病毒错误，并隔离或删除这些下载。 要解决此问题，请为杀毒程序添加白名单，如果有问题，请从 Qtum GitHub 站点https://github.com/qtumproject/qtum/releases下载并使用验证文件校验。

Qtum 节点（核心钱包）将连接多达 125 个对等点。 前 8 个连接仅出站：连接到其他 8 个节点。 如果路由器和家庭网络的端口 3888 处于打开状态，则该节点将接受对等点 9 到 125 的入站连接。 值得注意的是，无论挖矿节点连接到8个节点还是125个节点，都不影响其获得挖矿奖励。 具有大于 8 个对等连接的节点支持连接到网络的新节点，并将下载块来同步这些新节点。 有 8 个出站连接的节点不能这样做。现在我们已经绕过杀毒程序并安装了钱包，我们可以启动该节点并开始连接到其他节点。

全节点连接

在了解关于 Qtum 对等连接如何工作的细节之前，我们先看一下全节点的角色，挖矿钱包以及出站连接与入站连接的问题。Qtum 全节点连接到 Qtum 对等网络，将整个区块链同步到本地存储中，并实时验证和传送每个区块和交易。 Qtum 节点以此验证来保护网络，然后将块/交易转发给其他节点。 Qtum 全节点可能另外持有 QTUM 并挖矿以赢取块奖励。这些全节点有助于保护网络，并有机会赢得块奖励。对 Qtum 来说，全节点始终是钱包，但钱包并不总是全节点，

具有入站连接的节点在 Qtum 网络上具有特殊功能：它们将允许新节点连接到网络，并且将它们以前存的块下载到这些新节点。对于有入站连接的节点，我们应该特别感谢，没有它们，网络无法通过添加新节点来增长。我们将在下面看到，节点在主网上允许入站连接的能力取决于路由器到家庭网络的端口 3888 ，所以这些入站的好友请求可以实际到达节点。

路由器和家庭网络

大多数家庭网络通过因特网服务提供商（ISP）提供的网络接入设备连接到因特网，该服务提供商可以是电缆调制解调器，DSL调制解调器或其他网络接口设备。 调制解调器通常有一个内置路由器，路由器的工作是提供从 ISP 提供的单个公共 Internet 地址到家庭网络上多个内部IP地址的地址转换。 这些内部IP地址通常由诸如 UPnP（universal plug and play）之类的协议自动分配，重要的是要知道，路由器将单个外部 IP 地址映射到家庭网络上连接的多个设备的内部IP地址。

在本节中，我们添加一些实用的网络程序和诊断技术。 通常，你的家庭网络允许 Qtum 节点自动同步，但如果没有，这些工具可能有助于排除错误。为了监控你的家庭网络，netstat（网络状态）程序是一个很好的开始。它内置于 Mac 和 Windows，在Linux上你可能需要安装它（apt-get install net-tools）。“netstat -n” 命令将以数字形式显示网络地址和端口，显示一个节点连接到端口 3888 上的远程节点：

如果你的新节点没有与对等方连接，则需要使用 “addnode” 命令提供帮助。 你可以告诉节点向特定 IP 发送“好友请求”。 但是你应该使用哪些 IP？

addnode 命令的一个很好的对等 IP 地址来源是 coinexchange.io，它列出了来自其 Qtum 节点的 “getpeerinfo” 数据。要使用此站点中的IP地址，在debug window中通过命令行输入，例如

对 addnode 命令的正确响应是 “null”，然后你的节点将尝试一两分钟连接到该对等点 IP 地址。 你可以尝试手动添加 5 个或 10 个对等连接。

启动时连接

在本节中，我们将了解节点如何在启动时建立连接，并使用 netstat 来监听网络并查看节点如何连接。 我们的 netstat 命令是 “netstat -an 30”，意思是每隔 30 秒以数字格式显示所有连接和监听端口。

启动节点时，有几种方法可以找到要连接的对等点。如果节点先前已经运行，它将保存 IP 地址和时间在 peers.dat 文件中。 如果节点是新的或者在 peers.dat 文件中找不到一些好的IP地址，它将向 DNS 服务器查询当前 IP 地址的列表。 最后，你可以手动输入 IP 地址来尝试使用 “addnode” 命令。

首先，我们安装时将节点设置为在全局启动，且不使用 peers.dat 文件中的历史记录（只需重命名 peers.dat 文件，使节点找不到它）。

下面是一个新节点寻找其他节点的消息序列。 这个节点没有使用留有以前“朋友”的 peers.dat 文件。 在半小时的过程中，它将尝试多个IP地址，找到两个要连接的对等点：

Qtum 核心钱包有一个文件，其中包含所有“好友请求”，即 peers.dat 文件。 同一个节点使用 peers.dat 文件启动（将先前的文件名改回 “peers.dat”）可使钱包在 12 分钟内与 10 个对等点连接。 下面的图表显示钱包另找新朋友（没有 peers.dat 文件 - 如上所示）与仅仅联系以前的朋友（使用peers.dat 文件）时的差异：

用于网络事件的 Debug.log 文件

Qtum 节点现在已经就绪它的特写，我们将通过设置 debug.log 来捕获所有网络事件。 这是启动钱包时通过 debug=net 开关完成的：

根据你的操作系统调整此命令。

加上该选项后，节点将记录有关网络活动的所有详细信息。

有关显示连接如何建立简单的列表（下面的参考文献7中给出了更完整的序列），日志显示：

（1）启动后，我们的节点尝试根据 peers.dat 文件连接到多个 IP。 它在十天前看到节点 59.189.111.143，但现在不能连接。

（2）我们的节点连接到 DNS 种子服务器以获取最近的一些 IP 地址。

（3）我们的节点试图连接到地址 35.226.31.206，要尝试的是第6个节点。

（4）我们的节点在 35.226.31.206 处向节点发送版本消息（软件版本，块编号和时间参考）。 该版本消息是“好友请求”。远程节点将使用自己的版本消息进行响应。

（5）节点交换 verack 消息（版本确认）以确认连接。 现在它们是好友，可以开始聊天了。 我们的节点将向远程节点请求额外的IP地址，发送其他“好友请求”。

（6）我们的节点将其最新的块（它离线差了 4 块）发送到 35.226.31.206，并请求下载块以追上。

（7）我们的节点开始接收来自节点 6 的块。

请注意时间戳，节点启动后尝试连接节点 6（对等节点 1 到节点 5 未连接）需要45秒，然后等待一秒完成连接（verack 消息）并开始下载块。