BitTorrent (букв. англ. «битовый поток») — пиринговый (P2P) сетевой протокол Коэна для кооперативного обмена файлами через Интернет.

Файлы передаются частями, каждый torrent-клиент, получая (закачивая) эти части, в это же время отдаёт (подкачивает) их другим клиентам, что снижает нагрузку и зависимость от каждого клиента-источника и обеспечивает избыточность данных.

Первый torrent-клиент «BitTorrent» был создан программистом Брэмом Коэном на языке Python 4 апреля 2001 года, запуск первой версии состоялся 2 июля 2001 года. Существует множество других программ-клиентов для обмена файлами по протоколу BitTorrent.

Принцип работы протокола

Перед началом скачивания 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 ходе процесса и получает обновлённый список адресов.

Клиенты соединяются друг с другом и обмениваются сегментами файлов без непосредственного участия трекера, который лишь регулярно обновляет информацию о подключившихся к обмену клиентах и другую статистическую информацию. Для эффективной работы сети BitTorrent необходимо, чтобы как можно больше клиентов были способны принимать входящие соединения. Неправильная настройка NAT или брандмауэра 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 присоединённых 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 отдаётся пирам, которые сами передали этому клиенту много сегментов. Таким образом, пиры с хорошими скоростями отдачи поощряют друг друга по принципу «ты — мне, я — тебе».

Общие особенности
Отсутствие очередей на скачивание.
Файлы закачиваются небольшими фрагментами; чем менее доступен фрагмент, 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».
Скачанные фрагменты становятся немедленно доступны другим клиентам.
Контролируется целостность каждого фрагмента.
В качестве объекта раздачи могут выступать несколько файлов (например, содержимое каталога).

Протоколы и порты

Клиенты соединяются с трекером по протоколу TCP. Входящий порт трекера: 6969.

Клиенты соединяются друг с другом, используя протокол TCP. Входящие порты клиентов: 6881—6889.

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.

Кроме того, протокол UDP используется UDP-трекерами (поддерживается не всеми клиентами и не является официальной частью протокола) и для соединения клиентов друг с другом через UDP NAT Traversal (используется только в клиенте BitComet и не является официальной частью протокола).

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: 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. Получив каким-либо образом файл с метаданными, клиент может начинать скачивание.

Первоначально BitTorrent не имел собственной поисковой системы (англ. search engine), но в мае 2005 года Брэм Коэн устранил этот недостаток.

Трекер
Основная статья: BitTorrent трекер

Трекер (англ. tracker; /ˈtrækə(r)/) — 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 нём реализована функция бестрекерной работы, базирующаяся на протоколе Kademlia. В таких системах трекер доступен децентрализовано, на клиентах, в форме распределённой хеш-таблицы.

На данный момент не все клиенты используют совместимый друг с другом протокол. Совместимы между собой BitComet, µTorrent, Deluge, KTorrent и официальный клиент BitTorrent. Azureus также имеет режим бестрекерной работы, но его реализация отличается от официальной, вследствие чего он не может работать через DHT с вышеперечисленными клиентами.[2] Однако, для Azureus существует поддержка стандартного DHT через плагин Mainline DHT.

Терминология
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.
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.

Личер и его рой.
Личер (англ. leech — пиявка) — пир, не имеющий пока всех сегментов, то есть продолжающий скачивание. Термин часто употре***ется и в негативном смысле, который он имеет в других файлообменных сетях: пользователь, который отдаёт гораздо меньше, чем скачивает.
Отравленный торрент — ситуация, когда часть пиров раздаёт повреждённые сегменты.
Пир (англ. peer — соучастник) — клиент, участвующий в раздаче. Иногда пирами называют только скачивающих участников.
Раздача (англ. seeding) — процесс распространения файла по протоколу BitTorrent.
Рейтинг (англ. share ratio) — отношение отданного к скачанному.
Рой (англ. swarm) — совокупность всех пиров, участвующих в раздаче.
Сид, иногда сидер (англ. seeder — сеятель) — пир, имеющий все сегменты распространяемого файла, то есть либо начальный распространитель файла, либо уже скачавший весь файл.
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).
Пренебрегающий (англ. snubbed) — клиент, подключённый к получателю, но не посылавший ему данные уже более 60 секунд.
Заглохший (англ. choked — заглохший, придушенный) — клиент, обмен данными с которым заглох. Либо его канал на выход забит полностью и он не может ничего передать (достиг max_uploads), либо он сид и ему ничего не нужно получать.
Заинтересованный (англ. interested) - если у клиента А нет каких-то частей, которые есть у клиента Б, считается, что клиент А заинтересован в обмене с клиентом Б.
Сегмент (англ. part - часть) - все файлы для передачи делятся на небольшие куски - сегменты, которые, затем, передаются по сети в произвольном порядке для оптимизации обмена.
Поскрестись (англ. scrape - скрести, царапать) - аналогично анонсу, но клиент запрашивает только статистику торрента, информацию о подключённых клиентах и возможности с ними связаться для обмена.
Супер-сид — режим раздачи, пытающийся минимизировать количество отданных данных.