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融合P2P與CDN技術(shù)的流媒體內(nèi)容分發(fā)技術(shù)

2008/12/29

　　CDN和P2P應(yīng)運(yùn)而生，以不同的方式，不同的優(yōu)勢(shì)解決了內(nèi)容分發(fā)的問(wèn)題，但受其固有計(jì)算模型的制約，無(wú)論是CDN或者P2P均存在一些根本的缺點(diǎn)。本文將探討利用CDN與P2P的互補(bǔ)性，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，將P2P和CDN技術(shù)融合構(gòu)建一種新型的流媒體內(nèi)容分發(fā)模型。

　　目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，流媒體視頻內(nèi)容日趨增多，已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)信息的主要承載方式。相對(duì)傳統(tǒng)的文字，圖片等傳統(tǒng)WEB應(yīng)用，流媒體具有高數(shù)據(jù)量，高帶寬、高訪(fǎng)問(wèn)量和高服務(wù)質(zhì)量要求的特點(diǎn)，而現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”的特點(diǎn)決定了在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下大規(guī)模流媒體應(yīng)用是存在困難的�！　�

1.傳統(tǒng)CDN與P2P技術(shù)簡(jiǎn)介

1)傳統(tǒng)CDN技術(shù)介紹

　　CDN的全稱(chēng)是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過(guò)在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)通過(guò)智能化策略，將中心的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶(hù)、服務(wù)能力最好的的網(wǎng)絡(luò)"邊緣"節(jié)點(diǎn)，使用戶(hù)可以就近取得所需的內(nèi)容，解決Internet網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，提高用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。從技術(shù)上全面解決由于網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)量大、網(wǎng)點(diǎn)分布不均等原因，解決用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)響應(yīng)速度慢的問(wèn)題。

　　然而，傳統(tǒng)的CDN技術(shù)仍然是一種客戶(hù)機(jī)-服務(wù)器(C/S)的計(jì)算模式。盡管傳統(tǒng)CDN將服務(wù)能力和服務(wù)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了分布，可以在一定程度上加速流媒體內(nèi)容的分發(fā)，提高服務(wù)質(zhì)量。但由于其核心仍然是基于C/S的架構(gòu)，其服務(wù)的擴(kuò)展能力取決于分布節(jié)點(diǎn)的不斷部署，由此造成了CDN服務(wù)能力擴(kuò)展的成本非常高，需要不斷的投資。同時(shí)，用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)是具有隨意性，突發(fā)性等特點(diǎn)的，而傳統(tǒng)CDN系統(tǒng)不具備彈性動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的能力，難以從根本上提升CDN系統(tǒng)的效率。

2)P2P技術(shù)簡(jiǎn)介

　　P2P即Peer to Peer，也就是節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的對(duì)等傳輸。P2P技術(shù)將各個(gè)用戶(hù)互相結(jié)合成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，共享其間的帶寬、共同處理其中的信息。與傳統(tǒng)的客戶(hù)機(jī)-服務(wù)器模式(C/S模式)不同，P2P工作方式中，每一個(gè)客戶(hù)終端既是客戶(hù)機(jī)又是服務(wù)器。采用P2P架構(gòu)可以有效地利用大量普通計(jì)算設(shè)備的計(jì)算資源和帶寬資源，將計(jì)算任務(wù)或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分布到所有結(jié)點(diǎn)上，達(dá)到高性能計(jì)算、高I/O能力、高帶寬和海量存儲(chǔ)的目的。同時(shí)，由于P2P的特性，系統(tǒng)在大規(guī)模并發(fā)服務(wù)時(shí)凸顯優(yōu)勢(shì)，整體系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)擴(kuò)展能力，整體系統(tǒng)的部署成本低，系統(tǒng)效率高，同時(shí)具有系統(tǒng)級(jí)的服務(wù)可靠性。

　　然而，單純的客戶(hù)端P2P應(yīng)用也存在自身的缺點(diǎn)，首先P2P系統(tǒng)天生具有可控性、可管理性差的特點(diǎn)，同時(shí)面臨可用性問(wèn)題，從整個(gè)系統(tǒng)而言，P2P是可靠的，但是對(duì)于單個(gè)內(nèi)容或者單個(gè)任務(wù)而言，P2P是不穩(wěn)定的，每個(gè)Peer具有隨意性，隨時(shí)可以退出系統(tǒng);交換的內(nèi)容隨時(shí)可能被刪除或者被終止共享。另外，由于傳統(tǒng)P2P技術(shù)中Peer之間交換數(shù)據(jù)的通道，更多的是由自動(dòng)尋找最優(yōu)邏輯鏈路，而忽視實(shí)際的物理鏈路的情況，對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)的實(shí)際構(gòu)架考慮不多，造成骨干網(wǎng)擁塞、網(wǎng)絡(luò)流量風(fēng)暴等損害電信運(yùn)營(yíng)商利益的問(wèn)題。這些問(wèn)題都阻礙了單純的客戶(hù)端P2P技術(shù)難以進(jìn)一步發(fā)展成為電信級(jí)的技術(shù)平臺(tái)。

2.P2P與CDN融合的可行性探討

　　P2P系統(tǒng)彈性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)、服務(wù)效率高，但是在內(nèi)容版權(quán)管理、用戶(hù)管理、QoS服務(wù)保障、流量有序性等方面，比較弱。而CDN技術(shù)則是擁有突出的服務(wù)質(zhì)量保障、極強(qiáng)的內(nèi)容、用戶(hù)管理能力，但擴(kuò)展性差，大規(guī)模服務(wù)投入成本高，且效率難以提升。

　　由此，我們可以看出作為當(dāng)前的兩種主流內(nèi)容傳送技術(shù)，CDN和P2P是各有所長(zhǎng)，在計(jì)算模型上的差異具有一定的互補(bǔ)性，如果能夠結(jié)合P2P的擴(kuò)展能力和CDN的可靠性、可管理性，就可以構(gòu)建一個(gè)可管理的、能夠承載電信級(jí)內(nèi)容應(yīng)用的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)。

3.P2P與CDN融合

1)融合模式探討

　　目前就P2P與CDN融合現(xiàn)有的研究，有人提出了一種上層傳統(tǒng)CDN架構(gòu)，下層采用P2P技術(shù)進(jìn)行分發(fā)的模式。也就是流媒體內(nèi)容通過(guò)傳統(tǒng)CDN技術(shù)，從中心推送至網(wǎng)絡(luò)邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)緩存，然后從邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)到用戶(hù)之間的傳輸則采用P2P技術(shù)，而P2P的范圍一般是控制在本地節(jié)點(diǎn)服務(wù)范圍之內(nèi)。如果用戶(hù)需要的內(nèi)容，本地節(jié)點(diǎn)沒(méi)有，則節(jié)點(diǎn)通過(guò)CDN網(wǎng)絡(luò)向中心服務(wù)器索取，拿到本地之后再向本地用戶(hù)進(jìn)行P2P分發(fā)。這種模式基本上利用了傳統(tǒng)P2P與CDN各自的特性，一方面利用CDN服務(wù)高保障的特性推送至離用戶(hù)最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)又利用了P2P的可擴(kuò)展性提升了節(jié)點(diǎn)的可服務(wù)能力。

　　然而這種P2P與CDN的混合只是利用了其各自的外部特性，從本質(zhì)上而言，P2P自身沒(méi)有改造，CDN也沒(méi)有優(yōu)化，自身架構(gòu)沒(méi)有發(fā)生融合，只相當(dāng)于把兩種技術(shù)的服務(wù)方式做了疊加。P2P與CDN的融合應(yīng)該是充分的利用了雙方各自的最優(yōu)之處，不僅能夠在服務(wù)上能各自在不同的階段發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也應(yīng)該利用對(duì)方的優(yōu)勢(shì)對(duì)自身弱勢(shì)的地方進(jìn)行改造與完善，最后再加以統(tǒng)一、疊加，形成一個(gè)真正優(yōu)化的，CDN與P2P互相融合的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)。

　　可以以P2P技術(shù)對(duì)CDN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化、改造。在傳統(tǒng)CDN中，從中心到邊緣服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)鏈路需要相當(dāng)大的投資，同時(shí)資源的效率不高、帶寬復(fù)用率低;另外在跨ISP等情況下，鏈路的暢通也難以得到保障。針對(duì)這一問(wèn)題，可以采用以P2P的方式組織CDN節(jié)點(diǎn)設(shè)備，利用P2P的目錄服務(wù)和多點(diǎn)傳輸能力，實(shí)現(xiàn)CDN節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的內(nèi)容交換、互相備份，由此可增強(qiáng)從中心到邊緣節(jié)點(diǎn)的CDN網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容傳送效率、使系統(tǒng)冗余性得以提高，從而提升CDN的內(nèi)容分發(fā)能力。

　　P2P也可對(duì)借鑒CDN技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，將CDN的管理機(jī)制和服務(wù)能力引入P2P網(wǎng)絡(luò)，增加超級(jí)節(jié)點(diǎn)的地位，形成以CDN為可靠的內(nèi)容核心，以P2P為擴(kuò)展機(jī)制的架構(gòu)，增加內(nèi)容、用戶(hù)的可管理性，同時(shí)使得網(wǎng)絡(luò)流量更加有序。

　　綜上，CDN與P2P融合，并不只是簡(jiǎn)單的把兩種技術(shù)疊加，而是一方面在CDN網(wǎng)絡(luò)核心層(即從中心到邊緣服務(wù)器層)采用P2P技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，用P2P技術(shù)重新組織原有C/S架構(gòu)的各服務(wù)節(jié)點(diǎn)，另外在P2P網(wǎng)絡(luò)中也融入CDN技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，使其在可控、可管理性上得以提高。在兩種技術(shù)充分融合、滲透、改造之后，將兩者統(tǒng)一，形成一個(gè)真正優(yōu)化的(上層CDN經(jīng)過(guò)P2P化改造，提升了分發(fā)能力，下層P2P可控性強(qiáng)，有管理能力)的CDN與P2P完整融合的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)。

2)融合模式優(yōu)勢(shì)

　　經(jīng)過(guò)P2P與CDN技術(shù)的全面融合的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)，將獲得如下優(yōu)勢(shì)。

　　大大減少了中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)源的壓力。傳統(tǒng)CDN每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)如果要獲得中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，均需要直接訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)源服務(wù)器，造成數(shù)據(jù)源壓力大，消耗帶寬多，造成中心到邊緣的數(shù)據(jù)鏈路得不到保障。而通過(guò)對(duì)CDN服務(wù)節(jié)點(diǎn)采用P2P方式進(jìn)行組織，節(jié)點(diǎn)之間可以通過(guò)P2P方式互相共享、緩存數(shù)據(jù)，大大降低了中心數(shù)據(jù)源的壓力。

　　中心數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)多點(diǎn)備份，提高系統(tǒng)服務(wù)能力可靠性。不同服務(wù)節(jié)點(diǎn)之間對(duì)中心數(shù)據(jù)多點(diǎn)備份，這一策略使得CDN系統(tǒng)整體冗余能力、服務(wù)的自我恢復(fù)能力得以提高。使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。

　　增加可提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，提升服務(wù)靈活性。過(guò)P2P方式互相共享、緩存數(shù)據(jù)，使得可以提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大大增加，同時(shí)使得服務(wù)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)更加靈活、智能。如流媒體VOD應(yīng)用時(shí)，幾個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)可按照一定規(guī)則各自緩存不同的流媒體數(shù)據(jù)，如果A節(jié)點(diǎn)服務(wù)的用戶(hù)請(qǐng)求觀(guān)看B節(jié)點(diǎn)緩存的內(nèi)容，可采取A節(jié)點(diǎn)與B節(jié)點(diǎn)通過(guò)P2P方式交換數(shù)據(jù)，由A節(jié)點(diǎn)為用戶(hù)提供服務(wù)。

　　增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，提升服務(wù)效率。下層內(nèi)容分發(fā)采用P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的可擴(kuò)展能力大大提高。整體系統(tǒng)具有良好的彈性，應(yīng)對(duì)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)突發(fā)性、隨意性的情況，保持良好的服務(wù)效率。

　　提高網(wǎng)絡(luò)的可管理性，避免流量無(wú)序。系統(tǒng)將P2P的范圍嚴(yán)格限制在某一邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，避免了傳統(tǒng)P2P技術(shù)造成的過(guò)多的跨地區(qū)、跨ISP造成骨干網(wǎng)擁塞、流量無(wú)序的問(wèn)題。增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可管理性和服務(wù)高的可靠性。另外，通過(guò)客戶(hù)端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的監(jiān)控，流量的監(jiān)管。

4.結(jié)束語(yǔ)

　　P2P與CDN技術(shù)的融合，一方面可以互補(bǔ)自身先天計(jì)算模型的缺陷，對(duì)CDN或者P2P傳統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行改造;一方面P2P的擴(kuò)展能力和CDN的可靠性、可管理性也可完美結(jié)合。這兩方面都為實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠承載電信級(jí)超大規(guī)模內(nèi)容分發(fā)傳送應(yīng)用的內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)提供了機(jī)會(huì)�！　�

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