CDN和P2P技术融合组网方案探讨

钱塘在线

摘要：CDN技术和P2P技术是当前宽带业务的主流传输技术，本文在分析两者优缺点、一致性和互补性的基础上探讨了CDN和P2P技术融合的优势。在此基础上，本文提出了三种实现CDN和P2P技术融合的方案，即控制层面融合方案、叠加融合方案和设备层面融合方案，并对各种实现方案进行了分析和探讨。
  关键词：通信技术、CDN、P2P、融合、组网
  随着宽带网络的迅速发展，制约宽带应用的主要瓶颈——接入带宽，已经被打破。无论是在中国，还是在世界范围内，以可视通讯、宽带流媒体为代表的宽带业务都得到了蓬勃的发展，宽带用户数成倍增长，流媒体等宽带业务流量一跃成为互联网上的主要流量之一。但是，随着宽带业务的发展，如何保证宽带业务的服务质量（QoS）？如何支撑大规模的并发用户访问？如何更加有效的利用有限的资源？成为宽带业务发展面临的新问题。为解决这些问题，业界提出了多种解决方案，其中最有效的解决方案是CDN和P2P。
  1.  CDN技术概述及其优缺点分析
  CDN通常被称为内容分发网络（Content distribution network），有时也被称作内容传递网络（Content delivery network）。CDN的核心思想是将内容从中心推倒边缘靠近用户的地方，这样，不但有效提高了用户访问内容的性能，而且有效减轻了中心设备和骨干的压力。通过CDN，可以将内容服务从原来的单一中心结构变为分布式的结构[1]。
  CDN的出现有效缓解了Internet网络拥塞状况，提高用户访问网站的响应速度，从技术上全面解决由于带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因造成的用户访问响应速度慢的问题。由于CDN采用了C/S的服务模式，虽然因此具有可靠的服务能力和较高的服务质量保证；但是系统的扩展必需以服务能力的不断部署为基础，很难降低其扩展的成本。另外，传统CDN技术在高峰时期对突发流量的适应性，容错性等方面仍然存在一定缺陷。随着用户规模的迅速增加，对CDN应用发展提出了较大挑战。
  2.  P2P技术优缺点分析
  P2P技术简单的说是一种用于不同PC用户之间、不经过中继设备直接交换数据或服务的技术。它打破了传统的客户机/服务器模式，在P2P网络中每个节点的地位都是相同的，具备客户端和服务器双重特性，可以同时作为服务使用者和服务提供者[2]。P2P计算的特点使得P2P天然具有规模可扩展性和系统级的可靠性，因为服务来自于每个终端Peer，当Peer增加的时候，可以提供服务的资源也随之而增加，来自于服务器的性能瓶颈和单点故障问题也就不在存在。利用P2P网络的这一特性，可以建立流媒体播放，从而节省服务器带宽消耗、减轻集中服务带来的压力，如图1所示。
  图1:P2P示意图
  然而，P2P系统也存在明显的缺点，首先就是可用性问题，尽管从整个系统而言，P2P是可靠的，但是对于单个内容或者单个任务而言，P2P是不稳定的，每个Peer可以随时终止服务，甚至退出系统；交换的内容随时可能被删除或者被终止共享。其次，P2P系统在安全、管理和版权等方面存在很多问题，P2P技术缺乏有效的管理，并且具有匿名发布的特性，所以大多数P2P服务都将不可避免地和知识产权发生冲突[3]，目前许多病毒制造者编写利用P2P技术进行传播的。第三，商业模式问题也一直困扰着P2P流媒体应用，目前还没有出现真正的盈利模式带动整个产业的发展。
  3.  CDN和P2P流媒体方案的对比
  通过以上的分析我们可以看出，CDN和P2P流媒体解决方案都有其突出的优缺点，下面我们将这两种方案的比较总结如表1。
  组网方式
  P2P
  CDN
  建设成本
  低
  CDN设备昂贵
  可扩展性
  用户越多服务能力越高
  有容量限制
  可靠性
  P2P节点故障不影响服务
  不存在单点故障但故障可能影响部分服务
  突发访问支持
  很好
  很好
  服务质量
  总体服务质量很好，但存在慢启动现象
  服务质量好
  资源占用
  同一内容可能被多次传送
  能节省骨干带宽
  可管理性
  管理困难
  高
  安全性
  解决了服务器安全性，但带来了很多客户端安全性问题
  安全性高
  版权问题
  存在严重版权问题
  版权问题容易控制
  客户端
  需要安装
  操作系统支持
  维护
  简单
  复杂
  商业模式
  无清晰模式
  有成熟模式
  表1 CDN和P2P流媒体解决方案的比较
  通过以上的比较可以看出，CDN和P2P流媒体解决方案具有很强的互补性，因此，如果能够利用P2P的可扩展能力，降低流媒体分发的资源要求；同时结合CDN的可靠性、可管理性，保证流媒体质量并确保对整个流媒体的管理能力，就可以构建一个可管理的、能够承载电信级内容应用的内容承载平台。
  4.  CDN和P2P技术融合的基础――流程一致性分析
  虽然在计算模型上CDN和P2P存在很大的差异，但是在用户服务流程和工作机制方面却存在很多的共性，整个服务的过程都可以分为：获取内容入口点、选择内容服务点和内容分发传输三个阶段，而这些共性也是这两种技术可以进行融合的基础。下面我们分别对典型的CDN服务流程和P2P服务流程进行分析。
  a）  CDN典型服务流程
  图2 CDN典型服务流程示意图
  1）  用户访问Web Portal；
  2）  用户通过业务发布平台认证；
  3）  用户获取内容的URL（该URL携带认证后的令牌）；
  4）  用户发起域名解析请求；
  5）  GSLB设备实现DNS域名解析，向用户返回SLB设备的地址；
  6）  用户向SLB设备发起内容请求；
  7）  SLB设备将用户的请求重定向到具体的边缘设备（Cache）；
  8）  用户向Cache发起内容请求；
  9）  Cache将用户的URL（包含用户的令牌）转发到业务发布平台进行认证；
  10）  如果认证通过，Cache设备向用户提供CDN媒体内容服务。
  在上述流程中，第1）~3）步是获取内容入口点的过程，用户通过业务平台认证，并获取内容的URL的流程；第4）~7）步是获取服务点的过程，通过GSLB、SLB等设备完成内容/负载均衡工作，选取合适的Cache设备为用户提供服务；第8）~10）步用户通过Cache获得服务。
  b）  P2P典型服务流程
  图3 P2P典型服务流程图
  1）  通过网上搜索或种子发布网站，找到A . torrent 文件；
  2）  点击下载 A . torrent ，并自动启动 BT 客户端软件；
  3）  确认下载后， BT客户端软件连接Tracker，上报本机信息（同共享用户信息）和要共享的文件的信息；
  4）  Tracker 向本机发送信息包括：与 Tracker 通信的时间间隔，拥有/正在下载A . torrent的其他用户的ID、IP地址和端口号；
  5）  与这些 用户建立连接；
  6）  从连接成功的用户处下载数据（本机完成一片文件下载后，可以提供给其他用户下载）；
  上述的流程中，第1）~2）步用户通过搜索等方式，获取。torrent文件，即进入内容入口点；第3）~4）步，Peer与Tracker服务器连接，获取连接列表；第5）~6）步是数据传输过程。
  5.  融合方案探讨
  依据P2P和CDN技术融合层面的不同，主要有三种融合方案可供选择：控制层面融合方案、叠加融合方案和设备层面融合方案。下面我们对这三种融合方案分别进行分析。
  a）  管理和控制层面融合方案
  图 4  管理和控制层面融合的CDN和P2P部署方案
  图4描述了管理和控制层面融合的CDN和P2P网络部署方案。在该方案中，CDN和P2P作为两个相对独立的子网络平行建设，通过构建一个统一的管理和调度系统，在业务管理和资源调度方面对CDN和P2P进行统一的管理。也就是说系统同时支持用CDN和P2P技术为用户提供服务，可根据业务的需要，选择该内容使用P2P分发、CDN分发还是同时支持使用两种分发。
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