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薛寧:P2P IPTV還須跨越六道坎

2006/11/24

　　P2P技術曾被《財富》雜志列為影響Internet未來的四項科技之一，確實，從互聯(lián)網(wǎng)設計之初的Peer-to-Peer的工作方式到現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上廣為流傳的基于P2P的文件下載、網(wǎng)絡電視等應用，都有著P2P技術的影子。目前，P2P技術正不斷應用到軍事、商業(yè)、政府、通信等領域。而IPTV業(yè)務是近兩年電信領域的一個熱門業(yè)務，不少的運營商將其作為下一個真正的業(yè)務增長點。目前結合P2P技術的IPTV業(yè)務應用已經(jīng)有多種實現(xiàn)，然而P2P技術為IPTV業(yè)務實現(xiàn)帶來靈活和高效率等優(yōu)點的同時也帶來一些問題，比如時延、網(wǎng)絡不可控、可管理性差等問題，在IPTV業(yè)務中應用P2P技術必須要考慮和解決上述問題。

　　P2P技術的基本理念就是對等，體現(xiàn)在應用中就是參與者不但接受服務而且提供服務(如：共享資源等)。另外該技術主要應用于互聯(lián)網(wǎng)，同樣具有互聯(lián)網(wǎng)盡力而為的印跡，其本身并不考慮控制、管理等問題，而這些問題在電信業(yè)務應用中則是不可或缺的重要部分，因此在IPTV的內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中應用P2P技術就必須考慮和解決一些問題，包括：業(yè)務時延問題、網(wǎng)絡不可控問題、ADSL節(jié)點上下行帶寬不對稱的問題、NAT/FW穿越的問題、安全性問題、可管理性問題。

　　時延

　　用P2P技術實現(xiàn)IPTV業(yè)務的內(nèi)容分發(fā)實際上也是一種應用層組播方式，也就是在各個Peer上實現(xiàn)的組播，由于P2P方式的內(nèi)容分發(fā)每個內(nèi)容切片往往要經(jīng)過多跳才能到達請求端，因此這種方式必然會帶來時延的疊加效應，即離根節(jié)點越遠的用戶時延越大。為解決這種時延疊加的問題，可采用：第一，對有條件的地區(qū)，推薦采用IP組播實現(xiàn)直播，即結合使用IP組播與應用層組播；第二，對應用層組播需考慮如下因素： 　　網(wǎng)絡不可控

　　用戶加入、退出P2P網(wǎng)絡有一定的隨意性、偶然性。P2P網(wǎng)絡的拓撲不可控，具有隨機的動態(tài)變化的特點，如果不采取其他補償措施，必然會導致IPTV業(yè)務的服務質(zhì)量無法得到有效保障。針對此問題補償?shù)霓k法有：路由備份，即為用戶請求的每個時間段的流文件切片都提供至少兩條路由，當其中一條路由中斷時，能迅速切換到其他可選路由繼續(xù)下載所需的文件切片，以保證流文件在觀看過程中的流暢性。內(nèi)容本地緩存技術，也就是在用戶正式播放流文件前，在其終端預先緩存一定時間長度的流文件片段，從而為觀看過程中的業(yè)務抖動留出處理時間，并使用戶能夠順序觀看。

　　上、下行帶寬不對稱

　　P2P網(wǎng)絡具有異構的特點，也就是實際的用戶終端能力和網(wǎng)絡能力都不盡相同，特別是隨著寬帶用戶逐漸的增加，而ADSL網(wǎng)絡用戶占寬帶用戶很大的比例。ADSL網(wǎng)絡上下行帶寬不對稱的特點對于P2P技術應用的影響比較大。即使在網(wǎng)絡條件比較好的情況下，一個ADSL用戶的上行帶寬可能也無法滿足其它用戶的媒體接收速度，這樣造成接收者帶寬的浪費，同時接收媒體的質(zhì)量低，會嚴重影響用戶體驗。既然無法改變大多數(shù)寬帶用戶采用ADSL網(wǎng)絡的現(xiàn)狀，就只能通過其他辦法來解決這一問題，可行的方法有：接收者同時選擇幾個ADSL用戶的發(fā)送者，根據(jù)不同的發(fā)送者的上傳速度，在各個發(fā)送者之間進行平衡。根據(jù)不同的用戶帶寬來提供變碼率的媒體編碼技術，目前MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7以及H.264等主流的高壓縮率的編碼技術都支持變碼率的編碼技術。這樣可以為不同帶寬的用戶提供最合理的服務質(zhì)量，只是實現(xiàn)的復雜度稍高。

　　NAT/FW穿越

　　同樣，在實際網(wǎng)絡中部署的大量NAT和防火墻設備是P2P技術應用時不得不考慮的，基于P2P的內(nèi)容分發(fā)過程也必須要穿越NAT和防火墻設備才能保證IPTV業(yè)務的正常提供。常用的穿越NAT的方法有很多，可分類如下：需要修改NAT設備(ALG)、需要修改client(STUN、TURN、ICE)、需要修改Server(SBC)、需要修改NAT和client(RSIP、NSIS)、需要修改NAT和Server(Midcom)、需要修改client和增加設備(代理)。

　　在這些方法中，我們需要注意到的是，P2P軟件穿越NAT的需求是不可預知的，因此，需要修改NAT的方法就不可行了，而P2P軟件的Server端也是不統(tǒng)一的，僅修改Server也無法達到目的，另外增加代理設備穿越NAT的方法需要預知網(wǎng)絡拓撲，因此不適合于P2P的動態(tài)網(wǎng)絡，可見剩下的就只有修改Client的方法了。

　　在IPTV的應用中，P2P方式的通信信令要穿越NAT/FW有下面幾點考慮：NAT/FW后的用戶共享的資源屬于低優(yōu)先級資源，只有在公網(wǎng)上相同資源緊缺時，才考慮將其提供給其他用戶使用；私網(wǎng)用戶向公網(wǎng)用戶申請資源前，需主動用其接收服務端口向提供服務者發(fā)包，以在NAT/FW上建立映射關系；當用戶向私網(wǎng)用戶請求服務時，可采用ICE的方式確定最佳路徑。

　　安全性

　　P2P網(wǎng)絡中大量的交互在用戶之間完成，欺騙、偽裝相對比較容易。從安全角度考慮，系統(tǒng)有必要記錄下參與交互的雙方用戶的身份，當發(fā)生危及系統(tǒng)安全的事件時，追究相關用戶的責任。為此，首先需引入認證機制，在客戶登入P2P網(wǎng)絡時，鑒定其身份的合法性，用戶注冊時，服務器向用戶頒發(fā)一個以服務器私鑰簽名的證書，證書中包括用戶名與公鑰等信息。下次用戶登錄時不僅提供用戶名與密碼，還會提供服務器簽名的證書，更加保證了用戶身份的安全；其次用戶雙方交換信息前也需要互相認證對方的身份，例如：確保用戶必須登錄才能檢索對等端的信息，檢索到所需信息后，兩端相互交換在注冊階段由服務器頒發(fā)的證書并驗證證書的真實性，確認對端身份后通信的雙方可以協(xié)商一個共享的密鑰，用于數(shù)據(jù)傳輸或通信階段使用。

　　可管理性

　　傳統(tǒng)P2P網(wǎng)絡是一種自治的網(wǎng)絡，節(jié)點加入、退出P2P網(wǎng)絡，注冊、搜索、請求資源都不需要中心服務器的參與。這一方面降低了組網(wǎng)的成本，另一方面也帶來了管理的難度，P2P網(wǎng)絡的運營者很難管理整個網(wǎng)絡和單個節(jié)點。在IPTV業(yè)務中應用時，則必須要解決P2P網(wǎng)絡可管理性差的問題，為此，可以考慮在網(wǎng)絡的關鍵部位布置一定的中心服務器，負責網(wǎng)絡的管理工作，這樣雖然在一定程度上增加了成本，但是必須要在成本和可管理性兩者之間進行必要的權衡。

　　盡管P2P技術在IPTV這樣的要求可運營可管理的電信業(yè)務中應用時存在著很多需要去解決的問題，但是這些問題并不能掩蓋P2P技術所固有的優(yōu)勢，在設計和構建基于P2P的IPTV業(yè)務系統(tǒng)時，綜合考慮上述問題，不但可以在一定程度上克服這些問題，而且還可以在降低成本的同時為IPTV業(yè)務帶來更多更靈活的業(yè)務形式。另一方面，P2P技術有著堅實的用戶需求基礎，需求決定存在。無論是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務還是電信業(yè)務，個性化和多樣化是其發(fā)展的必然趨勢，也是大多數(shù)用戶的共同需求，P2P技術的應用正好能夠促成這兩點。

信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院


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