融合P2P與CDN技術(shù)的流媒體內容分發(fā)技術(shù)
2008/12/29
CDN和P2P應運而生，以不同的方式，不同的優(yōu)勢解決了內容分發(fā)的問(wèn)題，但受其固有計算模型的制約，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的互補性，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，將P2P和CDN技術(shù)融合構建一種新型的流媒體內容分發(fā)模型。
目前，隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，流媒體視頻內容日趨增多，已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)信息的主要承載方式。相對傳統的文字，圖片等傳統WEB應用，流媒體具有高數據量，高帶寬、高訪(fǎng)問(wèn)量和高服務(wù)質(zhì)量要求的特點(diǎn)，而現階段互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”的特點(diǎn)決定了在現有網(wǎng)絡(luò )架構下大規模流媒體應用是存在困難的。
1.傳統CDN與P2P技術(shù)簡(jiǎn)介
1)傳統CDN技術(shù)介紹
CDN的全稱(chēng)是Content Delivery Network，即內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )。其目的是通過(guò)在現有的Internet中增加一層新的網(wǎng)絡(luò )架構，通過(guò)通過(guò)智能化策略，將中心的內容發(fā)布到最接近用戶(hù)、服務(wù)能力最好的的網(wǎng)絡(luò )"邊緣"節點(diǎn)，使用戶(hù)可以就近取得所需的內容，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)響應速度慢的問(wèn)題。
然而，傳統的CDN技術(shù)仍然是一種客戶(hù)機-服務(wù)器(C/S)的計算模式。盡管傳統CDN將服務(wù)能力和服務(wù)內容在網(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，其服務(wù)的擴展能力取決于分布節點(diǎn)的不斷部署，由此造成了CDN服務(wù)能力擴展的成本非常高，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CDN系統不具備彈性動(dòng)態(tài)擴展的能力，難以從根本上提升CDN系統的效率。
2)P2P技術(shù)簡(jiǎn)介
P2P即Peer to Peer，也就是節點(diǎn)對節點(diǎn)的對等傳輸。P2P技術(shù)將各個(gè)用戶(hù)互相結合成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，共享其間的帶寬、共同處理其中的信息。與傳統的客戶(hù)機-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)機又是服務(wù)器。采用P2P架構可以有效地利用大量普通計算設備的計算資源和帶寬資源，將計算任務(wù)或存儲數據分布到所有結點(diǎn)上，達到高性能計算、高I/O能力、高帶寬和海量存儲的目的。同時(shí)，由于P2P的特性，系統在大規模并發(fā)服務(wù)時(shí)凸顯優(yōu)勢，整體系統具備動(dòng)態(tài)擴展能力，整體系統的部署成本低，系統效率高，同時(shí)具有系統級的服務(wù)可靠性。
然而，單純的客戶(hù)端P2P應用也存在自身的缺點(diǎn)，首先P2P系統天生具有可控性、可管理性差的特點(diǎn)，同時(shí)面臨可用性問(wèn)題，從整個(gè)系統而言，P2P是可靠的，但是對于單個(gè)內容或者單個(gè)任務(wù)而言，P2P是不穩定的，每個(gè)Peer具有隨意性，隨時(shí)可以退出系統;交換的內容隨時(shí)可能被刪除或者被終止共享。另外，由于傳統P2P技術(shù)中Peer之間交換數據的通道，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，對電信運營(yíng)商IP承載網(wǎng)的實(shí)際構架考慮不多，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)展成為電信級的技術(shù)平臺。
2.P2P與CDN融合的可行性探討
P2P系統彈性好，可擴展性強、服務(wù)效率高，但是在內容版權管理、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、極強的內容、用戶(hù)管理能力，但擴展性差，大規模服務(wù)投入成本高，且效率難以提升。
由此，我們可以看出作為當前的兩種主流內容傳送技術(shù)，CDN和P2P是各有所長(cháng)，在計算模型上的差異具有一定的互補性，如果能夠結合P2P的擴展能力和CDN的可靠性、可管理性，就可以構建一個(gè)可管理的、能夠承載電信級內容應用的流媒體內容分發(fā)平臺。
3.P2P與CDN融合
1)融合模式探討
目前就P2P與CDN融合現有的研究，有人提出了一種上層傳統CDN架構，下層采用P2P技術(shù)進(jìn)行分發(fā)的模式。也就是流媒體內容通過(guò)傳統CDN技術(shù)，從中心推送至網(wǎng)絡(luò )邊緣服務(wù)節點(diǎn)緩存，然后從邊緣服務(wù)節點(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點(diǎn)服務(wù)范圍之內。如果用戶(hù)需要的內容，本地節點(diǎn)沒(méi)有，則節點(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)節點(diǎn)，同時(shí)又利用了P2P的可擴展性提升了節點(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，自身架構沒(méi)有發(fā)生融合，只相當于把兩種技術(shù)的服務(wù)方式做了疊加。P2P與CDN的融合應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，同時(shí)也應該利用對方的優(yōu)勢對自身弱勢的地方進(jìn)行改造與完善，最后再加以統一、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容分發(fā)平臺。
可以以P2P技術(shù)對CDN網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行優(yōu)化、改造。在傳統CDN中，從中心到邊緣服務(wù)器之間的數據鏈路需要相當大的投資，同時(shí)資源的效率不高、帶寬復用率低;另外在跨ISP等情況下，鏈路的暢通也難以得到保障。針對這一問(wèn)題，可以采用以P2P的方式組織CDN節點(diǎn)設備，利用P2P的目錄服務(wù)和多點(diǎn)傳輸能力，實(shí)現CDN節點(diǎn)設備之間的內容交換、互相備份，由此可增強從中心到邊緣節點(diǎn)的CDN網(wǎng)絡(luò )的內容傳送效率、使系統冗余性得以提高，從而提升CDN的內容分發(fā)能力。
P2P也可對借鑒CDN技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，將CDN的管理機制和服務(wù)能力引入P2P網(wǎng)絡(luò )，增加超級節點(diǎn)的地位，形成以CDN為可靠的內容核心，以P2P為擴展機制的架構，增加內容、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架構的各服務(wù)節點(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，有管理能力)的CDN與P2P完整融合的流媒體內容分發(fā)平臺。
2)融合模式優(yōu)勢
經(jīng)過(guò)P2P與CDN技術(shù)的全面融合的流媒體內容分發(fā)平臺，將獲得如下優(yōu)勢。
大大減少了中心節點(diǎn)數據源的壓力。傳統CDN每個(gè)服務(wù)節點(diǎn)如果要獲得中心節點(diǎn)數據源數據，均需要直接訪(fǎng)問(wèn)數據源服務(wù)器，造成數據源壓力大，消耗帶寬多，造成中心到邊緣的數據鏈路得不到保障。而通過(guò)對CDN服務(wù)節點(diǎn)采用P2P方式進(jìn)行組織，節點(diǎn)之間可以通過(guò)P2P方式互相共享、緩存數據，大大降低了中心數據源的壓力。
中心數據源數據多點(diǎn)備份，提高系統服務(wù)能力可靠性。不同服務(wù)節點(diǎn)之間對中心數據多點(diǎn)備份，這一策略使得CDN系統整體冗余能力、服務(wù)的自我恢復能力得以提高。使得系統的穩定性進(jìn)一步增強。
增加可提供服務(wù)的節點(diǎn)數量，提升服務(wù)靈活性。過(guò)P2P方式互相共享、緩存數據，使得可以提供服務(wù)的節點(diǎn)數量大大增加，同時(shí)使得服務(wù)節點(diǎn)的服務(wù)更加靈活、智能。如流媒體VOD應用時(shí)，幾個(gè)鄰近節點(diǎn)可按照一定規則各自緩存不同的流媒體數據，如果A節點(diǎn)服務(wù)的用戶(hù)請求觀(guān)看B節點(diǎn)緩存的內容，可采取A節點(diǎn)與B節點(diǎn)通過(guò)P2P方式交換數據，由A節點(diǎn)為用戶(hù)提供服務(wù)。
增加了系統的可擴展性，提升服務(wù)效率。下層內容分發(fā)采用P2P技術(shù)實(shí)現，使得系統的可擴展能力大大提高。整體系統具有良好的彈性，應對用戶(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。系統將P2P的范圍嚴格限制在某一邊緣服務(wù)節點(diǎn)的服務(wù)區域內，避免了傳統P2P技術(shù)造成的過(guò)多的跨地區、跨ISP造成骨干網(wǎng)擁塞、流量無(wú)序的問(wèn)題。增強了網(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)現對用戶(hù)的監控，流量的監管。
4.結束語(yǔ)
P2P與CDN技術(shù)的融合，一方面可以互補自身先天計算模型的缺陷，對CDN或者P2P傳統架構進(jìn)行改造;一方面P2P的擴展能力和CDN的可靠性、可管理性也可完美結合。這兩方面都為實(shí)現一個(gè)能夠承載電信級超大規模內容分發(fā)傳送應用的內容分發(fā)平臺提供了機會(huì )。
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