城域數(shù)據(jù)網(wǎng)P2P流量優(yōu)化方案

萬昕

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司山東分公司，濟(jì)南 250101）

城域數(shù)據(jù)網(wǎng)P2P流量優(yōu)化方案

萬昕

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司山東分公司，濟(jì)南 250101）

分析了P2P流量在城域數(shù)據(jù)網(wǎng)中的流向，并從運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的角度，提出了P2P流量優(yōu)化方案，包括BRAS節(jié)點(diǎn)的分布部署、IPv6地址的加速引入、分布式地址轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用和對P4P技術(shù)的關(guān)注，為運(yùn)營商在智能管道時代在流量管理方面獲得主動。

城域數(shù)據(jù)網(wǎng)； 流量流向； P2P； P4P； 流媒體； 對等組網(wǎng)； BRAS

1 P2P的概念和范圍

互聯(lián)網(wǎng)流量按照協(xié)議類型劃分，可分為HTTP、FTP、SMTP等多種類型，包括：

（1） HTTP流量。用于從服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器，是使用最為廣泛的協(xié)議。

（2） FTP流量。TCP/IP提供的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制，用來將文件從一個主機(jī)復(fù)制到另一個主機(jī)。

（3） SMTP流量。建立在 TCP上的一種郵件服務(wù)，用于傳輸系統(tǒng)之間的郵件信息。

（4） VoIP流量。通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)語音通話，不能提供實(shí)時性保證。

（5） P2P流量。通過直接交換來實(shí)現(xiàn)資源共享，每一臺計算機(jī)既充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請求者，又對其它計算機(jī)的請求作出響應(yīng)，提供資源和服務(wù)。

（6） 流媒體流量。以流的方式傳輸音頻、視頻和多媒體文件。

P2P通過直接交換來共享計算機(jī)資源和服務(wù)，而對等計算模型應(yīng)用層形成的網(wǎng)絡(luò)通常稱為對等網(wǎng)絡(luò)。在P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，彼此連接的計算機(jī)都處于對等的地位，整個網(wǎng)絡(luò)不依賴專用的集中服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)中的每一臺計算機(jī)既能充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請求者，又對其它計算機(jī)的請求作出響應(yīng)，提供資源和服務(wù)。通常這些資源和服務(wù)包括信息的共享和交換、計算資源（如CPU的共享）、存儲共享（如緩存和磁盤空間的使用）等。

隨著帶寬提速和用戶對資源實(shí)時性要求的進(jìn)一步提高，流媒體業(yè)務(wù)增多，網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程教育、視頻點(diǎn)播已成為流媒體技術(shù)的熱門應(yīng)用。傳統(tǒng)只采用流式傳輸?shù)姆绞?，由服?wù)器根據(jù)用戶的請求向用戶發(fā)送。P2P流媒體利用內(nèi)容分片技術(shù)將內(nèi)容分散保存在不同終端的存儲空間上，通過并行傳輸技術(shù)將內(nèi)容分發(fā)給各終端用戶，在終端流緩存中重組，提交媒體播放器進(jìn)行播放的方式。隨著用戶接入帶寬的改善，越來越多的用戶通過P2P流媒體技術(shù)瀏覽在線視頻，替代傳統(tǒng)的P2P下載，成為P2P業(yè)務(wù)新的增長點(diǎn)。本文中提及的P2P流量，同時包括傳統(tǒng)P2P流量和P2P流媒體流量。

2 P2P流量在數(shù)據(jù)承載網(wǎng)中的流向

P2P資源在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)是分散的，在查找路由時普遍采用資源定位算法，這種算法效率較低。因為P2P各對等點(diǎn)的隨機(jī)分布和盲目選擇，點(diǎn)與點(diǎn)之間缺乏有效管理和溝通方式，幾乎不考慮整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錉顟B(tài)情況。P2P資源在數(shù)據(jù)承載網(wǎng)中的流量流向可分為以下4種情況，具體示意圖如圖1所示。

（1）網(wǎng)內(nèi)相同BRAS下，用戶1與用戶2處于數(shù)據(jù)承載網(wǎng)內(nèi)相同BRAS下，P2P流量經(jīng)BRAS中轉(zhuǎn)。

（2）網(wǎng)內(nèi)不同BRAS下，用戶1與用戶3處于數(shù)據(jù)承載網(wǎng)內(nèi)不同BRAS下，P2P流量經(jīng)用戶歸屬BRAS至CR中轉(zhuǎn)。

（3）網(wǎng)內(nèi)私網(wǎng)地址，點(diǎn)對點(diǎn)用戶任何一方由運(yùn)營商分配私網(wǎng)地址的，無論雙方是否處于相同BRAS下，P2P流量都需通過歸屬BRAS至CR旁掛的NAT系統(tǒng)進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。

（4）網(wǎng)間，用戶與外網(wǎng)用戶建立點(diǎn)對點(diǎn)連接的，P2P流量經(jīng)BRAS至CR出網(wǎng)。

本文通過對市場上主流P2P軟件的實(shí)測，對P2P流量流向進(jìn)行了分析。對于熱門P2P資源，作者從聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分別進(jìn)行了測試，在聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下測試結(jié)果為83%局向為城域內(nèi)，92%局向為省內(nèi)，100%局向為本網(wǎng)；在移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下測試結(jié)果為25%局向為城域內(nèi)，92%局向為省內(nèi)，92%局向為本網(wǎng)，8%局向為網(wǎng)間/國內(nèi)，如表1、 表2所示。

表1 聯(lián)通網(wǎng)內(nèi)熱門P2P資源流量流向表

圖1 P2P流量在數(shù)據(jù)承載網(wǎng)中的流向

表2 移動網(wǎng)內(nèi)熱門P2P資源流量流向表

對于非熱門P2P資源，測試結(jié)果差別不大，以聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)測試環(huán)境為例，沒有局向來自城域內(nèi)，17%局向為省內(nèi)，25%局向為本網(wǎng)/國內(nèi)，75%局向為外網(wǎng)/國際，具體流量流向表如表3所示。

表3 非熱門P2P資源流量流向表

通過對互聯(lián)網(wǎng)P2P資源流量流向和流向占比的分析，P2P流量峰值占比70%，熱門資源占比其中80%，按照聯(lián)通案例80%熱門資源可從城域內(nèi)中轉(zhuǎn)考慮，經(jīng)過初步路徑規(guī)劃，城域網(wǎng)內(nèi)本地中轉(zhuǎn)的P2P流量可占到互聯(lián)網(wǎng)整體流量的70%×80%×80%≈45%，網(wǎng)絡(luò)流量構(gòu)成圖如圖2所示。

圖2 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量構(gòu)成

3 P2P流量在數(shù)據(jù)承載網(wǎng)中的優(yōu)化方案

P2P應(yīng)用開發(fā)商對熱門P2P資源流向進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化，但仍存在一定隨機(jī)流向；非熱門P2P資源流向則更加隨機(jī)。由于P2P模型的局限性，P2P無法感知到網(wǎng)絡(luò)層及其以下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑玩溌窢顟B(tài)，所以沒有有效的路徑選擇機(jī)制。另外，很多P2P應(yīng)用開發(fā)商在開發(fā)P2P軟件時，大部分集中在改進(jìn)終端用戶的需求方面，很少考慮P2P軟件對網(wǎng)絡(luò)帶寬的耗費(fèi)問題，無法從運(yùn)營商運(yùn)營成本角度考慮開發(fā)。

因此，從運(yùn)營商層面優(yōu)化P2P流量流向，不僅能夠提高用戶接入速率，降低接入時延從而提升用戶感受，還能優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)流量，降低建網(wǎng)成本。

3.1 BRAS下沉部署

根據(jù)上節(jié)對P2P資源流量流向的分析，所有流向中，均需要經(jīng)過用戶歸屬BRAS進(jìn)行中轉(zhuǎn)，將BRAS部署到更貼近用戶的位置，將大幅節(jié)省用戶流量至城域核心網(wǎng)中轉(zhuǎn)，從而節(jié)省市到縣和縣到鄉(xiāng)的傳輸。與城域內(nèi)集中部署B(yǎng)RAS相比，將BRAS分布到區(qū)縣，可節(jié)省50%左右市縣傳輸。

3.2 IPv6地址加速引入

當(dāng)點(diǎn)對點(diǎn)用戶一方采用私網(wǎng)地址時，P2P流量需通過歸屬BRAS至CR旁掛的NAT系統(tǒng)進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，這種場景下的流量流向在城域內(nèi)是最為復(fù)雜的，應(yīng)當(dāng)盡量避免。在IPv4公網(wǎng)地址耗盡的情況下，通過盡快引入IPv6地址，減少地址轉(zhuǎn)換量。

3.3 分布式地址轉(zhuǎn)換

對于必需保留的私網(wǎng)地址用戶，通過BRAS插接NAT板卡的方式，將NAT系統(tǒng)位置下移，使之與公網(wǎng)地址流量路徑相同?？紤]到成本、管理維護(hù)和現(xiàn)階段WLAN AC對NAT插板及日志輸出功能支持情況差等因素，可充分利舊現(xiàn)有集中部署的NAT系統(tǒng)，將WLAN、集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)地址轉(zhuǎn)換保留在集中系統(tǒng)上，固定寬帶地址轉(zhuǎn)換逐步遷移到BRAS上。

3.4 P4P

P4P即運(yùn)營商主動參與的P2P（Proactive network Provider Participation for P2P），是P2P技術(shù)的升級版，意在加強(qiáng)運(yùn)營商與客戶端程序的通信，降低骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力和運(yùn)營成本，并提高改良的P2P文件傳輸?shù)男阅堋ＥcP2P隨機(jī)挑選資源節(jié)點(diǎn)不同，P4P協(xié)議可以協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，能夠有效選擇資源節(jié)點(diǎn)，從而提高網(wǎng)絡(luò)路由效率。

P2P軟件開發(fā)商需要運(yùn)營商為每個對等點(diǎn)提供詳盡的底層網(wǎng)絡(luò)信息，比如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈡溌窢顟B(tài)、網(wǎng)間鏈路成本和帶寬信息，通過P4P機(jī)制，根據(jù)用戶的物理位置和上下行帶寬進(jìn)行綜合判斷，以進(jìn)行最有效選擇，最大化整體交換的效率；另外一方面，運(yùn)營商也可以加強(qiáng)對P2P資源的管理，特別是涉及到版權(quán)和安全機(jī)制方面的管理。

P4P相對于P2P是一個非常重要的進(jìn)步，為共享問題指出了新的方向，相信P4P最終將擴(kuò)展到整個P2P網(wǎng)絡(luò)，并取代P2P。

4 小結(jié)

P2P技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)誕生之時便存在，近年來，P2P的再次回歸體現(xiàn)了用戶點(diǎn)對點(diǎn)直接通信的強(qiáng)烈需求。由于P2P模型的局限性，不能形成有效的路徑選擇機(jī)制，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中充斥著大量無序的P2P流量，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理和網(wǎng)絡(luò)增收帶來了困難。本文從運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的角度，提出了P2P流量優(yōu)化方案，包括BRAS節(jié)點(diǎn)的分布部署、IPv6地址的加速引入、分布式地址轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用和對P4P技術(shù)的關(guān)注，為運(yùn)營商在智能管道時代在流量管理方面獲得主動。

[1] 希文. P4P技術(shù)助力三網(wǎng)融合[J]. 衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2012(8).

[2] 史寶明， 賀元香. P2P技術(shù)研究[J]. 甘肅科技， 2008(8).

P2P traffic optimization scheme in metropolitan data network

WAN Xin
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Ji'nan 250101, China)

This paper analyzed the fl ow of P2P traffi c in the metropolitan data network, proposed P2P traffi c optimization from the operator's network construction point of view, including distributed BRAS deployment, introduction of IPv6 network address, application of distributed network address translation and attention of P4P technology, in order to acquire initiative for tele-communication operators in the era of intelligent pipeline in data traffi c management.

metropolitan data network; traffi c fl ow; P2P; P4P; streaming media; peer to peer network

TN915

A

1008-5599（2015）03-0072-04

2015-02-26