Ｐ４Ｐ：一種輕量級的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

曲麗君

摘要:P4P是為解決目前P2P網(wǎng)絡所引發(fā)的低效率和網(wǎng)絡資源利用問題,而誕生的一種簡單、輕量級的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。該文主要從P4P的來源、與P2P網(wǎng)絡的區(qū)別、P4P的架構(gòu)以及P4P的未來發(fā)展趨勢幾個方面對P4P進行了介紹。

關鍵詞:P4P;P2P;輕量級

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)22-pppp-0c

近年來,基于P2P[1]的網(wǎng)絡應用越來越多,用戶規(guī)模和網(wǎng)絡流量均呈爆發(fā)式增長。P2P是Peer-to-Peer的縮寫,簡單來說,就是在P2P方式下,每個對等實體(Peer)既是服務的提供者,又是服務的享用者,P2P把一個文件分成多個片段,每個用戶都可以從多個其他用戶處下載不同的片段,同時也把自已已有的片段提供給其他用戶下載。正是由于P2P技術(shù)可以簡單有效地解決在網(wǎng)上大規(guī)模復制文件的問題,所以自從問世以來,發(fā)展迅速驚人。如今P2P技術(shù)已成為一個覆蓋于基礎數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之上的承載平臺,承載著各種各樣的應用類型,從最初的MP3音樂共享擴展到文件共享、流媒體、VoIP、IPTV、IM、協(xié)同計算等多個領域。

然而,P2P應用的普及給電信運營商的網(wǎng)絡帶寬造成非常大的壓力,P2P應用消耗了大部分的網(wǎng)絡帶寬資源,甚至占用了其他正常應用(如Web、E-mail等)的資源,這將直接影響網(wǎng)絡運營商的決策、運營及管理,也影響了其他互聯(lián)網(wǎng)用戶的應用體驗。而且,P2P應用本質(zhì)上會無限消耗網(wǎng)絡的可用帶寬,因而單純的網(wǎng)絡擴容無法解決本質(zhì)問題。在這種情況下,P4P[2]技術(shù)應運而生,它給了運營商和用戶一個新的選擇,在提高用戶滿意度的同時減少運營商的寬帶壓力,因而被認為是一個非常有前景的技術(shù)。

1 P4P的來源

P4P是一種先進的點對點(P2P)協(xié)議和網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu),其全稱是“Proactive network Provider Participation for P2P(電信運營商主動參與P2P網(wǎng)絡)”。引入P4P的目的是加強ISP(因特網(wǎng)服務提供商)與客戶端程序的通信,降低骨干網(wǎng)絡傳輸壓力和運營成本,并提高P2P應用程序的性能,以達到網(wǎng)絡傳輸效率和節(jié)約運營成本的雙贏目的。

P4P理論是由美國耶魯大學謝海永博士首先提出來,并完成了相應的系統(tǒng)設計。P4P技術(shù)的核心是引入數(shù)學界的拓撲理論來改良P2P網(wǎng)絡的隨機性,讓以往的P2P連接實現(xiàn)智能優(yōu)化,網(wǎng)民間的任意交換變得更具地域性。同一路由器,同一數(shù)據(jù)陣列,都成為P4P智能選擇數(shù)據(jù)交換對象的數(shù)學基礎。簡單地說,P4P的原理就是讓P2P也玩“同城”。

舉一個例子來說,A地區(qū)的用戶就可以優(yōu)先和A地區(qū)的用戶來實現(xiàn)文件片段的交換,再擴展至較遠的地區(qū),在必要時,才會“出國”進行文件片段交換。當然,P4P的運行機制,要遠遠超過“同城交換”的概念,它還會根據(jù)用戶的上行、下載帶寬進行綜合判斷,以進行最有效選擇,最大化整體交換的效率。

2 P4P與P2P區(qū)別

P2P是近幾年發(fā)展較快的一種網(wǎng)絡對等模式,據(jù)國內(nèi)權(quán)威部門統(tǒng)計,當前P2P流量已經(jīng)占整個互聯(lián)網(wǎng)流量的約70%,并且正在以每年350%的速度增長。P2P流量消耗了巨大的網(wǎng)絡帶寬,尤其是國際帶寬,使網(wǎng)絡基礎設施不堪重負,運營商苦不堪言。但問題的癥結(jié)不在于P2P技術(shù)或P2P的使用者,而在于交換的機制。P2P過于強調(diào)“對等”,每個節(jié)點之間的交換完全是無序的。例如,A地區(qū)的用戶,既可能和B地區(qū)的用戶進行文件片段的交換,也可能和其他國家的某用戶進行交換。顯然,無序的交換導致了無謂的跨地區(qū)甚至是跨國的“流量旅行”,這耗費了寶貴的國內(nèi)和國際帶寬資源,代價巨大。

如果用戶正好都在同一個地區(qū),那么,本地化的交換的成本就會大大降低。與P2P隨機挑選Peer(對等機)不同,P4P協(xié)議可以協(xié)調(diào)網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù),能夠有效選擇節(jié)點,從而提高網(wǎng)絡路由效率,這也正是P4P與P2P技術(shù)的區(qū)別所在。

3 P4P架構(gòu)

P4P是一個靈活的、輕量級的應用框架[3-4]。它的主要思想是在P2P應用與網(wǎng)絡運營商之間開啟顯式的通信接口,P2P客戶(peer)可以調(diào)用該接口得到網(wǎng)絡信息,或請求承載網(wǎng)分配網(wǎng)絡資源,從而能夠更有效的利用網(wǎng)絡資源,并提升P2P應用性能。

P4P的架構(gòu)主要包括控制平面、數(shù)據(jù)平面和管理平面。目前的研究主要集中在控制平面。圖1顯示的是P4P架構(gòu)中潛在的實體:iTrackers、appTrackers和P2P客戶端間的相互關系。

P4P架構(gòu)中關鍵的部分就是引入iTrackers。它能夠給P2P與網(wǎng)絡供應商的溝通提供交互的門戶,允許P4P在P2P和供應商之間劃分通信量控制的責任,并且增加了P4P的可部署性和擴展性。具體來說,每一個網(wǎng)絡供應商,無論是傳統(tǒng)的商業(yè)網(wǎng)絡提供商(例如,AT&T公司),大學校園網(wǎng),或虛擬服務提供商(例如,Akamai公司),為其網(wǎng)絡維護一個iTracker。一個P2P客戶端可以通過DNS查詢向其本地供應商所屬的iTracker獲得IP地址,新的DNS記錄類型為P4P。標準技術(shù)可以應用到允許多個iTrackers在一個特定的網(wǎng)域,特別是對網(wǎng)絡容錯性和可擴展性。一個iTracker提供了一個入口,它有三種相關網(wǎng)絡供應商信息:網(wǎng)絡狀態(tài)/拓撲;提供向?qū)?政策;網(wǎng)絡能力。這3種信息分別通過3個接口提供:

1) info接口主要對外提供網(wǎng)絡拓撲信息和狀態(tài)信息。

2) policy接口主要向peer或appTracker提供網(wǎng)絡策略和指導意見。比如網(wǎng)絡入向和出向流量的比例,在擁塞期應該避免使用哪些鏈路等等。

3) capability接口允許peer或內(nèi)容提供商(通過appTracker)向其查詢并請求承載網(wǎng)提供一定的資源和能力。例如,在網(wǎng)絡運營商提供了cache服務器的情況下,一個appTracker可以通過詢問iTracker,得到這樣的服務器以提高內(nèi)容分發(fā)的速度。

總之,這些接口一方面保護了網(wǎng)絡運營商的私密性,另一方面又允許網(wǎng)絡和應用聯(lián)合起來提升彼此的性能。P4P架構(gòu)中不指定具體的信息格式,而只提供公共的信令框架。網(wǎng)絡運營商可以選擇實現(xiàn)上述3種接口的任意子集。

4 P4P發(fā)展趨勢

P4P理論在軟件、硬件方面分別進行了深度的研究,并且進行了相關的硬件投資,原有的那種松散的P2P已經(jīng)變成了一種有規(guī)劃的部署和應用。因此,P4P相對于P2P是一個非常重要的進步,最終將擴展到整個P2P網(wǎng)絡,并將替代P2P。P4P這種方式不僅能更好地為用戶提供服務,而且還能減少運營商網(wǎng)絡的壓力,深受運營商的歡迎。P4P也必將在中國互聯(lián)網(wǎng)市場蓬勃發(fā)展,為中國的互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加可靠、快捷的互聯(lián)網(wǎng)服務。

5 結(jié)論

P4P作為一種先進的P2P技術(shù)具有廣泛的影響,它使互聯(lián)網(wǎng)成為更加具有擴展性的媒體分發(fā)平臺,一方面它可以使P2P應用利用網(wǎng)絡的能力得到提升,改善了P2P應用的性能;另一方面使網(wǎng)絡運營商能夠解決P2P業(yè)務帶來的諸如網(wǎng)絡流量不可控等問題,增加了從網(wǎng)絡內(nèi)部下載的比例,縮短了傳輸距離,減少了網(wǎng)絡骨干線路上的負載,從而顯著地提高ISP的網(wǎng)絡效率。

雖然P4P已經(jīng)展現(xiàn)出了對雙方都有利的好處,隨著解決方案的不斷更新,一些問題也隨之出現(xiàn),目前P4P的研究工作仍集中在控制平面,對數(shù)據(jù)平面、管理平面涉及不多。此外,雖然P4P已經(jīng)在包括Verizon、Telefonica在內(nèi)的一些運營商以及耶魯大學網(wǎng)絡系統(tǒng)實驗室和Pando Network公司等的美國寬帶網(wǎng)絡中進行了大規(guī)模試驗或仿真,并且己經(jīng)得到了美國不少通信和有線網(wǎng)絡巨頭,如AT&T和Comcast等的大力支持和推動,但在短期內(nèi)將P4P技術(shù)引入到現(xiàn)網(wǎng)中的可能性并不大,仍需要一段過程。因此P4P的完善將是一個長期的過程,還要經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展才能最終健全和成熟起來。

參考文獻:

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[4] Xie HY,Arvind K,Avi S.P4P:Explicit Communications for Cooperative Control Between P2P and Network Providers[R].University of Washington,Yale University,2007.