P2P与CDN技术的比较与融合

林昕,王洪波,程时端,林宇北京邮电大学网络技术研究院网络与交换技术国家重点实验室,北京(100876)E-mail:iamlinix@gmail.
com摘要:本文分别探讨了P2P与CDN这两种在当今应用极为广泛的技术,并且对P2P技术在CDN网络中的融合应用作了探讨.
首先,对P2P技术进行了分析,指出了P2P技术在现今的应用中,所亟待解决的一个问题便是服务质量保证,以及如何确保用户体验;在接下来的对CDN技术的分析中,又指出CDN技术目前的瓶颈却在于服务器压力过大,运营成本高.
最终通过对各项技术的分析得出两种技术正好可以取长补短,相互融合,形成一种更加有效的解决方案.

关键词:P2PCDN融合中图分类号:1.
引言对于P2P技术在现今的风靡,例如BT下载、SKYPE、在线流媒体视频系统如PPLive、PPStream等,作为一个网民应该都会觉得熟悉.
这些P2P应用给互联网带来了前所未用的应用浪潮,以至于一时间,P2P概念席卷了整个互联网.
然而目前单纯的P2P技术亦存在着很多的问题.
P2P技术的核心是利用用户自身资源,通过对等方式进行资源共享,这就完全不同于传统的客户端服务器模式,即CS模式,将服务压力完全集中在服务器上的作法.
P2P通过"去中心化"的设计和多点共享机制,实现了在理论上不必依赖服务器而达到资源共享的目的.
然而也正是这一特性,导致在当今网络逐渐普及的状况下,在异质的网络条件中,使用P2P应用的用户的服务质量不能得到保障,从而限制了P2P应用的更大规模发展.

而另一种大量应用在流媒体业务中的技术,内容分发网络CDN(ContentDeliveryNetwork),则是通过在现有的网络中增加一层新的结构,将用户需求的资源发布到距离用户最近、服务质量最好的服务节点,或者通过相应的高度算法将用户调配到相应的节点,为用户提供质量最好的服务.
目前CDN的主体应用范围主要是网站内容分布与新兴的流媒体业务.
但是CDN的核心仍然是基于集中服务器的结构,依然很难提高其自身的可扩展性,并且CDN在高峰时期对突发流量的适应性、容错性等方面存在一定的缺陷.

2.
P2P技术与CDN技术对于两种从概念到结构上都完全不相同的应用技术,我们首先分别对每种技术的特性进行分析,尝试找出二者的互补之处以及融合的途径.

2.
1P2P技术简述P2P技术(即PeertoPeer技术)的核心思想是通过系统中所有相关节点之间的直接通信来实现用户间的资源共享.
P2P一方面突破了传统的客户端服务器模式的限制,强调了各用户节点间的"对等性",即P2P结构中每一个参与节点兼有服务器与客户端两种身份,在享受其他节点资源的同时也主动为其他节点提供服务,这使得P2P系统的服务能力理论上能够随系统规模的增长而自行增长,具有与生俱来的可扩展性,能够解决传统客户端服务器结构中服务器负载过重成为系统瓶颈的问题[1][2].

其实从网络本身的发展过程来看,P2P并不是一个横空出世的新概念.
互联网中一些基本网络通信协议在最初设计时其实并没有客户端与服务器分治的概念,所有的用户在结构上都是平等的.
曾经互联网上的设备都可以同时具有服务器和客户端的功能.
只是随着技术与需求的演进,在后来的发展中,新型软件架构都逐渐采用了客户端/服务器的结构,即C/S结构,以及再后来的浏览器客户端结构,即B/S结构.
但是,对于服务器本身来说,它们之间仍然是一种的对等关系.
以电子邮件的应用为例,互联网上并不存在一个超级邮件服务器来处理世界上所有的电子邮件,而是拥有对等关系的邮件服务器之间进行了交互,把电子邮件传送到了相应的服务器上去.
只是在过去的一段的时间里,由于用户需求上的变化以及商业运作方面的限制,互联网的发展才背离了P2P的宗旨.
但是在经过自我完善以适应新的需求之后,P2P技术又再一次进入到了人们的视野并且得到了越来越多的重视,P2P技术的应用也再一次从客观上推动了互联网的发展.

图1C/S结构示意图图2P2P结构示意图但是与其它任何技术一样,在拥有无可比拟的优势的同时,P2P技术也同样面临着自身的问题.

最主要的一个问题,也是P2P最广受诟病的便是知识产权保护问题.
在P2P系统中普遍存在着知识产权保护问题.
事实上,P2P文件共享软件的繁荣确实加速了盗版媒体的流动,提高了知识产权保护的难度.
历史上一个著名的案例便是P2P文件共享鼻祖式应用,Napster被美国法院宣布侵犯了音乐公司的知识产权而不得不在世界网民的哀叹声中停止了运作.
但是在Napster之后兴起的更多的P2P文件共享软件却比Napster更具有分散性与不可监控性,更加大了保护的难度.

P2P技术为网络信息共享带来了革命性的改进,为网民带来了益处.
而这种改进如果想要持续长期地为广大用户服务,必须以不损害内容提供商和产权拥有者的基本利益为前提.
这就要求在不影响现有P2P共享软件性能的前提下,一定程度上实现知识产权保护机制.
目前,已经有些P2P软件公司与相关产业的其它公司已经开始一起在研究这样的问题.
现在的P2P文件共享软件与知识产权的拥有者都已经意识到双方只有合作才能寻求到共生互利之道.
如何更加合法合理地应用这些共享软件,并且让数量极大的现有共享软件用户接纳新的应用模式,将是一个崭新的且富有挑战性的命题.

2.
2P2P技术的实际应用来自德国互联网调研机构ipoque宣称,P2P应用已经彻底统治了当今的互联网,其中50-90%的全球总流量都来自于P2P程序.
由此我们可以看出当今P2P技术的应用在整个互联网领域已经起到了举足轻重的作用,是不容忽视的.

从目前实际情况进行观察,P2P实际的应用主要在以下几个主要方面.
最为广大网民所熟悉,也是应用最广的服务之一,但是P2P文件共享系统.
由P2P技术所组织起来的文件共享系统可以提供高效的、强壮的以及负载均衡的文件共享功能.
P2P文件共享系统的出现可以说是颠覆性的,它几乎是在出现的同时,即取代了传统的C/S文件下载模式,用户可以以更好的服务质量,更快的下载速度以及更丰富的后备资源从网络中得到自己想要的资源,并且由于P2P技术的特点,在用户规模越大的情况下,用户得到的服务质量反而越好.
因此传统集中式的文件系统在很多情况下已经不再适用于这种大规模数据存储的要求了,P2P文件共享系统就是解决了这样的问题.
目前比较主流的应用有诸如BT、Emule和EDonkey等,这些应用的出现极大的解决了互联网用户对文件共享的需求[3].

应用范围同样非常广泛,但是由于局限在科研领域,并不为大多数普通网民所熟知的应用,但是P2P运算能力的共享.
通过P2P方式组织起来的节点除了可以共享存储能力之外,还可以共享CPU处理能力.
系统中某一个节点将一项巨大的计算任务分解成很多个小的计算子任务,将这些子任务分发给系统中其它节点,由这些节点对子任务进行运算,并将运算结果反馈给发起节点,发起节点即可在短时间内利用P2P系统中大量节点的计算资源完成大规模运算.
如著名的SETI@home项目,它是由加州伯克利大学开展的寻找外星生命的研究计划.
它使用P2P技术将世界各地感兴趣的有计算能力的终端都组织成为一个庞大的计算系统,这些个人闲置电脑资源每天的平均计算量甚至超过了当时全球造价最高,运算最快的超级电脑.

除了P2P文件共享系统,目前最为广大网民所熟知,接受程度最高最最爱喜欢的P2P应用便是P2P网络流媒体应用.
传统多媒体系统一般是基于客户端服务器模式,服务器为每个有需求的用户单独建立连接,由于流媒体服务具有需要宽带高、持续时间长和用户数量大等特点,随着用户数量的增加,服务器的带宽很快被消耗待尽,因此传统的网络流媒体服务已经满足不了现有的用户需求了,可扩展性成了最大的问题.
为了解决系统的可扩展性及运行成本,P2P技术被引入到了流媒体应用领域.
由于P2P网络天生的可扩展性,基于P2P方式的流媒体技术很好地解决了传统流媒体带宽不足的问题.
P2P技术很好地把用户组织起来,对用户资源进行了充分利用,从而将原来只由服务器承担的负载分担到每个参与的用户节点上,大大降低了服务的负载压力,并且在理论上,参与的用户越多,用户得到的服务质量将越好.
流媒体应用领域也是P2P技术与CDN技术融合的主要领域[4][5].

2.
3CDN技术简述实际上,CDN是一种新型的网络构建方式,它是为能在不改变传统的IP网络结构的前提下,实现新型宽带业务而特别优化的网络覆盖层.
简单地说,CDN是一个包括了分布式存储、负载均衡、网络请求的重定向和内容管理4个组件的整体系统.
通过对用户网络位置的判断以及服务器当前负载情况的检测,CDN系统可以确保以最高效的方式为用户提供服务.
据统计,采用CDN技术,能处理整个网站页面的70%~95%的内容访问量,减轻服务器的压力,提升了网站的整体QoS并大大增强了其可扩展性.

与目前现有的内容发布模式相比较,CDN强调了网络在内容发布中的重要性.
通过引入主动的内容管理层的和全局负载均衡,CDN从根本上区别于传统的内容发布模式.
在传统的内容发布模式中,内容的发布由ICP自行完成,而网络只表现为一个透明的数据传输通道,并不主动地参与或反馈内容的发布过程,更不能根据内容对象的不同区分服务质量,导致内容发布过程的无差别化.
此外,由于IP网的"尽力而为"的特性使得其质量是通过在用户和内容提供商的服务器之间提供充分的、可能远大于实际所需的带宽来实现的.
在这样的内容发布模式下,不仅大量宝贵的骨干带宽被无效地占用,同时内容提供商的服务器负载也变得比实际需求更重.
当发生一些热点事件和出现井喷式流量爆发时,会产生局部热点效应,从而使服务器过载导致拒绝服务情况的出现.
而CDN的引入非常有效地解决这一瓶颈问题,为内容提供商提供了近乎完美的解决方案,目前国内主流的门户网站几乎都采用了这一解决方案.

但是在遇到对网络带宽资源需求比较大的流媒体业务时,CDN系统由于本身并没有完全摆脱传统C/S结构的框架,在面对这一类业务时,依然存在着服务器成为系统瓶颈的问题.

2.
4CDN技术的实际应用CDN技术目前在很多领域都已经得到了很广泛的应用.
其最主要的在业界的应用便是为网站提供内容分发与业务分流.
通过CDN技术,在现有的Internet中增加了一层新的覆盖网络架构,将网站的内容发布到最接近用户的CDN服务器内,通过CDN系统自身的负载均衡技术,通过对用户的网络位置、所请求的资源类型以及系统内服务器负载情况进行综合判断,解决Internet网络拥塞状况,提高用户访问网站的响应速度,这就如同为用户提供了多个分布在不同物理区域内的加速器,以达到快速、可冗余的为网站加速的目的.

与P2P技术一样,CDN技术也应用在了流媒体领域,只是CDN技术的应用更侧重于点播业务.
VOD是视频点播技术,VideoOnDemand的简称,也称交互式电视点播系统,可根据用户的需要播放相应的视频节目,从根本上改变用户过去被动式看电视的不足.
现有的IPTV业务实质上就是一种VOD业务,即由运营商与内容提供商一起为用户提供视频点播服务.
有别于互联网上如PPLive,PPStream,SopCast等免费提供的在线流媒体点播业务,IPTV由于有运营商的支持并且是付费使用,因此IPTV比互联网提供的类似业务有更高的用户服务质量,但同时也对内容提供商的服务器有更高的要求,即CDN节点的性能成为整个系统的关键.

CDN技术的另一个得到广泛应用的方面即是在商业领域,实现多媒体互动广告功能.

多媒体广告功能对于一个可商业化运营的系统极为重要,因为广告作为互联网业务的一个主要收入来源,需要得到足够的重视.
在CDN应用平台中,提供了完善的广告功能,包括平面、文字及多媒体格式的广告形式,同时由于CDN系统中节点管理范围不一样,还可以实现广告内容的个性化定制[6].

3.
P2P与CDN技术的融合将P2P技术与CDN技术作一下比较,我们不难得出二者各自的优势与缺点.
P2P作为目前应用相当广泛,用户支持度极高的一项技术,其自身具有的优势有:去中心化,节点组织自由;用户内容来源不再局限于服务器,不再受服务器带宽及资源的限制;用户资源利用率高,将服务器压力平分到用户节点,最大限度地提升了系统的利用率.
但是P2P技术也有着与其突出的优势同样鲜明的缺点:节点无法管理;传播的资源内容无法监管;用户服务质量无法保证,因为无法确保用户节点资源可用性;由于网络异质性,用户间利用及共享很难做到最优化.

对于CDN技术,它的优点则在于:服务器性能高且稳定,因此用户服务质量有很好的保障;发布内容可管理,对非法及有害内容能做到及时处理;自动的重定向机制,能将用户自动分配到适合的服务器,对系统资源做了有效的负载均衡.
同样,CDN技术的缺点也很显而易见:没有摆脱传统C/S结构的束缚,CDN服务器容易成为系统的瓶颈;在大用户量场景下,服务器成为用户唯一的数据内容来源,用户服务质量会直线下降.

通过二者的对比我们不难看出,P2P技术与CDN技术的优势与缺点形成了鲜明的互补,二者在目的上都是为了解决用户需求增大与现有互联网资源紧缺这一矛盾,二者在解决的途径上采取了不同的策略,因此如果将二者结合起来,取长补短,将可能形成一种更高效的解决方案.

采用P2P+CDN的方式,通过CDN节点之间的P2P传输,可以大大节省中央带宽资源,减轻中央服务器压力,加快分发效率,提高灵活性;加入终端之间的P2P,可以进一步减轻边缘节点的服务压力,加速热门内容体验,减少建设成本,提高系统服务能力;P2P技术有利于内容从边缘到边缘的分发,可以更好的支持web2.
0的内容共享式业务;P2PCDN健壮性更高,中央故障点少,节点失败对服务影响较小.
4.
总结通过对P2P技术与CDN技术的回顾与技术特点上的比较,我们得出将P2P技术与CDN技术相融合,可以发展出一种新型的更有效的互联网应用解决方案.
二者在技术手段上几乎呈现出完全互补的态势,在它们在各自领域得到极大发展并遇到各自瓶颈的时候,将二者进行融合也成为了大势所趋.
当然,二者的融合过程也存在一些技术难点尚待研究,如:异构网络环境中的P2PCDN系统架构问题,固移融合的终端P2P技术,P2P缓存技术,P2P模式下的计费问题,P2P模式下的内容版权管理等.

P2P与CDN技术都有各自坚实的实用基础,二者的融合也已经势在必行,P2P+CDN的新技术必将给互联网带来一场崭新的变革.