對等網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)介及在IPTV網(wǎng)絡(luò )傳輸中的應用

一、對等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

1.對等網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)介

對等網(wǎng)絡(luò )(peer-to-peernetwork)，常被稱(chēng)為P2P或點(diǎn)對點(diǎn)，是近年來(lái)興起的一種新型網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。它在傳輸方式上打破了傳統網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)器/客戶(hù)端(C/S)模式的定式，建立了一種客戶(hù)端對客戶(hù)端的直接通信機制，這種通信方式也為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展提供了思路。在對等網(wǎng)絡(luò )中，每一節點(diǎn)既作為客戶(hù)端，又充當他人的服務(wù)器，從某種意義上，每一結點(diǎn)都處在同等地位。對等網(wǎng)絡(luò )是對分布式概念的成功拓展，它將傳統方式下的服務(wù)器負擔分配到網(wǎng)絡(luò )中的每一節點(diǎn)上，每一節點(diǎn)都將承擔有限的存儲與計算任務(wù)，加入到網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)越多，節點(diǎn)貢獻的資源也就越多，其服務(wù)質(zhì)量也就越高。

反觀(guān)現在網(wǎng)絡(luò )上仍占主導地位的C/S服務(wù)模式，雖然近年來(lái)，終端用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )帶寬逐年提高，但用戶(hù)使用感受仍未有大的改觀(guān)，主要也是由于各大服務(wù)器不堪重負，用戶(hù)數量大幅上升時(shí)，服務(wù)器甚至有面臨崩潰的危險，而此時(shí)空閑的鏈路帶寬正被白白浪費掉。而P2P方式的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，正好能充分挖掘網(wǎng)絡(luò )的空閑資源，不需要增加投入，就能服務(wù)更多用戶(hù)。因而可以看到，對等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的優(yōu)勢是不言而喻的，它將在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )應用中，創(chuàng )造巨大的價(jià)值。

2.對等網(wǎng)絡(luò )的基本結構

對等網(wǎng)絡(luò )一般按組織結構的不同，分為三種類(lèi)型。

(1)集中式對等網(wǎng)絡(luò )

集中式的對等網(wǎng)絡(luò )其實(shí)并不是完全意義上的對等網(wǎng)絡(luò )，這是一種介于C/S模式與對等網(wǎng)絡(luò )之間的基于P2P理念的對傳統網(wǎng)絡(luò )方式的拓展。集中式對等網(wǎng)絡(luò )基于中央目錄服務(wù)器，為網(wǎng)絡(luò )中各節目提供目錄查詢(xún)服務(wù)，傳輸內容無(wú)需再經(jīng)過(guò)中央服務(wù)器。這種網(wǎng)絡(luò )，結構比較簡(jiǎn)單，中央服務(wù)器的負擔大大降低。但由于仍存在中央節點(diǎn)，容易形成傳輸瓶頸，擴展性也比較差，不適合大型網(wǎng)絡(luò )。但由于目錄集中管理，對于小型網(wǎng)絡(luò )的管理和控制上倒是一種可選擇方案。

(2)無(wú)結構分布式網(wǎng)絡(luò )

無(wú)結構分布式網(wǎng)絡(luò )與集中式的最顯著(zhù)區別在于，它沒(méi)有中央服務(wù)器，所有結點(diǎn)通過(guò)與相鄰節點(diǎn)間的通信，接入整個(gè)網(wǎng)絡(luò )。在無(wú)結構的網(wǎng)絡(luò )中，節點(diǎn)采用一種查詢(xún)包的機制來(lái)搜索需要的資源。具體的方式為，某節點(diǎn)將包含查詢(xún)內容的查詢(xún)包發(fā)送到與之相鄰的節點(diǎn)，該查詢(xún)包以擴散的方式在網(wǎng)絡(luò )中蔓延，由于這樣的方式如果不加節制，會(huì )造成消息泛濫，因此一般會(huì )設置一個(gè)適當的生存時(shí)間(TTL)，在查詢(xún)的過(guò)程中遞減，當TTL值為0 時(shí)，將不再繼續發(fā)送。

這種無(wú)結構的方式，組織方式比較松散，節點(diǎn)的加入與離開(kāi)比較自由，當查詢(xún)熱門(mén)內容時(shí)，很容易就能找到，但如果需求的內容比較冷門(mén)，較小的TTL不容易找到，而較大的TTL值又容易引起較大的查詢(xún)流量，尤其當網(wǎng)絡(luò )范圍擴展到一定規模時(shí)，即使限制的TTL值較小，仍然會(huì )引起流量的劇增。但當網(wǎng)絡(luò )中存在一些擁有豐富資源的所謂的類(lèi)服務(wù)器節點(diǎn)時(shí)，可顯著(zhù)提高查詢(xún)的效率。

(3)結構化分布式網(wǎng)絡(luò )

結構化分布式網(wǎng)絡(luò )，是近幾年基于分布式哈希表(DistributedHashTable)技術(shù)的研究成果。

它的基本思想是將網(wǎng)絡(luò )中所有的資源整理成一張巨大的表，表內包含資源的關(guān)鍵字和所存放結點(diǎn)的地址，然后將這張表分割后分別存儲到網(wǎng)絡(luò )中的每一結點(diǎn)中去。當用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò )中搜索相應的資源時(shí)，它將能發(fā)現存儲與關(guān)鍵詞對應的哈希表內容所存放的結點(diǎn)，在該結點(diǎn)中存儲了包含所需資源的結點(diǎn)地址，然后發(fā)起搜索的結點(diǎn)根據這些地址信息，與對應結點(diǎn)連接并傳輸資源。這是一種技術(shù)上比較先進(jìn)的對等網(wǎng)絡(luò )，它具有高度結構化，高可擴展性，結點(diǎn)的加入與離開(kāi)比較自由。這種方式適合比較大型的網(wǎng)絡(luò )。

二、對等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在IPTV中的應用

1.IPTV的現狀

國內IPTV與P2P一直是沿著(zhù)兩個(gè)不同的方向發(fā)展。由于IPTV與傳統電視收看方式相似，基本上被看作是有線(xiàn)電視(CATV)或數字電視(DVB)的升級，因而在設計思路上沿用了與之類(lèi)似的中央服務(wù)器的模式。在傳統的方式中，網(wǎng)絡(luò )基本上是廣播式的單向信道，即客戶(hù)端沒(méi)有能力或只有很少能力發(fā)送上行信息，在這種方式下，所有的服務(wù)內容由中央服務(wù)器發(fā)送，所有的處理工作完全由中央服務(wù)器完成，無(wú)法實(shí)現P2P的連接。

為了在C/S模式下解決IPTV中的服務(wù)器瓶頸問(wèn)題，目前的方案大多擬采用組播技術(shù)，以及配合中央服務(wù)器一邊緣服務(wù)器的內容分發(fā)策略(CDS)來(lái)實(shí)現。

組播技術(shù)也是近年來(lái)十分熱門(mén)的，優(yōu)于廣播方式的網(wǎng)絡(luò )中一點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸服務(wù)技術(shù)。在傳統的一點(diǎn)對多點(diǎn)通信中，服務(wù)器對每一個(gè)請求連接的客戶(hù)端都要建立獨立的連接，一般的服務(wù)器最大能提供的連接數量是相當有限的，因此這種方式并不適合媒體服務(wù)。廣播方式下，可以不用為每個(gè)用戶(hù)建立相應的連接，只將有需求的內容向每個(gè)子網(wǎng)以廣播方式發(fā)送一份拷貝，這樣可以保證所有用戶(hù)都能接收到這份數據。但這種方式的弊端是顯而易見(jiàn)的，大量的沒(méi)有請求這項內容的用戶(hù)也都收到了這份數據，這將造成網(wǎng)絡(luò )數據的泛洪，引起阻塞。由此，產(chǎn)生了組播技術(shù)。在組播方式下，增加了一個(gè)組播組的概念，當用戶(hù)請求服務(wù)時(shí)將加入這個(gè)組，服務(wù)器只向有需要的子網(wǎng)的組播地址發(fā)送一份數據拷貝，當這份數據到達子網(wǎng)路由器時(shí)，路由器將根據當前組成員狀況進(jìn)行發(fā)送，這樣只有當前的組成員能夠接收到這份數據，從而保證了帶寬不被浪費。

2.對等網(wǎng)絡(luò )在IPTV中的應用

組播對于減輕服務(wù)器負擔是有相當作用的，但是組播對硬件要求較高，需要數據源和接收者的下層網(wǎng)絡(luò )都能支持組播協(xié)議。而且組播方式，依然沒(méi)有利用到客戶(hù)端的上行通道，即用戶(hù)接收到的數據仍然不能轉發(fā)給其他有相同需要的用戶(hù)。

傳統網(wǎng)絡(luò )方式與對等網(wǎng)絡(luò )方式的網(wǎng)絡(luò )結構對比如圖1。采用對等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的IPTV系統，對底層硬件基本沒(méi)有要求，只需在應用層上修改即可。由于IPTV具有實(shí)時(shí)媒體的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)并不需要保存資源信息的相關(guān)內容，每節點(diǎn)在某一時(shí)刻只能提供一種資源的服務(wù)，因此對等網(wǎng)絡(luò )中基于搜索的機制完全可以不予考慮。另外，由于IPTV系統必須具備良好的用戶(hù)認證收費管理子系統，以及提供相關(guān)增值服務(wù)的功能，因此不能允許用戶(hù)隨便加入網(wǎng)絡(luò )，需要有健全的用戶(hù)管理機制。針對IPTV這種特性，在IPTV中應用對等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，采用集中式的結構比較合適。

在基于對等網(wǎng)絡(luò )的IPTV系統中采用集中式結構，系統中應存在少量的中央服務(wù)器，這些服務(wù)器除了保存節目?jì)热葙Y源外，還要保存當前的節目單信息和正在收看節目的客戶(hù)端信息。

當用戶(hù)請求收看某一節目時(shí)，服務(wù)器將返回正在收看該節目的用戶(hù)，這里服務(wù)器可以根據請求來(lái)源的路由信息，在所有收看該節目的用戶(hù)中挑選與請求用戶(hù)最接近的，也就是連通性最好的用戶(hù)信息進(jìn)行返回。用戶(hù)收到服務(wù)器返回的地址信息后，即開(kāi)始與正在收看的用戶(hù)進(jìn)行連接，獲取節目?jì)热荨?br />

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