Ｐ４Ｐ：一种轻量级的网络体系结构

曲丽君

摘要:P4P是为解决目前P2P网络所引发的低效率和网络资源利用问题,而诞生的一种简单、轻量级的网络体系结构。该文主要从P4P的来源、与P2P网络的区别、P4P的架构以及P4P的未来发展趋势几个方面对P4P进行了介绍。

关键词:P4P;P2P;轻量级

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)22-pppp-0c

近年来,基于P2P[1]的网络应用越来越多,用户规模和网络流量均呈爆发式增长。P2P是Peer-to-Peer的缩写,简单来说,就是在P2P方式下,每个对等实体(Peer)既是服务的提供者,又是服务的享用者,P2P把一个文件分成多个片段,每个用户都可以从多个其他用户处下载不同的片段,同时也把自已已有的片段提供给其他用户下载。正是由于P2P技术可以简单有效地解决在网上大规模复制文件的问题,所以自从问世以来,发展迅速惊人。如今P2P技术已成为一个覆盖于基础数据网络之上的承载平台,承载着各种各样的应用类型,从最初的MP3音乐共享扩展到文件共享、流媒体、VoIP、IPTV、IM、协同计算等多个领域。

然而,P2P应用的普及给电信运营商的网络带宽造成非常大的压力,P2P应用消耗了大部分的网络带宽资源,甚至占用了其他正常应用(如Web、E-mail等)的资源,这将直接影响网络运营商的决策、运营及管理,也影响了其他互联网用户的应用体验。而且,P2P应用本质上会无限消耗网络的可用带宽,因而单纯的网络扩容无法解决本质问题。在这种情况下,P4P[2]技术应运而生,它给了运营商和用户一个新的选择,在提高用户满意度的同时减少运营商的宽带压力,因而被认为是一个非常有前景的技术。

1 P4P的来源

P4P是一种先进的点对点(P2P)协议和网络体系结构,其全称是“Proactive network Provider Participation for P2P(电信运营商主动参与P2P网络)”。引入P4P的目的是加强ISP(因特网服务提供商)与客户端程序的通信,降低骨干网络传输压力和运营成本,并提高P2P应用程序的性能,以达到网络传输效率和节约运营成本的双赢目的。

P4P理论是由美国耶鲁大学谢海永博士首先提出来,并完成了相应的系统设计。P4P技术的核心是引入数学界的拓扑理论来改良P2P网络的随机性,让以往的P2P连接实现智能优化,网民间的任意交换变得更具地域性。同一路由器,同一数据阵列,都成为P4P智能选择数据交换对象的数学基础。简单地说,P4P的原理就是让P2P也玩“同城”。

举一个例子来说,A地区的用户就可以优先和A地区的用户来实现文件片段的交换,再扩展至较远的地区,在必要时,才会“出国”进行文件片段交换。当然,P4P的运行机制,要远远超过“同城交换”的概念,它还会根据用户的上行、下载带宽进行综合判断,以进行最有效选择,最大化整体交换的效率。

2 P4P与P2P区别

P2P是近几年发展较快的一种网络对等模式,据国内权威部门统计,当前P2P流量已经占整个互联网流量的约70%,并且正在以每年350%的速度增长。P2P流量消耗了巨大的网络带宽,尤其是国际带宽,使网络基础设施不堪重负,运营商苦不堪言。但问题的症结不在于P2P技术或P2P的使用者,而在于交换的机制。P2P过于强调“对等”,每个节点之间的交换完全是无序的。例如,A地区的用户,既可能和B地区的用户进行文件片段的交换,也可能和其他国家的某用户进行交换。显然,无序的交换导致了无谓的跨地区甚至是跨国的“流量旅行”,这耗费了宝贵的国内和国际带宽资源,代价巨大。

如果用户正好都在同一个地区,那么,本地化的交换的成本就会大大降低。与P2P随机挑选Peer(对等机)不同,P4P协议可以协调网络拓扑数据,能够有效选择节点,从而提高网络路由效率,这也正是P4P与P2P技术的区别所在。

3 P4P架构

P4P是一个灵活的、轻量级的应用框架[3-4]。它的主要思想是在P2P应用与网络运营商之间开启显式的通信接口,P2P客户(peer)可以调用该接口得到网络信息,或请求承载网分配网络资源,从而能够更有效的利用网络资源,并提升P2P应用性能。

P4P的架构主要包括控制平面、数据平面和管理平面。目前的研究主要集中在控制平面。图1显示的是P4P架构中潜在的实体:iTrackers、appTrackers和P2P客户端间的相互关系。

P4P架构中关键的部分就是引入iTrackers。它能够给P2P与网络供应商的沟通提供交互的门户,允许P4P在P2P和供应商之间划分通信量控制的责任,并且增加了P4P的可部署性和扩展性。具体来说,每一个网络供应商,无论是传统的商业网络提供商(例如,AT&T公司),大学校园网,或虚拟服务提供商(例如,Akamai公司),为其网络维护一个iTracker。一个P2P客户端可以通过DNS查询向其本地供应商所属的iTracker获得IP地址,新的DNS记录类型为P4P。标准技术可以应用到允许多个iTrackers在一个特定的网域,特别是对网络容错性和可扩展性。一个iTracker提供了一个入口,它有三种相关网络供应商信息:网络状态/拓扑;提供向导/政策;网络能力。这3种信息分别通过3个接口提供:

1) info接口主要对外提供网络拓扑信息和状态信息。

2) policy接口主要向peer或appTracker提供网络策略和指导意见。比如网络入向和出向流量的比例,在拥塞期应该避免使用哪些链路等等。

3) capability接口允许peer或内容提供商(通过appTracker)向其查询并请求承载网提供一定的资源和能力。例如,在网络运营商提供了cache服务器的情况下,一个appTracker可以通过询问iTracker,得到这样的服务器以提高内容分发的速度。

总之,这些接口一方面保护了网络运营商的私密性,另一方面又允许网络和应用联合起来提升彼此的性能。P4P架构中不指定具体的信息格式,而只提供公共的信令框架。网络运营商可以选择实现上述3种接口的任意子集。

4 P4P发展趋势

P4P理论在软件、硬件方面分别进行了深度的研究,并且进行了相关的硬件投资,原有的那种松散的P2P已经变成了一种有规划的部署和应用。因此,P4P相对于P2P是一个非常重要的进步,最终将扩展到整个P2P网络,并将替代P2P。P4P这种方式不仅能更好地为用户提供服务,而且还能减少运营商网络的压力,深受运营商的欢迎。P4P也必将在中国互联网市场蓬勃发展,为中国的互联网用户提供更加可靠、快捷的互联网服务。

5 结论

P4P作为一种先进的P2P技术具有广泛的影响,它使互联网成为更加具有扩展性的媒体分发平台,一方面它可以使P2P应用利用网络的能力得到提升,改善了P2P应用的性能;另一方面使网络运营商能够解决P2P业务带来的诸如网络流量不可控等问题,增加了从网络内部下载的比例,缩短了传输距离,减少了网络骨干线路上的负载,从而显著地提高ISP的网络效率。

虽然P4P已经展现出了对双方都有利的好处,随着解决方案的不断更新,一些问题也随之出现,目前P4P的研究工作仍集中在控制平面,对数据平面、管理平面涉及不多。此外,虽然P4P已经在包括Verizon、Telefonica在内的一些运营商以及耶鲁大学网络系统实验室和Pando Network公司等的美国宽带网络中进行了大规模试验或仿真,并且己经得到了美国不少通信和有线网络巨头,如AT&T和Comcast等的大力支持和推动,但在短期内将P4P技术引入到现网中的可能性并不大,仍需要一段过程。因此P4P的完善将是一个长期的过程,还要经过数年的发展才能最终健全和成熟起来。

参考文献:

[1] 鲁逸峰,王劲林,苏少炜.P2P流媒体技术研究[J].计算机科学,2008,35(6):28-31.

[2] 朱柳明.P4P技术简介[J].中国新通信,2008,(15):79-82.

[3] 李广华,朱志祥.P4P:网络供应商和P2P矛盾的调解者[J].科学技术与工程,2008,8(20):5612-5615.

[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.