城域数据网P2P流量优化方案

万昕

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101）

城域数据网P2P流量优化方案

万昕

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101）

分析了P2P流量在城域数据网中的流向，并从运营商网络建设的角度，提出了P2P流量优化方案，包括BRAS节点的分布部署、IPv6地址的加速引入、分布式地址转换技术的应用和对P4P技术的关注，为运营商在智能管道时代在流量管理方面获得主动。

城域数据网； 流量流向； P2P； P4P； 流媒体； 对等组网； BRAS

1 P2P的概念和范围

互联网流量按照协议类型划分，可分为HTTP、FTP、SMTP等多种类型，包括：

（1） HTTP流量。用于从服务器传输超文本到本地浏览器，是使用最为广泛的协议。

（2） FTP流量。TCP/IP提供的标准机制，用来将文件从一个主机复制到另一个主机。

（3） SMTP流量。建立在 TCP上的一种邮件服务，用于传输系统之间的邮件信息。

（4） VoIP流量。通过互联网实现语音通话，不能提供实时性保证。

（5） P2P流量。通过直接交换来实现资源共享，每一台计算机既充当网络服务的请求者，又对其它计算机的请求作出响应，提供资源和服务。

（6） 流媒体流量。以流的方式传输音频、视频和多媒体文件。

P2P通过直接交换来共享计算机资源和服务，而对等计算模型应用层形成的网络通常称为对等网络。在P2P网络环境中，彼此连接的计算机都处于对等的地位，整个网络不依赖专用的集中服务器。网络中的每一台计算机既能充当网络服务的请求者，又对其它计算机的请求作出响应，提供资源和服务。通常这些资源和服务包括信息的共享和交换、计算资源（如CPU的共享）、存储共享（如缓存和磁盘空间的使用）等。

随着带宽提速和用户对资源实时性要求的进一步提高，流媒体业务增多，网络电视、远程教育、视频点播已成为流媒体技术的热门应用。传统只采用流式传输的方式，由服务器根据用户的请求向用户发送。P2P流媒体利用内容分片技术将内容分散保存在不同终端的存储空间上，通过并行传输技术将内容分发给各终端用户，在终端流缓存中重组，提交媒体播放器进行播放的方式。随着用户接入带宽的改善，越来越多的用户通过P2P流媒体技术浏览在线视频，替代传统的P2P下载，成为P2P业务新的增长点。本文中提及的P2P流量，同时包括传统P2P流量和P2P流媒体流量。

2 P2P流量在数据承载网中的流向

P2P资源在互联网内是分散的，在查找路由时普遍采用资源定位算法，这种算法效率较低。因为P2P各对等点的随机分布和盲目选择，点与点之间缺乏有效管理和沟通方式，几乎不考虑整个网络的拓扑状态情况。P2P资源在数据承载网中的流量流向可分为以下4种情况，具体示意图如图1所示。

（1）网内相同BRAS下，用户1与用户2处于数据承载网内相同BRAS下，P2P流量经BRAS中转。

（2）网内不同BRAS下，用户1与用户3处于数据承载网内不同BRAS下，P2P流量经用户归属BRAS至CR中转。

（3）网内私网地址，点对点用户任何一方由运营商分配私网地址的，无论双方是否处于相同BRAS下，P2P流量都需通过归属BRAS至CR旁挂的NAT系统进行地址转换。

（4）网间，用户与外网用户建立点对点连接的，P2P流量经BRAS至CR出网。

本文通过对市场上主流P2P软件的实测，对P2P流量流向进行了分析。对于热门P2P资源，作者从联通网络环境和移动网络环境下分别进行了测试，在联通网络环境下测试结果为83%局向为城域内，92%局向为省内，100%局向为本网；在移动网络环境下测试结果为25%局向为城域内，92%局向为省内，92%局向为本网，8%局向为网间/国内，如表1、 表2所示。

表1 联通网内热门P2P资源流量流向表

图1 P2P流量在数据承载网中的流向

表2 移动网内热门P2P资源流量流向表

对于非热门P2P资源，测试结果差别不大，以联通网络测试环境为例，没有局向来自城域内，17%局向为省内，25%局向为本网/国内，75%局向为外网/国际，具体流量流向表如表3所示。

表3 非热门P2P资源流量流向表

通过对互联网P2P资源流量流向和流向占比的分析，P2P流量峰值占比70%，热门资源占比其中80%，按照联通案例80%热门资源可从城域内中转考虑，经过初步路径规划，城域网内本地中转的P2P流量可占到互联网整体流量的70%×80%×80%≈45%，网络流量构成图如图2所示。

图2 互联网网络流量构成

3 P2P流量在数据承载网中的优化方案

P2P应用开发商对热门P2P资源流向进行了一定程度的优化，但仍存在一定随机流向；非热门P2P资源流向则更加随机。由于P2P模型的局限性，P2P无法感知到网络层及其以下的网络拓扑信息和链路状态，所以没有有效的路径选择机制。另外，很多P2P应用开发商在开发P2P软件时，大部分集中在改进终端用户的需求方面，很少考虑P2P软件对网络带宽的耗费问题，无法从运营商运营成本角度考虑开发。

因此，从运营商层面优化P2P流量流向，不仅能够提高用户接入速率，降低接入时延从而提升用户感受，还能优化网络流量，降低建网成本。

3.1 BRAS下沉部署

根据上节对P2P资源流量流向的分析，所有流向中，均需要经过用户归属BRAS进行中转，将BRAS部署到更贴近用户的位置，将大幅节省用户流量至城域核心网中转，从而节省市到县和县到乡的传输。与城域内集中部署BRAS相比，将BRAS分布到区县，可节省50%左右市县传输。

3.2 IPv6地址加速引入

当点对点用户一方采用私网地址时，P2P流量需通过归属BRAS至CR旁挂的NAT系统进行地址转换，这种场景下的流量流向在城域内是最为复杂的，应当尽量避免。在IPv4公网地址耗尽的情况下，通过尽快引入IPv6地址，减少地址转换量。

3.3 分布式地址转换

对于必需保留的私网地址用户，通过BRAS插接NAT板卡的方式，将NAT系统位置下移，使之与公网地址流量路径相同。考虑到成本、管理维护和现阶段WLAN AC对NAT插板及日志输出功能支持情况差等因素，可充分利旧现有集中部署的NAT系统，将WLAN、集团客户业务地址转换保留在集中系统上，固定宽带地址转换逐步迁移到BRAS上。

3.4 P4P

P4P即运营商主动参与的P2P（Proactive network Provider Participation for P2P），是P2P技术的升级版，意在加强运营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，并提高改良的P2P文件传输的性能。与P2P随机挑选资源节点不同，P4P协议可以协调网络拓扑数据，能够有效选择资源节点，从而提高网络路由效率。

P2P软件开发商需要运营商为每个对等点提供详尽的底层网络信息，比如网络拓扑、链路状态、网间链路成本和带宽信息，通过P4P机制，根据用户的物理位置和上下行带宽进行综合判断，以进行最有效选择，最大化整体交换的效率；另外一方面，运营商也可以加强对P2P资源的管理，特别是涉及到版权和安全机制方面的管理。

P4P相对于P2P是一个非常重要的进步，为共享问题指出了新的方向，相信P4P最终将扩展到整个P2P网络，并取代P2P。

4 小结

P2P技术在互联网诞生之时便存在，近年来，P2P的再次回归体现了用户点对点直接通信的强烈需求。由于P2P模型的局限性，不能形成有效的路径选择机制，运营商网络中充斥着大量无序的P2P流量，为网络规划管理和网络增收带来了困难。本文从运营商网络建设的角度，提出了P2P流量优化方案，包括BRAS节点的分布部署、IPv6地址的加速引入、分布式地址转换技术的应用和对P4P技术的关注，为运营商在智能管道时代在流量管理方面获得主动。

[1] 希文. P4P技术助力三网融合[J]. 卫星电视与宽带多媒体，2012(8).

[2] 史宝明， 贺元香. P2P技术研究[J]. 甘肃科技， 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