基于P2P的IPTV體系結(jié)構(gòu)分析

1 引言

近年，中國寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，基于IP的各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層出不窮。其中，以寬帶交互的新媒體，也即IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視），最為引人注目。IPTV的業(yè)務(wù)形態(tài)可簡(jiǎn)單分為三種：一是實(shí)時(shí)的電視廣播源節(jié)目；二是點(diǎn)播事先錄制并存儲(chǔ)在服務(wù)器上的節(jié)目；第三種就是所謂的Time-Shifted TV，用戶在收看現(xiàn)場(chǎng)直播的節(jié)目的同時(shí)，還可以回溯過去的精彩瞬間或者暫停一會(huì)繼續(xù)收看現(xiàn)場(chǎng)節(jié)目。

針對(duì)這三種業(yè)務(wù)形態(tài)，IPTV在滿足用戶的質(zhì)量要求的同時(shí)，更要面對(duì)大規(guī)模的用戶加入或退出所引起的波動(dòng)和大業(yè)務(wù)量對(duì)系統(tǒng)高可靠性、高可擴(kuò)展性方面所提出的挑戰(zhàn)。通常，IPTV采用客戶機(jī)和服務(wù)器架構(gòu)，當(dāng)大規(guī)模用戶同時(shí)請(qǐng)求使用同一節(jié)目源，會(huì)造成服務(wù)器負(fù)荷重載，也造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞。因此，基于peer to peer (P2P)的IPTV系統(tǒng)得到大力發(fā)展。

2 P2P技術(shù)

P2P可定義為以非集中方式使用分布式資源來完成關(guān)鍵任務(wù)的一類系統(tǒng)或者技術(shù)。P2P如果僅僅看作是一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則不是新鮮事物，最原始的P2P形態(tài)就是網(wǎng)絡(luò)誕生時(shí)的點(diǎn)—點(diǎn)通信方式。后來，互聯(lián)網(wǎng)資源豐富起來并趨于集中化，出現(xiàn)了服務(wù)器和客戶端的概念。但Client/Server的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)使得服務(wù)缺乏個(gè)性化，資源無法得到充分利用。因此，人們渴望打破Server對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的全面控制，在TCP/IP基礎(chǔ)上演化出新的P2P技術(shù)。

2.1 P2P技術(shù)模型和應(yīng)用

P2P強(qiáng)調(diào)Serverless的意識(shí)，按照業(yè)務(wù)提供方式可以分為三種，即P2P的三種模型：

（1）完全基于Server(Server-based)的(即C/S)，服務(wù)器提供相連peer的名字索引以及網(wǎng)絡(luò)上所有的資源，同時(shí)，peer之間的通信的建立也需要依靠服務(wù)器的初始化。服務(wù)器在系統(tǒng)中處于支配地位，和傳統(tǒng)的C/S模型一樣，如圖1所示。
（2）部分基于Server(with-Server)；通常，準(zhǔn)備加入網(wǎng)絡(luò)的peer通知一個(gè)索引服務(wù)器它已經(jīng)登錄，服務(wù)器的作用僅僅是為正在加入的peer提供已經(jīng)連接的peer的名字的索引，資源仍然分布式存放在各個(gè)peer上，如何建立連接和后來的通信則仍然屬于peer之間的事情。如圖2所示。最早的Napster，Kazaa以及近期的Edoney， Emule，Skype等就屬于部分基于Server的P2P技術(shù)架構(gòu)，它們主要提供文件的高速傳輸和實(shí)時(shí)通信為主要目的。
（3）完全Serverless（non-Server）。此模型中，完全沒有服務(wù)器的概念，所有成員都是對(duì)等端，peer動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)其連接的peer，peer之間的通信完全不需要來自服務(wù)器的任何幫助，打破了C/S模型的傳統(tǒng)通信方式。它可以在某種規(guī)則下，將網(wǎng)絡(luò)中的所有資源完全共享，并快速提供，同時(shí)支持每個(gè)peer的快速加入和退出。這種純P2P模型容許用戶自己設(shè)定通信規(guī)則，建立具有特色的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如圖3。其可以使得網(wǎng)絡(luò)資源使用率最大化，最優(yōu)化系統(tǒng)性能。這類純P2P系統(tǒng)包括Gnutella和Freenet，Myjxta及國內(nèi)的SNS社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，Nexter等。純P2P模型可以提供近似的即插即用特性，但其缺點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)上peer之間如何彼此發(fā)現(xiàn)，并與之建立通信的問題。

圖1 P2P三種技術(shù)模型對(duì)比

2.2 P2P較C/S模式的優(yōu)越性

P2P具有如下一些特性：

（1）peer知道彼此的存在和位置；
（2）peer既可以作為Client也可以作為Server而存在；
（3）多個(gè)peer可以形成一個(gè)peer組，并進(jìn)而形成覆蓋網(wǎng)；
（4）peer都是運(yùn)行在那個(gè)虛擬的覆蓋網(wǎng)上。
這些特性使得P2P系統(tǒng)具有非常良好的可擴(kuò)展性，使得在較低成本情況下完成資源的聚合和共享，也容許peer在彼此數(shù)據(jù)的管理和資源共享上擁有較大的自治控制。由于出色的性能，基于部分Serverless和完全Serverless的P2P技術(shù)，出現(xiàn)了大量的互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)增值業(yè)務(wù)，比如分布計(jì)算，協(xié)同工作，文件共享，即時(shí)通信等。

目前大多互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用都是基于傳統(tǒng)的C/S模式的，包括IPTV也是如此。C/S模式使得網(wǎng)絡(luò)上的資源向服務(wù)器端集中，用戶之間的通信高度依賴于服務(wù)器，無法直接交流信息。因此，在網(wǎng)絡(luò)性能方面，P2P的優(yōu)點(diǎn)在于它是基于互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)等架構(gòu)，可以大大改善資源的流量分布，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞和帶寬的瓶頸問題，減緩存儲(chǔ)服務(wù)器的響應(yīng)壓力。在通信方式上，基于P2P的系統(tǒng)由于peer之間的協(xié)作，具有高度的容錯(cuò)性和非常好的可擴(kuò)展性，可以快速對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和資源的聚合，數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r(shí)性和成本都具有C/S所無法比擬的優(yōu)越性。

3 基于P2P的IPTV體系結(jié)構(gòu)

IPTV需要給不同網(wǎng)絡(luò)接入的用戶提供連續(xù)和失真較小的音視頻多媒體流，這些交互的多媒體業(yè)務(wù)具有高度并發(fā)和帶寬需求較大的特點(diǎn)。