P2P+CDN视频内容分发系统的4.3 CDN+P2P架构的应用

1. P2P+CDN视频内容分发系统的4.3 CDN+P2P架构的应用

P2P+CDN架构是基于CDN的，在骨干层面上保留了原有的CDN系统架构和功能，在边缘节点采用P2P技术进行媒体文件共享及分发。P2P+CDN的网络架构采用3层结构，分为中心层、边缘层和P2P自治域层，如图5所示。从中心层到边缘层和传统的CDN组织架构一样，由一个中心节点管理控制多个边缘节点，并对边缘节点分发节目。在边缘层以下的P2P自治域层是P2P+CDN架构的主要特点。为了便于P2P的管理，将系统服务的网络分成若干个区域，称之为P2P自治域，用户的数据交换仅限于在其所在的P2P自治域内，尽量避免跨域间的P2P交换，由此将用户的数据流控制在一个域内，减轻网络负载。P2P自治域的划分遵循以下原则。Ø 将P2P自治域根据CDN边缘节点所在的地理区域进行划分，使得该区域内的P2P节点充分连接，同时减少区域外节点互联。P2P自治域内用户的IP地址范围与其所在CDN边缘节点所服务的用户IP地址池范围一致。Ø 将热点区域与冷门区域适当结合，利用冷门区域的网络带宽来缓解热点区域的网络压力，提高整体并发能力和网络利用效率。Ø P2P自治域用户数和覆盖网络范围不宜太大也不宜太小，太大不宜于管理控制，太小则对P2P的优势利用不够充分，可根据系统网络实际特点，经测试得到合适的网络覆盖范围及用户数量。Ø 在所有设置的P2P自治域以外，设置单独的逻辑P2P自治域，提供负载冗余的功能。当各个实际P2P自治域网络负载能力达到上限的时候，加入逻辑P2P自治域来增强超载P2P自治域的网络负载的能力。逻辑P2P自治域可部署在每个实际P2P自治域内，可同时起到服务和备份的功能。P2P+CDN架构各层次的节点功能模块如下图所示：中心节点在中心层的中心节点延用了CDN的全局负载均衡机制、内容分发与缓存机制，中心节点依旧是整个系统的节目源存储中心，运营支撑管理中心和业务应用管理中心。与传统CDN中心节点不同的是， CDN+P2P架构的中心节点增加了P2P管理中心的模块，为整个系统提供集中管理功能，实现对所有CDN边缘节点的P2P的统一管理和监控。边缘节点在CDN边缘节点部署多台服务器设备，并使其具备以下6个主要功能。Ø 与中心节点构成内容分发体系，实现内容的有序分发和传送，将节目源按照传统的CDN工作模式从中心节点推送（push）或者拉取（pull）到各个边缘节点。Ø 将接收到的节目源进行文件切片，并以切片的方式对节目源进行存储缓存。同时，具有流媒体服务的功能模块，为连接上的用户以P2P的方式提供媒体流服务。Ø 作为P2P自治域的内容索引服务器。CDN边缘节点提供该域内的P2P内容服务的功能。当该CDN边缘节点接收到来自中心节点某个节目时，将接收到的节目作为种子，并将其内容作索引服务，为该P2P自治域的用户节点（peer）找到同时获取该内容的用户。当服务的用户节点（peer）足够多时，边缘节点可以退出该媒体文件的分发，完全由用户节点之间进行分发。Ø 作为P2P自治域的管理服务器。传统的P2P是一个没有管理的自组织系统，没有中心控制与管理的服务器。为了增加P2P的可管理性，在CDN边缘节点的设备上部署P2P管理功能模块，对该自治域内的P2P网络进行管理、控制和服务保障，也实现对内容索引服务、节目发布服务、媒体播放服务的配置管理和状态查询。当P2P服务将网络带宽资源耗尽，影响到服务质量时，P2P管理监测到网络状态，会对用户端进行流量限速控制，避免网络发生拥塞。同时，边缘节点的P2P管理功能是中心节点P2P管理中心的代理（Agent），实时地与中心节点的该功能模块进行信息交互，以便中心节点对边缘节点的P2P进行实时监控和配置管理。Ø 为用户提供互联服务。实际网络中存在大量的防火墙和NAT设备，对P2P的内容分发与互联形成屏障，为保证用户穿越防火墙和NAT设备，在CDN边缘服务器中部署互联服务模块，实现用户节点之间的点对点连接。Ø 提供安全服务。为防止P2P网络中的欺骗、偷听、中间人等攻击，在CDN边缘服务器中部署安全服务模块。对用户进行认证，并签发证书，以保证互相通信的peer都为合法用户。 在实际应用中，P2P管理服务、内容分发服务、互联服务功能模块部署在同一台服务器上，文件存储、文件切片、流媒体服务、索引服务功能模块部署在同一台服务器上，安全管理可部署在任意一台服务器中。由此避免服务器模块之间的交互由于网络通信的不稳定受到影响。服务器部署的数量要根据P2P域的大小及并发流量进行计算确定。用户终端节点用户终端上应安装媒体播放器，以便将媒体数据流的播放呈现给用户，媒体播放器根据媒体的格式而定。为了实现P2P功能，用户终端必须安装具有P2P功能的客户端软件，实现直接连接其他用户、P2P数据的接收以及P2P数据的继续分发，并将接收到的P2P数据提供给媒体播放器播放。客户端的部署形式可以是媒体播放器的插件，也可以是具有单独界面的软件。

2. P2P+CDN视频内容分发系统的P2P和CDN技术的融合

CDN和P2P被用于不同的领域，CDN主要用于可靠的Web和流媒体内容分发，而P2P则主要用于内容交换。两种技术各有优缺点。显然，CDN和P2P技术的优缺点在应用上具有一定的互补性。如果能够结合P2P的扩展能力和CDN的可靠性、可管理性，就可以构建一个可管理的、能够承载电信级内容应用的IPTV或OTT系统平台。从融合方式来看，CDN和P2P融合有两种形式，一种是将CDN的Cache设备以P2P的方式组织，利用P2P的目录服务和多点传输能力，实现CDNCache设备之间的内容交换，提升CDN的内容分发能力;另外一种是将CDN的管理机制和服务能力引入P2P网络，形成以CDN为可靠的内容核心，以P2P为服务边缘的架构，通过这种架构，可以在不增加CDN成本的同时有效提升CDN服务能力，更有效地避免了P2P应用的诸多弊端，这种架构下，用户需要通过P2P的客户端来获取服务。相比较而言，第一种方式对于提高系统的扩展性帮助不大，仅仅是从管理和控制平面提高了CDN的内容分发能力。第二种方式应用前途更加广泛，是在当前运营商网络状况下最理想的媒体业务承载平台方案。我们的CDN和P2P融合的优化方案是建立在CDN基础之上，在骨干网层次保留了原有的CDN系统的架构和功能，在边缘节点引入了P2P技术来进行文件及流媒体的共享，实现了CDN技术与P2P传输的结合。

3. P2P+CDN视频内容分发系统的2.4 P2P技术

P2P是对等连接peertopeer模式的简称。目前，业界对P2P的定义还没有一个标准的说法，简单地说，P2P技术是一种用于不同终端用户之间、不经过中继设备直接交换数据或服务的技术。它打破了传统的Client/Server模式，在对等网络中，每个节点的地位都是相同的，具备客户端和服务器双重特性，可以同时作为服务使用者和服务提供者。P2P是采用一种与CDN完全不同的内容传递方式。P2P的核心是利用用户资源，通过对等方式进行文件传输，这完全不同于传统的客户服务器计算模型。P2P通过“非中心化”的设计和多点传输机制，实现了不依赖服务器而快速的交换文件。基于P2P的IPTV或OTT体系结构可以使得IPTV或OTT业务的广播和转播等门槛得到降低，可以让更多用户参与并提供自制的多媒体内容得到基于全球覆盖的共享和分发，同时还可以节约电信运营商之间的对接流量，减少网络建设成本。然而，P2P系统也存在明显的缺点，就是可用性问题，尽管从整个系统而言，P2P是可靠的，但是对于单个内容或者单个任务而言，P2P是不稳定的，每个Peer可以随时终止服务，甚至退出系统，即交换的内容随时可能被删除或者被终止共享。迄今为止，P2P网络已经历了集中目录式P2P网络模型、纯P2P网络模型、混合式P2P网络模型和结构化网络模型等几个时代，各种模型各有优缺点，有的还存在着本身难以克服的缺陷，因此，在目前P2P技术应用的阶段，各种网络结构依然能够共存，甚至呈现相互借鉴的形式。

4. P2P+CDN视频内容分发系统的2.3 CDN技术

CDN的英文全称是ContentDeliveryNetwork，即内容分发网络，也称为内容传输网络。这个概念于1996年由麻省理工学院一个小组提出的，并开始对CDN技术进行研究，他们在1999年成立了一个专业CDN服务公司，为Yahoo提供了专业服务。如今在国内外已经有很多的企业和服务商开始使用内容传送网络CDN技术来提高网络服务质量，以满足用户的需求。CDN是建立在现有IP网络基础结构之上的一种增值网络，是在应用层部署的一层网络架构。CDN的核心是利用智能化策略技术，将中心的内容和服务推送到网络边缘，使得用户可以在最近的和服务质量最佳的地方获取服务，其关键技术包括高速缓存、负载均衡、内容路由、内容分发、内容存储和内容管理等。CDN的技术优点包括：(1)全局负载平衡，访问速度快，让用户连接到最近的服务器上去。(2)热点内容主动传送，自动跟踪，自动更新。(3)无缝集成、高可靠、可用性以及扩展性。(4) 减少对网络带宽资源的占用，具有智能的管理控制能力。(5) 发送的内容受到保护，而且内容提供商可在本地自己决定服务的内容。基于上述的优点，CDN技术能提高宽带资源的利用率，增加流媒体在互联网上的应用普及，这些应用包括在线播放、音乐点播、电视直播、互动游戏等，大大促进Internet应用和服务的发展。但是，现有CDN网络都只是针对传统互联网的网络结构、内容传送和业务开展方式建设起来的，如果直接用来为IPTV和OTT业务提供服务，还存在一些不足。如，对视频编码格式支持不足、时延太大、无法提供广播级的视频服务、系统结构过于简单、随着服务能力的扩展，需要不断的投资等。为了能够承担起 IPTV和OTT业务的存储、分发、传送，需要对现有CDN技术进行优化改造。

5. P2P+CDN视频内容分发系统的2.1 OTT基本概念

OTT TV是“Over The Top TV”的缩写，是指基于开放互联网的视频服务，终端可以是电视机、电脑、机顶盒、PAD、智能手机等等。意指在网络之上提供服务，强调服务与物理网络的无关性。通过互联网传输的视频节目，如PPS、UUSEE等平台的内容传输到显示屏幕(包括电视)上。从消费者的角度出发，OTT TV就是互联网电视，满足消费者的需求，集成互动电视功能的全功能的互联网电视。Over-The-Top TV 就是指互联网电视，通过互联网传输的视频节目，如PPS、UUSEE等平台的内容传输到显示屏幕（包括电视）上。OTT TV （Over-The-Top TV），即以Over-The-Top 方式服务的互联网电视。如2010年在市场上推出的Apple TV及Google TV即是此种模式。在国际上，OTT TV指通过公共互联网面向电视传输的IP视频和互联网应用融合的服务。其接收终端为互联网电视一体机或机顶盒+电视机。在我国，OTT TV是指通过公共互联网面向电视机传输的由国有广播电视机构提供视频内容的可控可管服务。接收终端一般为国产互联网电视一体机。