基于P2P的IPTV體系結構分析

1 引言

近年，中國寬帶互聯網絡發展迅速，基于IP的各種互聯網應用層出不窮。其中，以寬帶交互的新媒體，也即IPTV（網絡電視），最為引人注目。IPTV的業務形態可簡單分為三種：一是實時的電視廣播源節目；二是點播事先錄制并存儲在服務器上的節目；第三種就是所謂的Time-Shifted TV，用戶在收看現場直播的節目的同時，還可以回溯過去的精彩瞬間或者暫停一會繼續收看現場節目。

針對這三種業務形態，IPTV在滿足用戶的質量要求的同時，更要面對大規模的用戶加入或退出所引起的波動和大業務量對系統高可靠性、高可擴展性方面所提出的挑戰。通常，IPTV采用客戶機和服務器架構，當大規模用戶同時請求使用同一節目源，會造成服務器負荷重載，也造成網絡的擁塞。因此，基于peer to peer (P2P)的IPTV系統得到大力發展。

2 P2P技術

P2P可定義為以非集中方式使用分布式資源來完成關鍵任務的一類系統或者技術。P2P如果僅僅看作是一種網絡拓撲結構，則不是新鮮事物，最原始的P2P形態就是網絡誕生時的點—點通信方式。后來，互聯網資源豐富起來并趨于集中化，出現了服務器和客戶端的概念。但Client/Server的網絡體系結構使得服務缺乏個性化，資源無法得到充分利用。因此，人們渴望打破Server對網絡資源的全面控制，在TCP/IP基礎上演化出新的P2P技術。

2.1 P2P技術模型和應用

P2P強調Serverless的意識，按照業務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)，服務器提供相連peer的名字索引以及網絡上所有的資源，同時，peer之間的通信的建立也需要依靠服務器的初始化。服務器在系統中處于支配地位，和傳統的C/S模型一樣，如圖1所示。
（2）部分基于Server(with-Server)；通常，準備加入網絡的peer通知一個索引服務器它已經登錄，服務器的作用僅僅是為正在加入的peer提供已經連接的peer的名字的索引，資源仍然分布式存放在各個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技術架構，它們主要提供文件的高速傳輸和實時通信為主要目的。
（3）完全Serverless（non-Server）。此模型中，完全沒有服務器的概念，所有成員都是對等端，peer動態地發現其連接的peer，peer之間的通信完全不需要來自服務器的任何幫助，打破了C/S模型的傳統通信方式。它可以在某種規則下，將網絡中的所有資源完全共享，并快速提供，同時支持每個peer的快速加入和退出。這種純P2P模型容許用戶自己設定通信規則，建立具有特色的網絡環境，如圖3。其可以使得網絡資源使用率最大化，最優化系統性能。這類純P2P系統包括Gnutella和Freenet，Myjxta及國內的SNS社會網絡，Nexter等。純P2P模型可以提供近似的即插即用特性，但其缺點在于網絡上peer之間如何彼此發現，并與之建立通信的問題。

圖1 P2P三種技術模型對比

2.2 P2P較C/S模式的優越性

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peer可以形成一個peer組，并進而形成覆蓋網；
（4）peer都是運行在那個虛擬的覆蓋網上。
這些特性使得P2P系統具有非常良好的可擴展性，使得在較低成本情況下完成資源的聚合和共享，也容許peer在彼此數據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，出現了大量的互聯網相關增值業務，比如分布計算，協同工作，文件共享，即時通信等。

目前大多互聯網上的應用都是基于傳統的C/S模式的，包括IPTV也是如此。C/S模式使得網絡上的資源向服務器端集中，用戶之間的通信高度依賴于服務器，無法直接交流信息。因此，在網絡性能方面，P2P的優點在于它是基于互聯網的對等架構，可以大大改善資源的流量分布，解決網絡擁塞和帶寬的瓶頸問題，減緩存儲服務器的響應壓力。在通信方式上，基于P2P的系統由于peer之間的協作，具有高度的容錯性和非常好的可擴展性，可以快速對數據進行發布和資源的聚合，數據傳輸的即時性和成本都具有C/S所無法比擬的優越性。

3 基于P2P的IPTV體系結構

IPTV需要給不同網絡接入的用戶提供連續和失真較小的音視頻多媒體流，這些交互的多媒體業務具有高度并發和帶寬需求較大的特點。