基于P2P的IPTV体系结构分析

1 引言

近年，中国宽带互联网络发展迅速，基于IP的各种互联网应用层出不穷。其中，以宽带交互的新媒体，也即IPTV（网络电视），最为引人注目。IPTV的业务形态可简单分为三种：一是实时的电视广播源节目；二是点播事先录制并存储在服务器上的节目；第三种就是所谓的Time-Shifted TV，用户在收看现场直播的节目的同时，还可以回溯过去的精彩瞬间或者暂停一会继续收看现场节目。

针对这三种业务形态，IPTV在满足用户的质量要求的同时，更要面对大规模的用户加入或退出所引起的波动和大业务量对系统高可靠性、高可扩展性方面所提出的挑战。通常，IPTV采用客户机和服务器架构，当大规模用户同时请求使用同一节目源，会造成服务器负荷重载，也造成网络的拥塞。因此，基于peer to peer (P2P)的IPTV系统得到大力发展。

2 P2P技术

P2P可定义为以非集中方式使用分布式资源来完成关键任务的一类系统或者技术。P2P如果仅仅看作是一种网络拓扑结构，则不是新鲜事物，最原始的P2P形态就是网络诞生时的点—点通信方式。后来，互联网资源丰富起来并趋于集中化，出现了服务器和客户端的概念。但Client/Server的网络体系结构使得服务缺乏个性化，资源无法得到充分利用。因此，人们渴望打破Server对网络资源的全面控制，在TCP/IP基础上演化出新的P2P技术。

2.1 P2P技术模型和应用

P2P强调Serverless的意识，按照业务提供方式可以分为三种，即P2P的三种模型：

（1）完全基于Server(Server-based)的(即C/S)，服务器提供相连peer的名字索引以及网络上所有的资源，同时，peer之间的通信的建立也需要依靠服务器的初始化。服务器在系统中处于支配地位，和传统的C/S模型一样，如图1所示。
（2）部分基于Server(with-Server)；通常，准备加入网络的peer通知一个索引服务器它已经登录，服务器的作用仅仅是为正在加入的peer提供已经连接的peer的名字的索引，资源仍然分布式存放在各个peer上，如何建立连接和后来的通信则仍然属于peer之间的事情。如图2所示。最早的Napster，Kazaa以及近期的Edoney， Emule，Skype等就属于部分基于Server的P2P技术架构，它们主要提供文件的高速传输和实时通信为主要目的。
（3）完全Serverless（non-Server）。此模型中，完全没有服务器的概念，所有成员都是对等端，peer动态地发现其连接的peer，peer之间的通信完全不需要来自服务器的任何帮助，打破了C/S模型的传统通信方式。它可以在某种规则下，将网络中的所有资源完全共享，并快速提供，同时支持每个peer的快速加入和退出。这种纯P2P模型容许用户自己设定通信规则，建立具有特色的网络环境，如图3。其可以使得网络资源使用率最大化，最优化系统性能。这类纯P2P系统包括Gnutella和Freenet，Myjxta及国内的SNS社会网络，Nexter等。纯P2P模型可以提供近似的即插即用特性，但其缺点在于网络上peer之间如何彼此发现，并与之建立通信的问题。

图1 P2P三种技术模型对比

2.2 P2P较C/S模式的优越性

P2P具有如下一些特性：

（1）peer知道彼此的存在和位置；
（2）peer既可以作为Client也可以作为Server而存在；
（3）多个peer可以形成一个peer组，并进而形成覆盖网；
（4）peer都是运行在那个虚拟的覆盖网上。
这些特性使得P2P系统具有非常良好的可扩展性，使得在较低成本情况下完成资源的聚合和共享，也容许peer在彼此数据的管理和资源共享上拥有较大的自治控制。由于出色的性能，基于部分Serverless和完全Serverless的P2P技术，出现了大量的互联网相关增值业务，比如分布计算，协同工作，文件共享，即时通信等。

目前大多互联网上的应用都是基于传统的C/S模式的，包括IPTV也是如此。C/S模式使得网络上的资源向服务器端集中，用户之间的通信高度依赖于服务器，无法直接交流信息。因此，在网络性能方面，P2P的优点在于它是基于互联网的对等架构，可以大大改善资源的流量分布，解决网络拥塞和带宽的瓶颈问题，减缓存储服务器的响应压力。在通信方式上，基于P2P的系统由于peer之间的协作，具有高度的容错性和非常好的可扩展性，可以快速对数据进行发布和资源的聚合，数据传输的即时性和成本都具有C/S所无法比拟的优越性。

3 基于P2P的IPTV体系结构

IPTV需要给不同网络接入的用户提供连续和失真较小的音视频多媒体流，这些交互的多媒体业务具有高度并发和带宽需求较大的特点。