城域數據網P2P流量優化方案

萬昕

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，濟南 250101）

城域數據網P2P流量優化方案

萬昕

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，濟南 250101）

分析了P2P流量在城域數據網中的流向，并從運營商網絡建設的角度，提出了P2P流量優化方案，包括BRAS節點的分布部署、IPv6地址的加速引入、分布式地址轉換技術的應用和對P4P技術的關注，為運營商在智能管道時代在流量管理方面獲得主動。

城域數據網； 流量流向； P2P； P4P； 流媒體； 對等組網； BRAS

1 P2P的概念和范圍

互聯網流量按照協議類型劃分，可分為HTTP、FTP、SMTP等多種類型，包括：

（1） HTTP流量。用于從服務器傳輸超文本到本地瀏覽器，是使用最為廣泛的協議。

（2） FTP流量。TCP/IP提供的標準機制，用來將文件從一個主機復制到另一個主機。

（3） SMTP流量。建立在 TCP上的一種郵件服務，用于傳輸系統之間的郵件信息。

（4） VoIP流量。通過互聯網實現語音通話，不能提供實時性保證。

（5） P2P流量。通過直接交換來實現資源共享，每一臺計算機既充當網絡服務的請求者，又對其它計算機的請求作出響應，提供資源和服務。

（6） 流媒體流量。以流的方式傳輸音頻、視頻和多媒體文件。

P2P通過直接交換來共享計算機資源和服務，而對等計算模型應用層形成的網絡通常稱為對等網絡。在P2P網絡環境中，彼此連接的計算機都處于對等的地位，整個網絡不依賴專用的集中服務器。網絡中的每一臺計算機既能充當網絡服務的請求者，又對其它計算機的請求作出響應，提供資源和服務。通常這些資源和服務包括信息的共享和交換、計算資源（如CPU的共享）、存儲共享（如緩存和磁盤空間的使用）等。

隨著帶寬提速和用戶對資源實時性要求的進一步提高，流媒體業務增多，網絡電視、遠程教育、視頻點播已成為流媒體技術的熱門應用。傳統只采用流式傳輸的方式，由服務器根據用戶的請求向用戶發送。P2P流媒體利用內容分片技術將內容分散保存在不同終端的存儲空間上，通過并行傳輸技術將內容分發給各終端用戶，在終端流緩存中重組，提交媒體播放器進行播放的方式。隨著用戶接入帶寬的改善，越來越多的用戶通過P2P流媒體技術瀏覽在線視頻，替代傳統的P2P下載，成為P2P業務新的增長點。本文中提及的P2P流量，同時包括傳統P2P流量和P2P流媒體流量。

2 P2P流量在數據承載網中的流向

P2P資源在互聯網內是分散的，在查找路由時普遍采用資源定位算法，這種算法效率較低。因為P2P各對等點的隨機分布和盲目選擇，點與點之間缺乏有效管理和溝通方式，幾乎不考慮整個網絡的拓撲狀態情況。P2P資源在數據承載網中的流量流向可分為以下4種情況，具體示意圖如圖1所示。

（1）網內相同BRAS下，用戶1與用戶2處于數據承載網內相同BRAS下，P2P流量經BRAS中轉。

（2）網內不同BRAS下，用戶1與用戶3處于數據承載網內不同BRAS下，P2P流量經用戶歸屬BRAS至CR中轉。

（3）網內私網地址，點對點用戶任何一方由運營商分配私網地址的，無論雙方是否處于相同BRAS下，P2P流量都需通過歸屬BRAS至CR旁掛的NAT系統進行地址轉換。

（4）網間，用戶與外網用戶建立點對點連接的，P2P流量經BRAS至CR出網。

本文通過對市場上主流P2P軟件的實測，對P2P流量流向進行了分析。對于熱門P2P資源，作者從聯通網絡環境和移動網絡環境下分別進行了測試，在聯通網絡環境下測試結果為83%局向為城域內，92%局向為省內，100%局向為本網；在移動網絡環境下測試結果為25%局向為城域內，92%局向為省內，92%局向為本網，8%局向為網間/國內，如表1、 表2所示。

表1 聯通網內熱門P2P資源流量流向表

圖1 P2P流量在數據承載網中的流向

表2 移動網內熱門P2P資源流量流向表

對于非熱門P2P資源，測試結果差別不大，以聯通網絡測試環境為例，沒有局向來自城域內，17%局向為省內，25%局向為本網/國內，75%局向為外網/國際，具體流量流向表如表3所示。

表3 非熱門P2P資源流量流向表

通過對互聯網P2P資源流量流向和流向占比的分析，P2P流量峰值占比70%，熱門資源占比其中80%，按照聯通案例80%熱門資源可從城域內中轉考慮，經過初步路徑規劃，城域網內本地中轉的P2P流量可占到互聯網整體流量的70%×80%×80%≈45%，網絡流量構成圖如圖2所示。

圖2 互聯網網絡流量構成

3 P2P流量在數據承載網中的優化方案

P2P應用開發商對熱門P2P資源流向進行了一定程度的優化，但仍存在一定隨機流向；非熱門P2P資源流向則更加隨機。由于P2P模型的局限性，P2P無法感知到網絡層及其以下的網絡拓撲信息和鏈路狀態，所以沒有有效的路徑選擇機制。另外，很多P2P應用開發商在開發P2P軟件時，大部分集中在改進終端用戶的需求方面，很少考慮P2P軟件對網絡帶寬的耗費問題，無法從運營商運營成本角度考慮開發。

因此，從運營商層面優化P2P流量流向，不僅能夠提高用戶接入速率，降低接入時延從而提升用戶感受，還能優化網絡流量，降低建網成本。

3.1 BRAS下沉部署

根據上節對P2P資源流量流向的分析，所有流向中，均需要經過用戶歸屬BRAS進行中轉，將BRAS部署到更貼近用戶的位置，將大幅節省用戶流量至城域核心網中轉，從而節省市到縣和縣到鄉的傳輸。與城域內集中部署BRAS相比，將BRAS分布到區縣，可節省50%左右市縣傳輸。

3.2 IPv6地址加速引入

當點對點用戶一方采用私網地址時，P2P流量需通過歸屬BRAS至CR旁掛的NAT系統進行地址轉換，這種場景下的流量流向在城域內是最為復雜的，應當盡量避免。在IPv4公網地址耗盡的情況下，通過盡快引入IPv6地址，減少地址轉換量。

3.3 分布式地址轉換

對于必需保留的私網地址用戶，通過BRAS插接NAT板卡的方式，將NAT系統位置下移，使之與公網地址流量路徑相同。考慮到成本、管理維護和現階段WLAN AC對NAT插板及日志輸出功能支持情況差等因素，可充分利舊現有集中部署的NAT系統，將WLAN、集團客戶業務地址轉換保留在集中系統上，固定寬帶地址轉換逐步遷移到BRAS上。

3.4 P4P

P4P即運營商主動參與的P2P（Proactive network Provider Participation for P2P），是P2P技術的升級版，意在加強運營商與客戶端程序的通信，降低骨干網絡傳輸壓力和運營成本，并提高改良的P2P文件傳輸的性能。與P2P隨機挑選資源節點不同，P4P協議可以協調網絡拓撲數據，能夠有效選擇資源節點，從而提高網絡路由效率。

P2P軟件開發商需要運營商為每個對等點提供詳盡的底層網絡信息，比如網絡拓撲、鏈路狀態、網間鏈路成本和帶寬信息，通過P4P機制，根據用戶的物理位置和上下行帶寬進行綜合判斷，以進行最有效選擇，最大化整體交換的效率；另外一方面，運營商也可以加強對P2P資源的管理，特別是涉及到版權和安全機制方面的管理。

P4P相對于P2P是一個非常重要的進步，為共享問題指出了新的方向，相信P4P最終將擴展到整個P2P網絡，并取代P2P。

4 小結

P2P技術在互聯網誕生之時便存在，近年來，P2P的再次回歸體現了用戶點對點直接通信的強烈需求。由于P2P模型的局限性，不能形成有效的路徑選擇機制，運營商網絡中充斥著大量無序的P2P流量，為網絡規劃管理和網絡增收帶來了困難。本文從運營商網絡建設的角度，提出了P2P流量優化方案，包括BRAS節點的分布部署、IPv6地址的加速引入、分布式地址轉換技術的應用和對P4P技術的關注，為運營商在智能管道時代在流量管理方面獲得主動。

[1] 希文. P4P技術助力三網融合[J]. 衛星電視與寬帶多媒體，2012(8).

[2] 史寶明， 賀元香. P2P技術研究[J]. 甘肅科技， 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