P2P业务流量特性及其对Web业务的影响1

作者：刘雅宁 王…  来源：通信世界网  发布时间:2008-1-2 11:29:04

    【流媒体网】摘要：利用P2P流量和Web流量的集成模型，可以量化分析P2P流对Web流的影响，使网络运营商可以在网络瓶颈点对P2P连接数进行优化和调整，从而有效地控制P2P流量。NS2仿真结果较好地验证了该模型的有效性。  

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    近年来各种P2P应用不断出现及演进，P2P应用正逐渐成为下一代互联网的杀手级应用。但同时P2P消耗了Internet的大部分带宽，造成了网络技术服务商(ISP)接入网络的拥塞，从而使传统Internet应用性能受到严重影响。从P2P流数量、服务器负载、网络瓶颈点分布、往返时间(RTT)的异构特性等方面可以看出，P2P流量消耗了巨大的网络带宽，影响了传统Internet业务的性能，增加了运营成本。利用P2P流量和Web流量的集成模型，可以量化分析P2P流对Web流的影响，使网络运营商可以在网络瓶颈点对P2P连接数进行优化和调整，从而有效地控制P2P流量。NS2仿真结果较好地验证了该模型的有效性。

    关键词：P2P;Web业务;P2P文件共享业务，P2P流媒体业务。

    Abstract:Alongwiththeappearance and evolvement of P2P applications, they also gradually become the most important applications of next generation Internet. However, P2P traffic consumes most of Internet bandwidth and causes congestions that Internet service providers (ISPs) have difficulty accessing the network; thus, severely affecting the performance of traditional Internet applications. From the aspects of traffic flow, server load, network bottleneck, peer distribution, and Round Trip Time (RTT) heterogeneous distribution, P2P traffics expend a lot of network bandwidth, affect the performance of traditional Internet services, and increase operational costs. With an integrated model of P2P traffic and Internet traditional traffic (Web traffic), the impact of P2P traffic on Web traffic is quantitatively analyzed; also, network operators can optimize and adjust the P2P traffic at the bottleneck peer. The simulation results by NS2 demonstrate that the integrated model is very accurate and efficient.

    Keywords:P2P;Webservice; P2P file-sharing; P2P streaming media service

    P2P技术和应用是目前Internet的一个研究热点。P2P应用正逐渐成为下一代互联网的杀手级应用，P2P流量已经逐步取代了HTTP流量成为Internet流量的主体，占Internet中总流量的60%~70%，占最后一公里接入网流量的80%[1]。

    与传统的基于客户端/服务器(C/S)、浏览器/服务器(B/S)架构的Internet应用(简称传统Internet业务)相比较，P2P业务挖掘了PC终端的空闲的强大计算能力，采用了应用层的拓扑管理、快速的节点查找服务、多点同时下载和上传的快速传输机制，能够为客户提供更便捷、更快速的服务。其提供的分布式网络结构能有效均衡负载，充分利用带宽，实现信息资源的最大化共享，但同时大大增加了网络流量，抢占瓶颈链路的大部分带宽，从而导致网络技术服务商(ISP)网络(尤其是接入网)性能下降，发生拥塞。P2P业务给Internet宽带时代带来了生机和希望，使ISP看到了新的业务增长点，但同时使得网络运营商对网络应用的掌控能力进一步下降。

    针对蓬勃发展的P2P业务带来的一系列问题，需要透彻地了解P2P技术的特点，深入理解P2P流量具有网络资源侵略性的根本所在。从网络角度看，基于P2P技术的多连接特性，通过量化和分析P2P业务对传统的Internet业务的影响，ISP能够在网络瓶颈点对P2P连接数进行调整和优化，从而有效地实现P2P流量控制；从P2P用户角度出发，可以根据网络当前状况主动实现P2P流量的拥塞控制，从而使得P2P业务与Internet网络、ISP以及传统的Internet业务友好相容。

    1  P2P业务流量特性分析

    1.1P2P业务流量特性

    P2P技术采用分布式对等网络体系，通过在各个节点之间建立多个TCP连接来实现分布式的数据传输，提高了吞吐量和网络利用率，优化了业务流量性能，实现了流量的分布化。本文分别从P2P流数量、服务器负载、网络瓶颈点分布、往返时间(RTT)的异构分布等方面分析了P2P业务流量特性。

    (1) 从流量数来看

    P2P业务为了提高数据获取速率，通常并发启用多个TCP连接同时从多个P2P节点进行双向数据传输。当P2P应用和传统基于单TCP应用(大部分基于C/S、B/S架构的应用)竞争时，P2P应用将占据绝对优势。因此当P2P应用建立的TCP连接愈多，其占用的网络资源也愈多。当网络瓶颈点发生拥塞时，由于TCP拥塞控制机制使得各TCP流之间能够较为公平的共享瓶颈带宽，但采用多个TCP连接的P2P流量会使采用单个TCP连接的传统的Internet应用退避更多，从而相对单个TCP连接得到的吞吐量高得多，使其具有非常强大的带宽资源侵略性。

    (2) 从服务器负载来看

    在P2P网络中，各P2P节点之间直接进行数据和服务交换，从而打破了传统的C/S模式，弱化了服务器的作用，甚至取消服务器。在P2P网络中，每个节点的地位是对等的，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。使得数据存储模式由“内容位于中心”模式转变为“内容位于边缘”模式，改变Internet现在的以大网站为中心的资源集中状态，重返“非中心化”，使信息数量、成本资源都向互联网各端点均匀分布。消除了C/S模式的网络中因负载繁重的服务器引起的服务瓶颈问题。

    (3) 从网络瓶颈点分布来看

    在传统的C/S架构中，客户端和服务器之间仅存在一条路径，因此具有共同的网络瓶颈点。对于多连接C/S应用，这些连接将在共有的网络瓶颈点相互影响，相互干扰，其总吞吐量受到网络瓶颈点剩余带宽的限制。瓶颈路由器会将这些同源同目的的流作为同质的流聚合为一条流进行转发，因此其吞吐量受到严重限制。

    P2P用户同时和多个节点进行数据交换和传输，每个节点之间存在不同的路径，因此网络瓶颈点的单一性转变为分布性，消除了P2P流之间的相互干扰，提高了P2P流的总吞吐量，从而能够更好地利用网络资源，提高网络利用率。

    (4) 从RTT的异构分布来看

    TCP机制对于不同RTT流存在不公平性，RTT较小的连接将得到更高的吞吐量。在传统的C/S架构中，客户端和服务器之间仅存在一条路径，即使有多个连接，其传播时延也是确定的，当网络拥塞时，流将在网络瓶颈点排队，导致RTT增大，从而降低了流的吞吐量。而P2P用户和节点之间存在多条路径，每条路径存在不同的传播时延。RTT小的流会尽其最大能力传输数据，从而提高P2P流的总吞吐量。如果某个网络瓶颈点发生拥塞，导致RTT增大，P2P用户可以去选择从性能更好的节点取得数据。因此P2P机制将具有更大的灵活性和高效性。