P4P:計算機網絡算法術語-中文百科頻道

概述

P2P軟件的應用吞噬了巨量的網絡帶寬，這使得運營商頭痛不已。Verizon的工程師搞了一套新型的拓撲理論下的P4P算法，很有可能以技術方式調和這個矛盾。

傳統的P2P方式下數據節點和傳輸是随機的，也就是說這種傳輸方式可能占據任意一個網絡節點或者出口的帶寬。而P4P則是智能選取數據交換對象，更多的通過智能運算選擇同一路由器或者地域性網絡來進行數據交換，最大程度上解決大型節點和網絡出口負載，同樣通過智能選擇數據交換對象也能大大提高數據傳輸能力。

與P2P随機挑選Peer(對等機)不同，P4P協議可以協調網絡拓撲數據，能夠有效選擇節點，從而提高網絡路由效率。仍以上述例子來說，北京的用戶就可以優先和北京同城的用戶來實現文件片段的交換，再擴展至較遠的地區，有十分的必要時，才會出國進行文件片段交換。當然，P4P的運行機制，要遠遠超過“同城交換”的概念，它還會根據用戶的上行、下載帶寬進行綜合判斷，以進行最有效選擇，最大化整體交換的效率。

值得一提的是，P4P的開山鼻祖是一位工作在耶魯大學的中國人，謝海永博士。謝博士系美國分布式計算工業聯盟(DCIA)和P4P工作組的首席研究員，提出并完成了P4P理論和系統設計。自今年2月底以來，謝海永等研究人員對P4P系統設計進行了大規模現場測試。

這項中國人主導的發明，在商業測試中有出色表現。根據Verizon的反饋，使用P4P技術，P2P用戶平均下載速度提高60%，光纖到戶用戶提高205%~665%。此外，運營商内部數據傳送距離減少了84%。用戶有58%的數據是來自同城，較傳統P2P的6.3%比例有了近10倍提升。

新特點

7月30日消息：德國一個名為iPoque的研究機構在2007年研究了一百多萬網民将近3TB的匿名數據流量，調查地區包括澳大利亞、東歐、德國、中東和南歐地區。調查發現，目前網絡帶寬“消費大戶”是P2P文件共享，在中東占據了49%，東歐地區占據了84%。從全球來看，晚上時段的網絡帶寬有95%被P2P占據。據國内權威部門統計，當前P2P流量已經占整個互聯網流量的約70%，并且正在以每年350%的速度增長。P2P流量消耗了巨大的網絡帶寬，尤其是國際帶寬，使網絡基礎設施不堪重負，運營商苦不堪言。

問題的症結不在于P2P，而在于交換的機制。P2P過于強調“對等”，每個節點之間的交換完全是無序的。一個北京的用戶，既可能和廣州的用戶進行文件片段的交換，也可能和遠在美國的某用戶進行交換。顯然，無序的交換導緻了無謂的跨地區甚至是跨國的“流量旅行”，這耗費了寶貴的國内和國際帶寬資源，代價巨大。

如果正好用戶都在同一個地區，那麼，本地化的交換的成本就會大大降低。這也正是P4P的簡單原理——讓P2P也玩“同城”。P4P全稱是“Proactive network Provider Participation for P2P（電信運營商主動參與P2P網絡）”。與P2P随機挑選Peer(對等機)不同，P4P協議可以協調網絡拓撲數據，能夠有效選擇節點，從而提高網絡路由效率。

仍以上述例子來說，北京的用戶就可以優先和北京同城的用戶來實現文件片段的交換，再擴展至較遠的地區，有十分的必要時，才會出國進行文件片段交換。當然，P4P的運行機制，要遠遠超過“同城交換”的概念，它還會根據用戶的上行、下載帶寬進行綜合判斷，以進行最有效選擇，最大化整體交換的效率。

P4P是幫助我們進行精準營銷的重要途徑，所以在運營P4P的時候，我們強調的是精準度，時間成本，投入産出效益的問題，更加追求精準營銷。

探測方式

P4P首次提出依靠ISP和P2P應用的合作，由最了解網絡狀态的ISP提供底層網絡信息，供上層應用有效選擇“臨近”節點、擁塞程度低和開銷小的鍊路傳輸内容。

其實，将節點數據内容交換限制在某一個區域附近的思想其實由來已久，并不是P4P所獨有的技術。在P4P之前，就有很多應用采用p2p自身的機制來限制流量跨域過多，将數據交換最大本地化，稱之為交換數據的locality特性。但是純粹依靠P2P應用本身限制内容交換在本地的方式存在一定問題。

比如，純基于locality的節點選擇方式的會給骨幹網帶來擁塞。比如北京到天津的鍊路link是最為流量集中的熱點，基于位置信息在選擇節點過程中，不考慮實際流量的擁塞限制，仍選擇該段鍊路作為最鄰近的通路，從而造成鍊接負荷過重。另外，基于locality的方式沒有考慮不同運營商之間的差異所帶來的開銷。

比如僅依靠時延或者跳數方式選擇結點，即使交換數據的節點在同一個city中，但分屬不同ISP（比如教育網、電信網運營商等），可以達到時延較小的目的，但會導緻ISP域間傳輸，造成不必要的費用開銷。在ISP域間傳遞不可避免的情況下，純基于locality的應用選擇節點也可能會不經選擇的通過開銷較高的ISP的鍊路，同樣造成不必要的費用開銷。

另外，P2P應用還可以采用自身的探測技術和機制調整選擇流量走向，這種方式也存在一定弱點：P2P應用自身需要采用逆向流量工程推測(probe)底層網絡狀态，比如發出探測消息以推測目前拓撲信息、擁塞程度、鍊接開銷等，它依賴網絡測量技術，而目前的測量技術本身就耗費網絡帶寬資源，且不能完全反映網絡真實狀态。一些新技術比如MPLS交換對于probe探測消息不做回應，使得純網絡測量某些場合難以應用。而ISP運營商的策略信息（哪些link昂貴不适合用p2p應用，那些ISP之間的link開銷便宜等）逆向工程無法推測。

總而言之，單靠P2P應用來解決流量問題是不現實和可靠的。

P2P(Peer to Peer)已經深入人心了，電影下載、在線視頻、文件下載、IM等均采用了這項技術。通過P2P，網絡的下載速度、視頻的觀看效果有了極大的提高與改善。然而，P2P應用的普及給電信運營商的網絡帶寬造成非常大的壓力，常常是運營商擴多少，P2P應用就占用多少，而且P2P還占用http等端口的帶寬，導緻網頁浏覽等正常的互聯網業務受到影響。在這種情況下，P4P技術應運而生，它給了運營商和用戶一個新的選擇，有望在提高用戶滿意度的同時減少運營商的寬帶壓力，因而被認為是一個非常有前景的技術。

P2P面臨的難題

P2P是随機挑選位于不同網絡位置的資源的，換句話說，它對資源在網絡中的位置不作區分一律平等地返回給用戶。以多個運營商為例，在最初的P2P中，當P2P用戶在互聯網上找某個資源時，它可能在5處找到，分别在運營商1、運營商2、運營商3中，其中資源6是P2P用戶所在網絡的網内資源。如果用戶使用P2P引擎查詢，結果得到的優先資源可能是資源2、資源5，全部是網外資源，這會導緻運營商之間網絡的擁堵，并且導緻下載速度變慢(參見圖1)。

上面是資源位于不同電信運營商網絡中的情形，如果資源都位于電信運營商自己的網絡内，情況也和前面類似，同樣會造成省與省之間網絡擁堵，并且下載速度變慢(參見圖2)。

P2P的這種無序方式給運營商帶來了很大的困擾，而徹底杜絕這種應用又是不可能、不現實的，這時疏導不失為一個明智之舉，即通過使用P4P技術改善P2P與網絡之間的通信，讓客戶端程序更好地使用網絡狀态信息，進而減輕網絡壓力、降低運營成本。

P4P“Proactive network Provider Participation for P2P”意思是要改善服務供應商(ISP)與客戶端程序的通信，降低運營商骨幹網絡傳輸壓力和運營成本，将運營商的網絡壓力盡量邊緣化，并提高P2P的文件傳輸性能。與P2P随機挑選資源點不同，P4P協議可以利用網絡拓撲數據，選擇最佳的Peer(資源點)，從而提高網絡路由效率。

據相關測試數據顯示，P4P可以提高大約200%的性能，部分時候甚至超過600%，因此P4P的未來發展前景非常廣闊。此外，P4P由于采用了網絡拓撲信息管理，可以減輕骨幹網絡壓力，因此對于電信運營商而言其比P2P具有更大的優勢。

技術原理

由于資源位于不同運營商與資源位于同一運營商不同省分公司的情況相類似，因此下面以前一種情形為例進行分析。

針對上述情形，為了降低運營商之間的帶寬需求，可以設法在用戶下載範圍上進行限制，例如用戶下載時根據IP匹配範圍，優先選擇本網絡内的資源。例如，在圖1中，搜索引擎返回5個資源，優先返回ISP網絡的資源6，若本網内部P2P速度很快(一般是快的)，則不再(或較少)連接其他的資源，這樣就能減少出網流量。對于同一個運營商而言，内部可再進一步按省内IP細分,優先返回運營商本省内的資源，以進一步加快下載速度,減輕網際壓力。

但是這種方法也有缺陷，如果運營商2網絡内的内容資源貧乏，會造成符合查詢要求的資源仍然是其他網絡的資源，這種情況在用戶下載非熱門的資源時常出現, 這将導緻此類下載資源的體驗很差,給運營商2的網絡出口造成比較大的壓力。

為了解決上面提到的問題，需在運營商2的網絡内建立鏡像節點，通過鏡像節點對P2P進行加速。加速部分需要大量存儲，并且進行相關分析處理後為運營商2的用戶提供加速後的P2P服務。

鏡像節點的數據來源于P2P用戶下載資源的統計和分析，P2P用戶下載完一個資源後，會進行相關分析，滿足條件的進入存儲，為運營商2的其他P2P應用提供高速服務。

有了鏡像節點後，P2P用戶下載一個資源時，P2P引擎返回1個網内資源(資源)，并且返回鏡像節點。當網内和鏡像節點都無資源時，就通過其他運營商為P2P用戶提供服務。通過經過一定的統計分析，将需要的相關資源補充到鏡像節點中去。

這種方式由于可以通過鏡像節點緩沖數據，因此可以大大提高用戶服務質量。但是這種方式需要比較大的投資，同時在鏡像節點初期由于其存儲數據量比較少，因此給用戶的加速效果要随着時間的增加才能得到逐步改善。在上述處理的基礎上，通過網格計算、文件熱度計算等系統的處理，可進一步提高系統處理能力，提高文件的命中率，從而為用戶提供更加快捷的訪問速度。

上面所說是針對于多個運營商而言，在運營商内部也可以通過這種辦法将P2P的訪問進行加速，從而将所有的用戶P2P訪問盡量邊緣化，也就是實現有效選擇Peer，進而提高網絡路由效率。