流媒體內(nèi)容分發(fā)終極解決方案：當(dāng)融合CDN與P2P視頻交付結(jié)合

前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，流媒體視頻內(nèi)容日趨增多，已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)信息的主要承載方式。相對(duì)傳統(tǒng)的文字，圖片等傳統(tǒng)WEB應(yīng)用，流媒體具有高數(shù)據(jù)量，高帶寬、高訪問(wèn)量和高服務(wù)質(zhì)量要求的特點(diǎn)，而現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”的特點(diǎn)決定了在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下大規(guī)模流媒體應(yīng)用是存在困難的。而向受眾提供高速且高質(zhì)的視頻內(nèi)容是許多專業(yè)電視及視頻內(nèi)容提供商的重要目標(biāo)，因此支持視頻流的CDN 和相關(guān)輔助技術(shù)很重要，因?yàn)樗麄儾粌H可以優(yōu)化視頻傳輸速率，同時(shí)還可以兼顧傳輸?shù)囊曨l文件質(zhì)量水平。

本文火傘云將為大家探討融合CDN與視頻流P2P視頻傳輸技術(shù)相結(jié)合的一些細(xì)節(jié)，比如我們將探討該技術(shù)是什么，如何實(shí)現(xiàn)融合CDN+P2P架構(gòu)，并向大家說(shuō)明將CDN架構(gòu)與P2P視頻傳輸技術(shù)相結(jié)合的好處。

一、什么是融合CDN？

在深入探討融合CDN之前，我們先有必要再了解一下CDN。CDN的全稱是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其目的是通過(guò)在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)智能化策略，將中心的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶、服務(wù)能力最好的的網(wǎng)絡(luò)”邊緣”節(jié)點(diǎn)，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，解決Internet網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，提高用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。

然而，傳統(tǒng)的CDN技術(shù)仍然是一種客戶機(jī)-服務(wù)器(C/S)的計(jì)算模式。盡管傳統(tǒng)CDN將服務(wù)能力和服務(wù)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了分布，可以在一定程度上加速流媒體內(nèi)容的分發(fā)，提高服務(wù)質(zhì)量。但由于其核心仍然是基于C/S的架構(gòu)，其服務(wù)的擴(kuò)展能力取決于分布節(jié)點(diǎn)的不斷部署，由此造成了CDN服務(wù)能力擴(kuò)展的成本非常高，需要不斷的投資。同時(shí)，用戶訪問(wèn)是具有隨意性，突發(fā)性等特點(diǎn)的，而傳統(tǒng)CDN系統(tǒng)不具備彈性動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的能力，難以從根本上提升CDN系統(tǒng)的效率。

融合CDN是在傳統(tǒng)CDN基礎(chǔ)上，通過(guò)技術(shù)手段融合全球各主流CDN廠商的優(yōu)質(zhì)節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)處理能力的智能調(diào)度加速管理服務(wù)，融合CDN通過(guò)強(qiáng)大的智能調(diào)度策略來(lái)綜合利用上述資源來(lái)解決實(shí)際場(chǎng)景中的問(wèn)題，可以帶來(lái)更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)效果、更加穩(wěn)定的質(zhì)量和相對(duì)降低的服務(wù)成本。

二、什么是P2P視頻傳輸？

P2P即Peer to Peer，也就是節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的對(duì)等傳輸。P2P技術(shù)將各個(gè)用戶互相結(jié)合成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，共享其間的帶寬、共同處理其中的信息。與傳統(tǒng)的客戶機(jī)-服務(wù)器模式(C/S模式)不同，P2P工作方式中，每一個(gè)客戶終端既是客戶機(jī)又是服務(wù)器。采用P2P架構(gòu)可以有效地利用大量普通計(jì)算設(shè)備的計(jì)算資源和帶寬資源，將計(jì)算任務(wù)或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分布到所有結(jié)點(diǎn)上，達(dá)到高性能計(jì)算、高I/O能力、高帶寬和海量存儲(chǔ)的目的。同時(shí)，由于P2P的特性，系統(tǒng)在大規(guī)模并發(fā)服務(wù)時(shí)凸顯優(yōu)勢(shì)，整體系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)擴(kuò)展能力，整體系統(tǒng)的部署成本低，系統(tǒng)效率高，同時(shí)具有系統(tǒng)級(jí)的服務(wù)可靠性。

然而，單純的客戶端P2P應(yīng)用也存在自身的缺點(diǎn)，首先P2P系統(tǒng)天生具有可控性、可管理性差的特點(diǎn)，同時(shí)面臨可用性問(wèn)題，從整個(gè)系統(tǒng)而言，P2P是可靠的，但是對(duì)于單個(gè)內(nèi)容或者單個(gè)任務(wù)而言，P2P是不穩(wěn)定的，每個(gè)Peer具有隨意性，隨時(shí)可以退出系統(tǒng);交換的內(nèi)容隨時(shí)可能被刪除或者被終止共享。另外，由于傳統(tǒng)P2P技術(shù)中Peer之間交換數(shù)據(jù)的通道，更多的是由自動(dòng)尋找最優(yōu)邏輯鏈路，而忽視實(shí)際的物理鏈路的情況，對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)的實(shí)際構(gòu)架考慮不多，造成骨干網(wǎng)擁塞、網(wǎng)絡(luò)流量風(fēng)暴等損害電信運(yùn)營(yíng)商利益的問(wèn)題。這些問(wèn)題都阻礙了單純的客戶端P2P技術(shù)難以進(jìn)一步發(fā)展成為電信級(jí)的技術(shù)平臺(tái)。

為了使 P2P 傳輸發(fā)揮作用，系統(tǒng)首先在設(shè)備或?qū)Φ赛c(diǎn)之間建立連接。然后，對(duì)等方可以在將視頻流傳送給其他對(duì)等方時(shí)共享視頻流，這樣您的設(shè)備就可以傳輸和接收視頻。然而，為了使該系統(tǒng)正常工作，對(duì)等點(diǎn)必須存儲(chǔ)一定量的數(shù)據(jù)并相互交換狀態(tài)信息，以便保留連接性并共享數(shù)據(jù)。只要這些對(duì)等點(diǎn)提供足夠的傳出帶寬，每個(gè)對(duì)等點(diǎn)都應(yīng)該能夠從其連接的對(duì)等點(diǎn)傳送和接收視頻內(nèi)容。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸旨在以最低帶寬要求提供高質(zhì)量和可擴(kuò)展的視頻流，而不管每個(gè)對(duì)等點(diǎn)的能力或網(wǎng)絡(luò)速度是否不規(guī)則。

三、P2P與CDN融合的可行性探討

P2P系統(tǒng)彈性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)、服務(wù)效率高，但是在內(nèi)容版權(quán)管理、用戶管理、QoS服務(wù)保障、流量有序性等方面比較弱。而CDN技術(shù)則是擁有突出的服務(wù)質(zhì)量保障、極強(qiáng)的內(nèi)容、用戶管理能力，但擴(kuò)展性差，大規(guī)模服務(wù)投入成本高，且效率難以提升。

由此，我們可以看出作為當(dāng)前的兩種主流內(nèi)容傳送技術(shù)，CDN和P2P各有所長(zhǎng)，在計(jì)算模型上的差異具有一定的互補(bǔ)性，如果能夠結(jié)合P2P的擴(kuò)展能力和CDN的可靠性、可管理性，就可以構(gòu)建一個(gè)可管理的、能夠承載電信級(jí)內(nèi)容應(yīng)用的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)。

四、如何實(shí)現(xiàn)融合CDN+P2P架構(gòu)？

目前就P2P與CDN融合現(xiàn)有的研究，有人提出了一種上層傳統(tǒng)CDN架構(gòu)，下層采用P2P技術(shù)進(jìn)行分發(fā)的模式。也就是流媒體內(nèi)容通過(guò)傳統(tǒng)CDN技術(shù)，從中心推送至網(wǎng)絡(luò)邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)緩存，然后從邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)到用戶之間的傳輸則采用P2P技術(shù)，而P2P的范圍一般是控制在本地節(jié)點(diǎn)服務(wù)范圍之內(nèi)。如果用戶需要的內(nèi)容，本地節(jié)點(diǎn)沒(méi)有，則節(jié)點(diǎn)通過(guò)CDN網(wǎng)絡(luò)向中心服務(wù)器索取，拿到本地之后再向本地用戶進(jìn)行P2P分發(fā)。這種模式基本上利用了傳統(tǒng)P2P與CDN各自的特性，一方面利用CDN服務(wù)高保障的特性推送至離用戶最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)又利用了P2P的可擴(kuò)展性提升了節(jié)點(diǎn)的可服務(wù)能力。

然而這種P2P與CDN的混合只是利用了其各自的外部特性，從本質(zhì)上而言，P2P自身沒(méi)有改造，CDN也沒(méi)有優(yōu)化，自身架構(gòu)沒(méi)有發(fā)生融合，只相當(dāng)于把兩種技術(shù)的服務(wù)方式做了迭加。

P2P與CDN的融合應(yīng)該是充分的利用了雙方各自的最優(yōu)之處，不僅能夠在服務(wù)上能各自在不同的階段發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也應(yīng)該利用對(duì)方的優(yōu)勢(shì)對(duì)自身弱勢(shì)的地方進(jìn)行改造與完善，最后再加以統(tǒng)一、迭加，形成一個(gè)真正優(yōu)化的，CDN與P2P互相融合的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)。

火傘云以P2P技術(shù)對(duì)CDN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化、改造。在傳統(tǒng)CDN中，從中心到邊緣服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)鏈路需要相當(dāng)大的投資，同時(shí)資源的效率不高、帶寬復(fù)用率低;另外在跨ISP等情況下，鏈路的暢通也難以得到保障。針對(duì)這一問(wèn)題，火傘云采用以P2P的方式組織CDN節(jié)點(diǎn)設(shè)備，利用P2P的目錄服務(wù)和多點(diǎn)傳輸能力，實(shí)現(xiàn)CDN節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的內(nèi)容交換、互相備份，由此可增強(qiáng)從中心到邊緣節(jié)點(diǎn)的CDN網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容傳送效率、使系統(tǒng)冗余性得以提高，從而提升CDN的內(nèi)容分發(fā)能力。

同時(shí)P2P也借鑒CDN技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，將CDN的管理機(jī)制和服務(wù)能力引入P2P網(wǎng)絡(luò)，增加超級(jí)節(jié)點(diǎn)的地位，形成以CDN為可靠的內(nèi)容核心，以P2P為擴(kuò)展機(jī)制的架構(gòu)，增加內(nèi)容、用戶的可管理性，同時(shí)使得網(wǎng)絡(luò)流量更加有序。

火傘云一方面在CDN網(wǎng)絡(luò)核心層(即從中心到邊緣服務(wù)器層)采用P2P技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，用P2P技術(shù)重新組織原有C/S架構(gòu)的各服務(wù)節(jié)點(diǎn)，另外在P2P網(wǎng)絡(luò)中也融入CDN技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，使其在可控、可管理性上得以提高。在兩種技術(shù)充分融合、滲透、改造之后，將兩者統(tǒng)一，形成一個(gè)真正優(yōu)化的(上層CDN經(jīng)過(guò)P2P化改造，提升了分發(fā)能力，下層P2P可控性強(qiáng)，有管理能力)的CDN與P2P完整融合的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)。

五、使用融合CDN+P2P 架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)P2P與融合CDN技術(shù)的全面融合的流媒體內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)，將獲得如下優(yōu)勢(shì):

1、減少中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)源的壓力，降低成本。傳統(tǒng)CDN每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)如果要獲得中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，均需要直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)源服務(wù)器，造成數(shù)據(jù)源壓力大，消耗帶寬多，造成中心到邊緣的數(shù)據(jù)鏈路得不到保障。而通過(guò)對(duì)CDN服務(wù)節(jié)點(diǎn)采用P2P方式進(jìn)行組織，請(qǐng)求由對(duì)等點(diǎn)處理，節(jié)點(diǎn)之間可以通過(guò)P2P方式互相共享、緩存數(shù)據(jù)，大大降低了中心數(shù)據(jù)源的壓力，可以顯著減少來(lái)自流源（原始服務(wù)器和CDN）的請(qǐng)求，直接導(dǎo)致更具成本效益的視頻傳輸。

2、提高系統(tǒng)服務(wù)能力可靠性，實(shí)施更簡(jiǎn)便。不同服務(wù)節(jié)點(diǎn)之間對(duì)中心數(shù)據(jù)多點(diǎn)備份，這一策略使得CDN系統(tǒng)整體冗余能力、服務(wù)的自我恢復(fù)能力得以提高。使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。且由于P2P傳輸主要使用WebRTC協(xié)議，該協(xié)議與所有現(xiàn)代瀏覽器兼容。因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)極其方便，并且還可以提供額外的流源隱私保護(hù)。

3、增加可提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，提升服務(wù)靈活性。過(guò)P2P方式互相共享、緩存數(shù)據(jù)，使得可以提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大大增加，同時(shí)使得服務(wù)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)更加靈活、智能。如流媒體VOD應(yīng)用時(shí)，幾個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)可按照一定規(guī)則各自緩存不同的流媒體數(shù)據(jù)，如果A節(jié)點(diǎn)服務(wù)的用戶請(qǐng)求觀看B節(jié)點(diǎn)緩存的內(nèi)容，可采取A節(jié)點(diǎn)與B節(jié)點(diǎn)通過(guò)P2P方式交換數(shù)據(jù)，由A節(jié)點(diǎn)為用戶提供服務(wù)。

4、增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，提升服務(wù)效率。融合CDN網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái)，可以為越來(lái)越多的觀眾提供內(nèi)容。與單CDN廠商相比，它提供對(duì)更多服務(wù)器的訪問(wèn)，從而增加了觀眾的容量，有了更多的服務(wù)器，視頻流內(nèi)容就可以傳送給更多的人，而不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。下層內(nèi)容分發(fā)采用P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)的可擴(kuò)展能力大大提高。整體系統(tǒng)具有良好的彈性，應(yīng)對(duì)用戶訪問(wèn)突發(fā)性、隨意性的情況，保持良好的服務(wù)效率。

5、提高網(wǎng)絡(luò)的可管理性，避免流量無(wú)序。系統(tǒng)將P2P的范圍嚴(yán)格限制在某一邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，避免了傳統(tǒng)P2P技術(shù)造成的過(guò)多的跨地區(qū)、跨ISP造成骨干網(wǎng)擁塞、流量無(wú)序的問(wèn)題。增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可管理性和服務(wù)高的可靠性。另外，通過(guò)客戶端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的監(jiān)控，流量的監(jiān)管。

6、提高了視頻質(zhì)量,提升客戶體驗(yàn)。我們知道CDN架構(gòu)中的PoP 越多，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x就越短，而火傘云作為國(guó)內(nèi)知名的融合CDN廠商結(jié)合主流CDN廠商的優(yōu)質(zhì)節(jié)點(diǎn)，這有助于保持最佳視頻質(zhì)量并減少緩沖，這對(duì)于直播流和虛擬活動(dòng)尤其有價(jià)值。

7、擴(kuò)大地理覆蓋范圍，獲取更多受眾。利用多融合進(jìn)來(lái)的CDN網(wǎng)絡(luò)，您可以接觸到更多國(guó)家/地區(qū)的更多觀眾。例如一家 CDN廠商的大部分服務(wù)器可能集中在北美，而另一家提供商的服務(wù)器可能分布在歐洲各地。 通過(guò)將兩者結(jié)合起來(lái)，您可以根據(jù)目標(biāo)受眾覆蓋兩個(gè)地點(diǎn)的觀眾。

8、結(jié)合非典型區(qū)域性法規(guī)，促進(jìn)全球傳播。如果您要向國(guó)際觀眾廣播，火傘云融合CDN的特殊設(shè)置肯定會(huì)派上用場(chǎng)。如前所述，更多國(guó)家/地區(qū)的更多服務(wù)器可以幫助您吸引更多觀眾。當(dāng)向中國(guó)、越南或俄羅斯等非典型監(jiān)管地區(qū)的觀眾進(jìn)行流媒體播放時(shí)，融合CDN 策略對(duì)于業(yè)務(wù)至關(guān)重要。并非每個(gè) CDN都擁有繞過(guò)防火墻或在中國(guó)擁有邊緣服務(wù)器的許可，因此通過(guò)在您的融合CDN設(shè)置中添加一個(gè)可以繞過(guò)防火墻的CDN，您的公司可以進(jìn)入受眾和市場(chǎng)。

9、增加總體帶寬，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全性。

當(dāng)同伴互相上傳視頻時(shí)，他們會(huì)增加所有用戶可用的總體帶寬。同時(shí)實(shí)施融合CDN解決方案的另一個(gè)好處是它可以增強(qiáng)流媒體設(shè)置的安全性，如果一個(gè)CDN廠商遇到安全故障，下一個(gè)CDN廠商就會(huì)介入并繼續(xù)提供安全的流媒體體驗(yàn)。就像投資時(shí)分散風(fēng)險(xiǎn)一樣，廣播公司和視頻內(nèi)容提供商可以高枕無(wú)憂，因?yàn)樗麄冎雷约河袀浞莅踩x項(xiàng)。

六、哪些公司需要使用融合CDN+P2P解決方案？

幾乎所有向大量觀眾分發(fā)內(nèi)容的廣播/電視公司和視頻內(nèi)容提供商都將受益于融合CDN+P2P解決方案，這其中以擁有大量國(guó)際觀眾的廣播/電視公司和視頻內(nèi)容提供商為甚。

七、去哪里尋找合適的融合CDN+P2P提供商及相關(guān)注意事項(xiàng)？

最簡(jiǎn)單、也是最直接的方法是選擇一個(gè)能夠滿足您的需求并可以直接投入使用的解決方案提供商，這種方法可以讓您工作量最小化。

無(wú)論您是要自行研發(fā)構(gòu)建，還是直接尋找合作伙伴，還有一些注意事項(xiàng)可能會(huì)對(duì)您有所幫助：

1、選擇合適的CDN廠商。選擇合適的CDN廠商取決于您的需求，但首先要注意的是您選擇的CDN提供商在視頻交付方面的經(jīng)驗(yàn)和既往表現(xiàn)如何。比如還有CDN廠商根本不支持流媒體加速。而且很多CDN廠商只專注于某些地區(qū)內(nèi)容加速，并非每個(gè)CDN廠商在世界各地的表現(xiàn)都同樣強(qiáng)勁。最后，需要關(guān)注的一個(gè)重要因素是該廠商網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，有的CDN廠商沒(méi)有很多節(jié)點(diǎn)，因而體驗(yàn)不好。

2、選擇DNS或融合CDN管理解決方案提供商

融合CDN管理解決方案或多CDN DNS提供商可以使管理多個(gè)CDN變得更加輕松。通常此類解決方案提供商可以提供設(shè)置、工程支持和集成支持方面的幫助，不同的解決方案還可以幫助使用數(shù)據(jù)和智能算法以最有效的方式路由網(wǎng)絡(luò)流量。

3、明確自己的流量路由策略

DNS負(fù)載均衡

市場(chǎng)上有一些DNS解決方案提供商允許用戶自定義其流量路由規(guī)則。訂閱所有所需的CDN后，所有CDN 的CNAME都會(huì)被復(fù)制并粘貼到DNS記錄中，以便DNS服務(wù)器可以根據(jù)流量路由規(guī)則確定用于請(qǐng)求的 CNAME (CDN)，最常見(jiàn)的流量路由規(guī)則包括循環(huán)、加權(quán)循環(huán)和地理位置。

RUM/綜合監(jiān)控驅(qū)動(dòng)的負(fù)載平衡

一些提供商以套餐形式提供此服務(wù)，基本思想是利用RUM和綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作為驅(qū)動(dòng)負(fù)載平衡決策的基礎(chǔ)。

提供此服務(wù)的DNS提供商通常在DNS級(jí)別上處理此問(wèn)題，這意味著它與DNS 負(fù)載平衡方法非常相似，只不過(guò)它是根據(jù)實(shí)際性能數(shù)據(jù)智能地做出決策。火傘云目前主要采用的也是本策略處理此問(wèn)題，接收請(qǐng)求、測(cè)量并將最佳CNAME或IP的值返回給DNS。

八、結(jié)語(yǔ)

P2P與CDN技術(shù)的融合，一方面可以互補(bǔ)自身先天計(jì)算模型的缺陷，對(duì)CDN或者P2P傳統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行改造;一方面P2P的擴(kuò)展能力和CDN的可靠性、可管理性也可完美結(jié)合。這兩方面都為實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠承載電信級(jí)超大規(guī)模內(nèi)容分發(fā)傳送應(yīng)用的內(nèi)容分發(fā)平臺(tái)提供了機(jī)會(huì)，火傘云也希望能夠?yàn)榇蠹姨峁└鼉?yōu)質(zhì)的大規(guī)模流媒體內(nèi)容分發(fā)服務(wù)體驗(yàn)。

審核編輯 黃宇