P4P

网络协议

P4P全称“Proactive network Provider Participation for P2P”，是P2P技术的升级版，意在加强服务供应商(ISP)与客户端程序的通信，降低骨干网络传输压力和运营成本，并提高改良的P2P文件传输的性能。与P2P随机挑选 Peer（对等机）不同，P4P协议可以协调网络拓扑数据，能够有效选择Peer，从而提高网络路由效率。

基本信息

P2P软件的应用吞噬了巨量的网络带宽，这使得运营商头痛不已。Verizon的工程师搞了一套新型的拓扑理论下的P4P算法，很有可能以技术方式调和这个矛盾。

传统的P2P方式下数据节点和传输是随机的，也就是说这种传输方式可能占据任意一个网络节点或者出口的带宽。而P4P则是智能选取数据交换对象，更多的通过智能运算选择同一路由器或者地域性网络来进行数据交换，最大程度上解决大型节点和网络出口负载，同样通过智能选择数据交换对象也能大大提高数据传输能力。

与P2P随机挑选Peer(对等机)不同，P4P协议可以协调网络拓扑数据，能够有效选择节点，从而提高网络路由效率。仍以上述例子来说，北京的用户就可以优先和北京同城的用户来实现文件片段的交换，再扩展至较远的地区，有十分的必要时，才会出国进行文件片段交换。当然，P4P的运行机制，要远远超过“同城交换”的概念，它还会根据用户的上行、下载带宽进行综合判断，以进行最有效选择，最大化整体交换的效率。

值得一提的是，P4P的开山鼻祖是一位工作在耶鲁大学的中国人，谢海永博士。谢博士系美国分布式计算工业联盟(DCIA)和P4P工作组的首席研究员，提出并完成了P4P理论和系统设计。谢海永等研究人员对P4P系统设计进行了大规模现场测试。

这项中国人主导的发明，在商业测试中有出色表现。根据Verizon的反馈，使用P4P技术，P2P用户平均下载速度提高60%，光纤到户用户提高205%~665 %。此外，运营商内部数据传送距离减少了84%。用户有58%的数据是来自同城，较传统P2P的6.3%比例有了近10倍提升。

新特点

7月30日消息：德国一个名为iPoque的研究机构在2007年研究了一百多万网民将近3TB的匿名数据流量，调查地区包括澳大利亚、东欧、德国、中东和南欧地区。调查发现，目前网络带宽“消费大户”是P2P文件共享，在中东占据了49%，东欧地区占据了84%。从全球来看，晚上时段的网络带宽有95%被P2P占据。据国内权威部门统计，当前P2P流量已经占整个互联网流量的约70%，并且正在以每年350%的速度增长。P2P流量消耗了巨大的网络带宽，尤其是国际带宽，使网络基础设施不堪重负，运营商苦不堪言。

问题的症结不在于P2P，而在于交换的机制。P2P过于强调“对等”，每个节点之间的交换完全是无序的。一个北京的用户，既可能和广州的用户进行文件片段的交换，也可能和远在美国的某用户进行交换。显然，无序的交换导致了无谓的跨地区甚至是跨国的“流量旅行”，这耗费了宝贵的国内和国际带宽资源，代价巨大。

如果正好用户都在同一个地区，那么，本地化的交换的成本就会大大降低。这也正是P4P的简单原理——让P2P也玩“同城”。 P4P全称是“Proactive network Provider Participation for P2P（电信运营商主动参与P2P网络）”。与P2P随机挑选Peer(对等机)不同，P4P协议可以协调网络拓扑数据，能够有效选择节点，从而提高网络路由效率。仍以上述例子来说，北京的用户就可以优先和北京同城的用户来实现文件片段的交换，再扩展至较远的地区，有十分的必要时，才会出国进行文件片段交换。当然，P4P的运行机制，要远远超过“同城交换”的概念，它还会根据用户的上行、下载带宽进行综合判断，以进行最有效选择，最大化整体交换的效率。

探测方式

P4P首次提出依靠ISP和P2P应用的合作，由最了解网络状态的ISP提供底层网络信息，供上层应用有效选择“临近”节点、拥塞程度低和开销小的链路传输内容。

其实，将节点数据内容交换限制在某一个区域附近的思想其实由来已久，并不是P4P所独有的技术。在P4P之前，就有很多应用采用p2p自身的机制来限制流量跨域过多，将数据交换最大本地化，称之为交换数据的locality特性。但是纯粹依靠P2P应用本身限制内容交换在本地的方式存在一定问题。

比如，纯基于locality的节点选择方式的会给骨干网带来拥塞。比如北京到天津的链路link是最为流量集中的热点，基于位置信息在选择节点过程中，不考虑实际流量的拥塞限制，仍选择该段链路作为最邻近的通路，从而造成链接负荷过重。另外，基于locality的方式没有考虑不同运营商之间的差异所带来的开销。比如仅依靠时延或者跳数方式选择结点，即使交换数据的节点在同一个city中，但分属不同ISP（比如教育网、电信网运营商等），可以达到时延较小的目的，但会导致ISP域间传输，造成不必要的费用开销。在ISP域间传递不可避免的情况下，纯基于locality的应用选择节点也可能会不经选择的通过开销较高的ISP的链路，同样造成不必要的费用开销。

另外，P2P应用还可以采用自身的探测技术和机制调整选择流量走向，这种方式也存在一定弱点：P2P应用自身需要采用逆向流量工程推测(probe)底层网络状态，比如发出探测消息以推测目前拓扑信息、拥塞程度、链接开销等，它依赖网络测量技术，而目前的测量技术本身就耗费网络带宽资源，且不能完全反映网络真实状态。一些新技术比如MPLS交换对于probe探测消息不做回应，使得纯网络测量某些场合难以应用。而ISP运营商的策略信息（哪些link昂贵不适合用p2p应用，那些ISP之间的link开销便宜等）逆向工程无法推测。

总而言之，单靠P2P应用来解决流量问题是不现实和可靠的。

P2P(Peer to Peer)已经深入人心了，电影下载、在线视频、文件下载、IM等均采用了这项技术。通过P2P，网络的下载速度、视频的观看效果有了极大的提高与改善。然而，P2P应用的普及给电信运营商的网络带宽造成非常大的压力，常常是运营商扩多少，P2P应用就占用多少，而且P2P还占用http等端口的带宽，导致网页浏览等正常的互联网业务受到影响。在这种情况下，P4P技术应运而生，它给了运营商和用户一个新的选择，有望在提高用户满意度的同时减少运营商的宽带压力，因而被认为是一个非常有前景的技术。

P2P面临的难题

P2P是随机挑选位于不同网络位置的资源的，换句话说，它对资源在网络中的位置不作区分一律平等地返回给用户。以多个运营商为例，在最初的P2P中，当P2P用户在互联网上找某个资源时，它可能在5处找到，分别在运营商1、运营商2、运营商3中，其中资源6是P2P用户所在网络的网内资源。如果用户使用P2P引擎查询，结果得到的优先资源可能是资源2、资源5，全部是网外资源，这会导致运营商之间网络的拥堵，并且导致下载速度变慢(参见图1)。

上面是资源位于不同电信运营商网络中的情形，如果资源都位于电信运营商自己的网络内，情况也和前面类似，同样会造成省与省之间网络拥堵，并且下载速度变慢(参见图2)。

P2P的这种无序方式给运营商带来了很大的困扰，而彻底杜绝这种应用又是不可能、不现实的，这时疏导不失为一个明智之举，即通过使用P4P技术改善P2P与网络之间的通信，让客户端程序更好地使用网络状态信息，进而减轻网络压力、降低运营成本。

P4P“Proactive network Provider Participation for P2P”意思是要改善服务供应商(ISP)与客户端程序的通信，降低运营商骨干网络传输压力和运营成本，将运营商的网络压力尽量边缘化，并提高P2P的文件传输性能。与P2P随机挑选资源点不同，P4P协议可以利用网络拓扑数据，选择最佳的Peer(资源点)，从而提高网络路由效率。

据相关测试数据显示，P4P可以提高大约200%的性能，部分时候甚至超过600%，因此P4P的未来发展前景非常广阔。此外，P4P由于采用了网络拓扑信息管理，可以减轻骨干网络压力，因此对于电信运营商而言其比P2P具有更大的优势。

技术原理

由于资源位于不同运营商与资源位于同一运营商不同省分公司的情况相类似，因此下面以前一种情形为例进行分析。

针对上述情形，为了降低运营商之间的带宽需求，可以设法在用户下载范围上进行限制，例如用户下载时根据IP匹配范围，优先选择本网络内的资源。例如，在图1中，搜索引擎返回5个资源，优先返回ISP网络的资源6，若本网内部P2P速度很快(一般是快的)，则不再(或较少)连接其他的资源，这样就能减少出网流量。对于同一个运营商而言，内部可再进一步按省内IP细分,优先返回运营商本省内的资源，以进一步加快下载速度,减轻网际压力。

但是这种方法也有缺陷，如果运营商2网络内的内容资源贫乏，会造成符合查询要求的资源仍然是其他网络的资源，这种情况在用户下载非热门的资源时常出现, 这将导致此类下载资源的体验很差,给运营商2的网络出口造成比较大的压力。

为了解决上面提到的问题，需在运营商2的网络内建立镜像节点，通过镜像节点对P2P进行加速。加速部分需要大量存储，并且进行相关分析处理后为运营商2的用户提供加速后的P2P服务。

镜像节点的数据来源于P2P用户下载资源的统计和分析，P2P用户下载完一个资源后，会进行相关分析，满足条件的进入存储，为运营商2的其他P2P应用提供高速服务。

有了镜像节点后，P2P用户下载一个资源时，P2P引擎返回1个网内资源(资源)，并且返回镜像节点。当网内和镜像节点都无资源时，就通过其他运营商为P2P用户提供服务。通过经过一定的统计分析，将需要的相关资源补充到镜像节点中去。

这种方式由于可以通过镜像节点缓冲数据，因此可以大大提高用户服务质量。但是这种方式需要比较大的投资，同时在镜像节点初期由于其存储数据量比较少，因此给用户的加速效果要随着时间的增加才能得到逐步改善。在上述处理的基础上，通过网格计算、文件热度计算等系统的处理，可进一步提高系统处理能力，提高文件的命中率，从而为用户提供更加快捷的访问速度。

上面所说是针对于多个运营商而言，在运营商内部也可以通过这种办法将P2P的访问进行加速，从而将所有的用户P2P访问尽量边缘化，也就是实现有效选择Peer，进而提高网络路由效率。

发展趋势

从上面的分析不难发现，P4P在软件、硬件方面分别进行了深度的研究，并且进行了相关的硬件投资，原有的那种松散的P2P已经变成了一种有规划的部署和应用。因而P4P在提高用户满意度的前提下，又进一步降低了到其他运营商或者出省的P2P流量，这样对运营商网络的压力大大减少，因此受到了运营商的欢迎。

总体说来，P4P技术的本意是为网络运营商提供服务，其应用对象也将是合法商业服务，可以预见这一技术至少在短期内将面向大的ISP。但是不管怎么说，P4P相对于P2P是一个非常重要的进步，也为共享问题指出了新方向，相信P4P最终将扩展到整个P2P网络，并替代P2P。因为P2P的特点决定了其发展具有坚实的用户基础，但是其出现的问题决定了它必须进行完善，这正是P4P诞生的背景。P4P这种方式不仅能更好地为用户提供服务，而且运营商也欢迎这种技术，因此，P4P很可能将在中国互联网市场蓬勃发展，为中国的互联网用户提供更加可靠、快捷的互联网服务。

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