运营商应对互联网P2P应用的策略

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摘要　从P2P流量现状及运营商互联网络组织和运营模式入手。分析了P2P应用给运营商带来问题的原因，阐明了对于P2P应用的看法，并给出了P2P流量控制策略。
　　随着计算机网络的广泛应用和多媒体资源的丰富，P2P技术主要应用于文件（主要是大型的多媒体文件）共享方面。近年来，P2P应用成为互联网行业的热门话题，信息产业部多次召开专题会议对P2P问题进行研究，互联网协会也成立宽带P2P应用推进联盟。典型的P2P应用如BT、Skype、eDonkey等被广大互联网用户熟知并应用，但是在运营商和企业那里却并不那么受欢迎，因为P2P应用给运营商的互联网经营及企业的正常互联网应用带来了诸多问题。
　　在P2P大量应用之前，运营商搭建互联网业务承载网络，互联网上的信息服务主要采用服务器/客户机模式，瓶颈主要在服务器端，服务器的处理能力和带宽限制是影响用户服务的主要矛盾。在P2P应用大规模部署之后，客户机/服务器的区别变得模糊，对于参与P2P应用的用户而言，其本身作为客户机的同时，也在作为服务器为其他客户机提供服务，使得原来服务器/客户机的瓶颈得以突破，随着互联网用户接入带宽的增加，P2P模式的应用也使每个用户的接入带宽得到充分发挥。
　　据统计，互联网流量中60%～80%的成份为P2P应用，P2P流量影响了用户对网页访问、电子邮件、ERP应用等的正常使用。运营商遇到的问题是，无论如何进行扩容，总是不能满足用户对带宽增长的需求，用户使用网络丢包和时延增加，对网络质量的满意度下降。在企业端也遇到同样的问题，正常的办公受到影响，许多企业纷纷采取技术和管理手段限制P2P类应用的大量使用。
1、P2P流量产生问题的原因
　　从信息共享的角度看，P2P技术的应用扩大了互联网信息共享能力，使互联网的信息承载量增加。从对用户带来价值的角度讲，P2P技术的应用给使用该技术的用户带来价值，但由于网络技术及网络建设的滞后，损害了其他用户的利益。在当前的运营模式下，互联网网络运营商基本不参与到P2P应用价值链之中，因此运营商没有从P2P技术应用中获得好处。
　　P2P流量对运营商互联网的冲击将是一个相对长期的过程，下面从几个方面谈P2P流量带来问题的原因。
　　1.1　粗放的计费模式为P2P应用创造大行其道的市场
　　从世界范围看，互联网接入多采用包月和计时长的收费方式，使得用户在使用互联网时，不会因为使用互联网信息量多而额外支付费用，P2P应用使互联网接入用户的上行带宽资源得到充分发挥，由于克服了传统服务器/客户机模式下的服务器带宽瓶颈，用户下行带宽也得到充分发挥。用户利用P2P程序占用互联网带宽的能力增强，且并不因此而多支付费用，从而扩大了用户通过P2P程序对互联网带宽的索取。
　　1.2　结构化的运营商网络结构不适应P2P应用的大规模使用
　　运营商在设计互联网网络时，都考虑了流量汇聚和用户收敛。由于现有用户中包月用户数量增多，产生了大量一直在线的用户，这些在线用户通过使用P2P软件可以与互联网其他用户共享资源，使得原来按照流量汇聚和用户收敛方式设计的网络出现阻塞，网络在接入和城域网上出现信息超载现象。
　　虽然近年来运营商的骨干网络开始向扁平化发展，但长久以来形成的结构化网络设计，网络分级分层较多，在短时间内还不能根本改变，如图1所示。

图1　运营商长久以来形成的结构化骨干网络

　　这样，如果在一个运营商的两个用户之间进行通信，往往要跨过“城域网1—省内骨干网1—省级骨干网—省内骨干网2—城域网2”。对于传统的电话网来说，由于受到行政区域划分、社会组织的影响，结构化的组网方式可以节约资源。但随着互联网上的P2P应用分布不再受传统的行政区域划分等因素的制约，信息源和用户的分布更加分散，严格的结构化网络造成了资源的浪费。
　　目前，我国大运营商的互联网主要通过设在北京、上海和广州的三个互联点进行互联，使得很多两个运营商用户之间的本地流量都要通过这三个互联点进行转接，造成了运营商骨干网资源的大量占用。
　　近年来，运营商之间的网络互联质量一直是影响互联网服务质量的一大问题，P2P类应用的大量涌现无疑加剧了在现有网络结构下运营商网内和网间的服务质量的恶化。
　　1.3　用户接入网络速率的提高超过运营商网络速率的提高
　　用户计算机以太网接口速率基本实现了10/100 Mbit/s到桌面甚至更高，用户Wi-Fi接口的速率也超过50 Mbit/s。
　　基于电话铜线xDSL技术、基于电视电缆的HFC技术、基于电力线的PLC技术、基于光纤的PON技术对用户接入带宽都有大大的提升，就基于电话铜线的宽带技术发展看：下行为56 kbit/s→512 kbit/s→1.5 Mbit/s→24 Mbit/s→55 Mbit/s；上行为33.6 kbit/s→128 kbit/s→512 kbit/s→1 Mbit/s→19.2 Mbit/s，并且速率有进一步提高的趋势。
　　局域网中GE接口、10 GE接口已经在广泛使用，但是运营商网络设备接口与用户终端设备一样，受到器件能力的制约，目前接口速率可达40 Gbit/s。用户端设备、用户接入网络速率的提升速度高于运营商互联网承载网络的带宽增加速度。
　　1.4　P2P类应用拓展了用户端资源的共享能力
　　在P2P类应用出现之前，用户主要从互联网上获取信息，信息的传递是非对称的，下行的带宽要大于用户上行的带宽。在P2P类应用出现之后，用户向互联网发送的信息量增大，上行的带宽利用率大大增加。普通用户通过互联网主要进行人与人的通信以及人与机器的通信。P2P类应用增加了普通用户机的通信能力，用户端计算机等设备可以在非人工参与的情况下进行通信，拓展了用户端计算机计算、存储、信息共享的能力。
　　1.5　网络服务质量的保证措施不健全
　　当今互联网主要提供“尽力而为”的业务，网络设备对业务服务质量的保障能力很弱，在网络拥塞时，网络浏览、电子邮件等各种应用都受到影响，不因为某个应用对某个用户较重要而得到特殊的保护，这样在网络能力有限时，所有用户的服务都不能得到保障。
2、P2P的意义和价值
　　P2P类应用尤其是P2P下载类应用对运营商和企业带来网络服务质量下降、扩容成本和维护成本增加的问题，但却受到大量使用者的欢迎。用户通过互联网P2P应用获取信息的效率和获取的信息量大幅提高，随着P2P应用技术的发展，通过P2P手段所进行的网络应用越来越多，从信息下载、通信、流媒体播放到协同办公等。
　　2.1　P2P应用提高了互联网上信息的传递效率
　　在P2P大量应用之前，客户机/服务器模式是互联网上的主要应用组网方式，客户机/服务器在互联网上信息的传送能力主要受到服务器个数、服务器网络带宽、服务器连接用户数的限制，而采用P2P模式在互联网上信息的传送，突破了应用对服务器的性能、服务器连接用户数及连接带宽的极高要求，信息传送的效率随着P2P模式应用参与方的增加而提高。
　　结合目前的互联网用户访问速度以及通常的服务器性能，就用户信息下载这个应用进行分析，我们可以得出P2P应用可以提高互联网信息传递效率的结论。
　　假定一：信息下载的速度受服务器带宽的限制就信息下载这一个简单的应用来说，在P2P技术应用前，主要采用客户机/服务器方式进行，一个信息在互联网上单位时间所占带宽主要为提供该信息的服务器的数量（Ns）及服务器为传送该信息所提供的平均带宽（Bs），则可简单由Ns×Bs来表示。这里假定Bs为1 000 Mbit/s，则采用服务器/客户机模式，一个应用占用互联网带宽为Ns×1 000 Mbit/s。
　　假定二：信息下载的速度只受到服务器用户数的限制
　　在服务器/客户机模式下，信息下载在互联网上单位时间所占带宽为Ns×N1×Bc，Ns是提供该信息的服务器个数，N1为每个服务器支持同时连接的用户数，Bc为每个用户的连接平均带宽；这里考虑用户为ADSL用户，服务器连接数通常低于1 000，可以假定Bc=512 kbit/s，N1=1 000；则采用服务器/客户机模式，一个应用占用互联网带宽通常为Ns×1000×512 kbit/s=Ns×512 Mbit/s。
　　在上述的两个假定之下，一个应用采用服务器/客户机模式的互联网占用带宽通常不超过Ns×min{1 000 Mbit/s，N1×Bc}≤Ns×1000 Mbit/s。
　　采用P2P技术应用，在互联网上单位时间所用带宽主要为参与传送该信息的客户数量（Nc）及每个客户为传送该信息所提供的平均带宽（Bc），则可简单由Nc×Bc来表示。这里考虑到互联网宽带用户，则Bc可假设为100 kbit/s（宽带客户提供某信息上行互联网的接入带宽通常高于128 kbit/s，这里假定信息上行带宽为100 kbit/s）。这样，在P2P模式下，信息下载在互联网上单位时间所占带宽为：Nc×Bc=Nc×100 kbit/s。
　　比较服务器/客户机模式和P2P模式，得出当Nc＞10 000Ns时，P2P模式单位时间所占用互联网的带宽更大，利用互联网采用P2P模式进行信息下载的效率更高。
　　也就是说，在用户数量达到一定程度时，P2P类应用对互联网带宽的消耗将更大。另外P2P类应用在用户数增多时，表现出对网络结构更强的适应性，而服务器/客户机模式在用户增多时，由于服务器的数目、能力的限制，导致在服务器端造成拥塞，同时层次化的网络结构使网络不同层次互联环节容易出现带宽瓶颈，从而客观限制互联网带宽的消耗。在服务器/客户机模式下，获取信息用户数的增多，并不会使互联网的带宽消耗增多。
　　对于信息下载来讲，P2P技术与服务器/客户机技术相比更能充分挖掘互联网的信息传递潜力。然而，网络上除了P2P类应用之外，还有各种各样的其他应用。在网络没有任何变化的基础上，运营商还无力做到各种需求兼顾，对各种应用进行区分服务或按需服务，P2P类应用效率的发挥无疑会影响互联网上的其他应用。
　　总的来讲，P2P类应用使得互联网潜能有了更大的发挥，使带宽资源和客户端计算机资源得到更好应用。用户采用P2P技术分享（获取并提供）信息，可以把用户的接入带宽及计算机能力极大地发挥出来。
　　造成网页浏览、邮件收发类应用质量下降是因为用户的互联网接入能力得到了发挥，而运营商骨干网络资源不足，并且在技术上还没有采用好的措施对网页浏览、邮件收发等应用进行保障的原因。
　　P2P应用扩大了互联网的信息承载传送能力，给最终用户的信息获取和共享带来益处。对于互联网运营商来说，P2P应用在互联网之上架设了虚拟网络，互联网只是为P2P应用提供了通道，没有因为P2P应用通过互联网运行而获得额外的收益，无论P2P应用怎样发展，运营商只是收取了用户的互联网接入费用，却增加了带宽的过多消耗，出现带宽扩容成本增幅远远大于收入增幅的问题。导致运营商对P2P谈虎色变，但P2P技术对运营商来说也不是一无是处。
　　2.2　P2P技术对信息化作出重大贡献
　　站在信息化的角度，P2P技术的应用在互联网上得以大量应用，并获得用户的好评，扩大了互联网承载信息的能力，使互联网的应用更加广泛。P2P技术有效利用了互联网用户端设备的计算能力、存储空间、网络带宽等能力，减轻了服务器/客户机模式对服务器相应能力的要求，使得某些应用更容易得到推广。P2P技术提供了更多优质高效的应用，如流媒体传送、文件共享、即时通信，使人们与网络的联系更加紧密，更多利用网络传递信息。P2P技术通过对客户端网络带宽能力的挖掘，客观上扩大了整个互联网络的利用率。
　　2.3　对P2P应用应采用技术和管理的手段
　　在现有网络条件下，由于互联网的服务区分能力相对较弱，难以保证对关键业务进行重点保护，一些P2P应用对资源过度使用妨碍了其他业务的正常运行。因此，需要对P2P应用进行区分，采用一定的手段进行管理。个人电脑上的P2P应用耗费计算机内存、硬盘、网络带宽资源，可能给用户的其他正常工作带来影响。企业如果不对P2P应用进行管理，一些正常的ERP应用、视频通信、邮件等系统将很难正常运行。运营商互联网上运行的业务种类多，带宽资源紧张，也有对P2P类应用进行管理的需求。
　　2.4　扬长避短，发挥P2P的优势
　　互联网带宽紧张的成因看似是大量P2P技术应用的结果，而更深层次的原因是用户对带宽的需求、对高服务质量的需求不能得到保证的结果。P2P的某些应用如流媒体应用、基于P2P的内容分发服务等可以优化网络资源的分发及分布，运营商可以利用这些P2P技术，优化网络结构，挖掘网络潜力，提升网络服务质量。
3、运营商的对策
　　P2P流量在互联网上的泛滥，不仅影响了其他应用在网上的使用，而且使运营商扩容应接不暇，带宽增加和收入增加不成比例。各个运营商普遍采取的措施是通过P2P流量控制设备对互联网P2P流量进行鉴别，并采取措施进行封堵。
　　目前，P2P流量鉴别技术主要有两种：一是深度数据包检测技术（DPI），即通过对数据包应用层协议检测来发现P2P应用；二是基于流量特征的检测技术，即利用P2P应用在传输层所表现的流量特征，通过流量特征检测技术来识别P2P应用。这两种P2P流量鉴别技术各有优缺点，基于这两种技术的流量控制设备在业界已经有大量应用。通过对P2P流量进行控制，为互联网其他应用提供了较好的质量保证，一定程度减轻了由于服务质量下降给运营商带来的网络扩容压力。
　　业界对P2P技术及P2P流量对互联网所带来影响的关注程度越来越高，运营商简单的P2P流量控制措施对互联网整体网络服务质量的改善起到积极作用，但由于侵害P2P使用者的利益而遭到广大P2P拥趸的强烈反对，P2P流量所带来的问题不可能在短期内得以彻底解决，然而要保障互联网业务的正常运行，就必须关注互联网P2P流量，运营商对策建议分为近期目标和远期目标来实施。
　　3.1　近期目标
　　P2P流量在互联网中所占比例的增加使运营商单纯通过网络扩容所起到的效果越来越不明显，相反却产生投资增加和收入增加的严重倒挂现象。对P2P流量控制，毫无疑问可以减少网络拥塞，给其他应用空出带宽，也可通过P2P技术对互联网流量进行疏导和优化，可以有如下策略。
　　3.1.1　对P2P流量进行分区分时控制
　　由于P2P应用是架设在现有网络之上的网状网络，现有的结构化网络不适应P2P应用的传送，但为P2P流量的控制带来方便。为了减少P2P流量，可对P2P流量进行分区控制，控制点主要有4个：运营商之间的互联点、运营商骨干网与省网之间的互联点、运营商的城域网出口、运营商的IDC出口。控制点所加载的位置影响P2P应用所受限制的范围。控制点加载在运营商之间的互联点上主要影响运营商的跨网P2P应用，依此类推，影响到省际的P2P应用，影响跨城域的互联网应用，限制IDC的P2P应用。
　　互联网流量在一天24 h的分布特征不同，从互联网用户上网行为分析看，10:00和15:00是白天的高峰，20:00、21:00达到一天的上网高峰，在1:00-7:00上网人数最少，这种互联网用户的行为导致早上的互联网流量较少，而白天忙时和晚上忙时的互联网流量很大。对于P2P流量我们可以进行分时控制，空闲时间在网上传送P2P的流量控制可适当放松，而在忙时对P2P的流量控制适当加强。通过分时控制，既保障了互联网的服务质量又使得P2P应用在一定限度内得以使用，使网络能力得以充分发挥。
　　3.1.2　利用P2P技术对互联网流量进行疏导
　　在P2P技术被广泛关注之前，VoD点播、大型内容网站的内容传送是运营商关注的一个问题，通过组建内容分发网（CDN），站点镜像等措施一定程度上缓解了这些应用对互联网带来的压力。随着P2P技术在互联网的大量应用，基于P2P技术的流媒体技术、基于P2P的CDN技术逐渐成熟，运营商可把P2P技术运用在流媒体传送和互联网内容分发，组建基于P2P技术的内容分发网络，以节省骨干网带宽，同时使互联网基础设施的投资成本及运营成本也得到节省。
　　3.2　远期目标
　　P2P应用的增长将是一个长期的趋势，单纯对P2P流量的限制不能根本上解决运营商目前面临的问题。从长远来看，还需要在如下几个方面作出努力。
　　3.2.1　运营商进行业务模式的创新
　　目前互联网接入简单的收费模式使得运营商被排斥在P2P应用价值链之外，P2P应用给运营商带来的只是服务质量的降低和网络扩容的压力，运营商介入P2P应用价值链可从两方面入手。一方面是运营商积极引入P2P类应用，参与到P2P应用价值链中来，譬如，向用户提供P2P类的视频应用，采用P2P技术组建CDN减轻骨干网的流量等。
　　当前的业务模式中已经很少采用按照流量进行计费的方式，再加上互联网接入领域激烈的竞争，很难再回到按照流量计费的时代。业界也提出按照应用进行分类计费，按照用户可以接入的应用种类，把各种应用如网站浏览、邮件收发、BT下载等进行分类，根据对用户提供的应用进行计费，但这种业务模式的应用需要专门的认证计费设备，并需要一定的时间进行推广。
　　提供内容服务，提供差异化服务，对用户上网行为数据进行挖掘分析，这些都是创建新的业务模式的基础。通过这些措施可以改变目前的互联网接入收费主要是向互联网接入用户进行的前项收费简单模式，增加用户的粘性，并为运营商带来更多收入。
　　3.2.2　改进互联网组网结构
　　互联网使人与人之间的联系和协作更加紧密，打破了地域和种族的界限，打破了现实世界的社会组织方式，本身是对结构化的组织结构的挑战，同样对结构化的网络也带来影响。在P2P应用在互联网上越来越流行时，多级结构化的组网理念受到冲击。
　　P2P应用要求网络尽量扁平化，由于信息源在网络末梢的分布更加丰富，网络越扁平，网络的效率和传送速度将越快。增加互联点，建立多级互联，也是提高运营商与运营商之间的互联效率，提高运营商间互联服务质量的有效措施。
　　当然，网络扁平化对网络的管理也带来一定的难度，网络故障排除以及网络优化的复杂度增大。
　　3.2.3　更新网络设备
　　对用户提供差异化服务，对用户行为进行挖掘分析向当前的网络设备提出了更高的要求，提供差异化服务要求对不同的用户、同一用户的不同应用进行区分，并按需提供不同服务级别的保障。只有更新现有网络设备才能达到这些要求，同时网络扁平化及网络规模的扩大对网络设备的性能也提出了新的更高要求。
4、总结
　　互联网技术一直都是按照发展、遇到问题、找到解决问题的方法、再发展的模式进行的。在今天我们欣喜地看到，依托互联网我们可以做更多的事，互联网成为我们不可或缺的信息工具。
　　目前，简单的互联网运营模式、互联网基础设施和组网结构是导致运营商互联网运营困境的根本原因，而P2P技术及P2P应用使得互联网网络能力及网上资源得以充分利用，在整个互联网发展中起到积极的作用。运营商在面对P2P技术及应用时应着眼长远目标，使得互联网运营在健康的轨道上前行。