CN102006234A - 一种用于优化p2p网络流量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于优化P2P网络流量的方法和装置，其中，方法包括：根据IP地址数据库，获得请求资源的节点的地理位置信息以及初始P2P路由表中各节点的地理位置信息；根据地理位置信息并按照预定的地域划分方式对所述P2P路由表中的节点进行分类，并对每一类别中的节点进行探测；根据探测结果并按照预定的综合评价策略生成新的P2P路由表，利用所述新的P2P路由表来路由P2P流量。本发明不必采用复杂的算法就可以为P2P节点选择网络距离较近的对等节点，且根据IP地址位置信息优先选择本AS域内对等节点，解决了由于P2P不受管理和控制带来的不合理流量对骨干网络的冲击。

Description

一种用于优化P2P网络流量的方法和装置

技术领域

本发明涉及IP网络技术，特别是涉及一种用于优化P2P网络流量的方法和装置。

背景技术

P2P(Peer-to-Peer，点对点)技术的出现解决了传统的客户/服务器模式中服务器处理能力和服务器带宽的瓶颈问题。P2P应用的客户端在传输数据时具有极高的灵活性，每个客户端节点既可以自主地选择从其它节点得到服务，也可以选择向其它节点提供服务，大大提高了P2P用户的资源共享能力。目前P2P应用已占用了互联网上50％以上的流量，给基础网络带来了很大的压力。P2P技术在选择提供服务的对等节点(Peer)时缺乏有效的管理和引导，基本上处于自由放任状态。这种选择对等节点的随意性和盲目性，导致了P2P应用层网络拓扑与物理层网络拓扑严重不匹配，使得大量不合理的P2P流量在国内骨干网和网间链路上来回穿越，同时吞噬了大量的网络带宽资源，增加了网间的带宽成本，给底层网络带来很大的负担，导致整个网络的整体性能下降，从而影响到其他业务的性能。因此无论是网络运营商还是P2P服务提供商都要求对P2P的流量进行优化。

近几年来，已有多种P2P流量优化技术方案出现，这些P2P流量优化技术都是旨在促进P2P网络拓扑结构可能与底层网络的拓扑和路由策略相匹配。目前针对P2P层流量优化问题主要从两个方面来考虑：

(1)P2P应用层优化技术，主要采用主动测量方法，通过算法预估客户端与每个备选对等体建立通信的代价(如时延、逻辑拓扑距离等属性)，选择最佳节点建立通信连接。目前，具有代表性的解决方案包括IDMaps、Vivaldi、iPlan、OnO等。应用层优化技术存在的问题是探测方式有时并不准确，而且这类方法一般侧重于优化P2P性能，对ISP的网络优化没有保证。通过P2P应用优化技术可以在较粗的粒度上实现网络中P2P流量的优化，在一定程度上改善网络性能。但是，这种解决方案本质上是无法感知网络的拓扑结构，无法实时的反应网络中的流量分布和链路的使用状况。

(2)层间协作技术，该技术通过实现上层重叠网络与底层物理网络的精确匹配来获得更细粒度的P2P流量优化。由于只有网络运营商才能够精确掌握底层物理网络的拓扑信息、管理需求和运行状况，而且对于有些敏感信息(如拓扑、管理策略等)，网络运营商会对上层应用屏蔽，因此只能考虑在上层P2P应用和底层网络之间进行协作，主动引导P2P应用的行为尽量与网络进行匹配。目前，具有代表性的解决方案包括P4P、Oracle、PPM、DDP等。该类技术最大的问题在于，网络运营商与P2P服务提供商是否有足够的动机达成相互的信任和合作。运营网的网络拓扑情况一般属于运营商的商业机密，很难让运营商公开其整个网络的拓扑情况。

综上所述，现有的P2P流量优化技术尽管在技术上都具备了可行性，但是距离网络运营商和P2P厂商广泛采用还有一定的距离，主要问题表现为：对于网络节点的物理网络位置或地理位置的探测存在一定困难；网络运营商与P2P服务提供商难以达成相互的信任和合作等等。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出了一种有效、可行的P2P网络流量优化的方法，能够基于节点本身路由表中的IP地址获取其对应的地理位置，为P2P流量本地化、本网化提供依据，最终实现网间P2P流量的优化。

为了实现上述目的，本发明提出一种用于优化P2P网络流量的方法，包括：

根据IP地址数据库，获得请求资源的节点的地理位置信息以及初始P2P路由表中各节点的地理位置信息；

根据所述请求资源的节点的地理位置信息以及所述P2P路由表中各节点的地理位置信息，并按照预定的地域划分方式对所述P2P路由表中的节点进行分类，并对每一类别中的节点进行探测；

根据探测结果并按照预定的综合评价策略生成新的P2P路由表，利用所述新的P2P路由表来路由P2P流量。

作为上述技术方案的优选，所述方法还包括：根据P2P网络动态变化情况，及时更新所述初始P2P路由表，并重新按照权利要求1所述的方法生成新的路由表，直至请求资源的节点退出P2P网络。

作为上述技术方案的优选，所述探测至少包括探测端到端延迟、节点可达性、节点上行/下行可用网络带宽、节点在线时长中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，对于网络中无超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后根据P2P路由协议获得相关节点信息生成所述初始P2P路由表。

作为上述技术方案的优选，对于网络中设置了超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后从超级节点或Tracker服务器获得相关节点资源列表信息生成所述初始P2P路由表。

本发明还提出一种用于优化P2P网络流量的装置，包括：

获得地理位置信息模块，用于根据IP地址数据库，获得请求资源的节点的地理位置信息以及初始P2P路由表中各节点的地理位置信息；

分类及探测模块，用于根据所述请求资源的节点的地理位置信息以及所述P2P路由表中各节点的地理位置信息，并按照预定的地域划分方式对所述P2P路由表中的节点进行分类，并对每一类别中的节点进行探测；

生成新路由表模块，用于根据探测结果并按照预定的综合评价策略生成新的P2P路由表，利用所述新的P2P路由表来路由P2P流量。

作为上述技术方案的优选，所述装置还包括：更新模块，用于根据P2P网络动态变化情况，及时更新所述初始P2P路由表，并利用权利要求6所述的装置重新生成新的路由表，直至节点退出P2P网络。

作为上述技术方案的优选，所述分类及探测模块中的探测至少包括探测端到端延迟、节点可达性、节点上行/下行可用网络带宽、节点在线时长中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，对于网络中无超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后根据P2P路由协议获得相关节点信息生成所述初始P2P路由表。

作为上述技术方案的优选，对于网络中设置了超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后从超级节点或Tracker服务器获得相关节点资源列表信息生成所述初始P2P路由表。

由于P2P网络是一种自组织网络，用户可以随意加入和退出P2P网络，所以P2P网络的结构处于极大的动态变化之中，节点的P2P路由表也经常处于动态变化之中。本发明也属于一种采用主动测量方法的P2P应用层优化技术，与IDMaps、Vivaldi、iPlan、OnO等P2P应用层优化技术一样，都必须在P2P系统中增加主动测量实体，通过向目标链路或目标节点发送探测包，来测量链路或端到端的延迟、带宽和丢包率等网络性能参数，并将测量结果通过开放的接口反馈给P2P应用，使其根据该结果来优选提供服务的对等体，从而实现性能优化。但与这些P2P应用层优化技术区别在于，本发明采用了IP地址地理位置映射技术，首先将路由表中的IP地址进行地域匹配和划分，然后再对分类后的IP地址进行主动探测。这样操作使得主动测量更加具有针对性，路由优先考虑本地节点，可以实现网络流量尽量本地化，有效地避免网际流量，节省了大量网际带宽。

P4P等层间协作技术需要根据静态信息通过复杂的算法选择距离近、互联成本低的对等节点(Peer)；在P2P网络中应用本发明所述的P2P网络流量优化方法，不必采用复杂的算法就可以为P2P节点选择网络距离较近的对等节点，且本发明根据IP地址位置信息优先选择本AS域内对等节点，不仅解决了由于P2P不受管理和控制带来的不合理流量对骨干网络的冲击，而且较P4P等技术更加简便使用。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

附图说明

图1是本发明提出的P2P网络流量优化方法的示意图。

图2是本发明提出的P2P网络流量优化方法的第一优选实施例示意图，其中未设置超级节点/Tracker服务器。

图3是本发明提出的P2P网络流量优化方法的第二优选实施例示意图，其中设置了超级节点/Tracker服务器。

图4是本发明提出的P2P网络流量优化方法的一具体实施例。

图5是本发明提出的P2P网络流量优化装置的结构图。

图6是利用本发明提出的P2P网络流量优化方法和装置来实现P2P网络流量优化的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出的P2P网络流量优化方法包括：

步骤1：根据IP地址数据库，获得请求资源的节点的地理位置信息以及初始P2P路由表中各节点的地理位置信息；

其中，IP地址数据库采用权威机构提供的高准确度的IP地址数据库，提供与IP地址地理位置相关的准确信息。IP地址数据库来源可以是APNIC、CNNIC等权威机构。对目前已经分配的IP地址，IP地址数据库能够提供其相应AS域的信息，对于普通用户的IP地址，其信息表现形式为：{起始IP地址，终止IP地址}.国家.ISP标识.省份.市/县，对于大客户的IP地址，其信息表现形式为：{起始IP地址，终止IP地址}.国家.大客户标识.省份.市，对于专网(如教育网、长城宽带等)的IP地址，其信息表现形式为：{起始IP地址，终止IP地址}.国家.网络标识.省/市.机构名称。

步骤2：根据所述请求资源的节点的地理位置信息以及所述P2P路由表中各节点的地理位置信息，并按照预定的地域划分方式对所述P2P路由表中的节点进行分类，并对每一类别中的节点进行探测；

本方法采用IP地址地理位置映射方法来获得节点的地理位置，其区分精度可以达到具体的地理位置。然后可以将P2P路由表中的节点按照本地网、本AS域(省域)、本ISP域、国内跨ISP域和国际ISP域的方式进行地域划分，这些地域的优先级依次降低。对节点的探测至少包括探测端到端延迟、节点可达性、节点上行/下行可用网络带宽、节点在线时长中的一种或多种。

步骤3：根据探测结果并按照预定的综合评价策略生成新的P2P路由表，利用所述新的P2P路由表来路由P2P流量。

其中，可以根据P2P网络动态变化情况，及时更新初始P2P路由表，并重新按照上述步骤1、2、3生成新的路由表，直至请求资源的节点退出P2P网络。

如图2所示，对于网络中未设置超级节点/Tracker服务器的P2P网络，该方法具体为：

步骤21：设置IP地址数据库，将请求资源的节点自身的IP地址与IP地址数据库中的数据进行匹配，获得自身的地理位置信息；

步骤22：运行P2P路由协议获得相关节点信息并生成P2P路由表；

步骤23：节点采用IP地址地理位置映射方法根据预先设置的地域划分方式对P2P路由表中的节点进行地域分类并探测；

步骤24：根据探测结果生成新的路由表，利用新路由表来路由P2P流量。

如图3所示，对于网络中已经设置超级节点/Tracker服务器的P2P网络，该方法具体为：

步骤31：设置IP地址数据库，将请求资源的节点自身的IP地址与IP地址数据库中的数据进行匹配，获得自身的地理位置信息；

步骤32：节点从超级节点或Tracker服务器获得相关节点资源列表信息；

步骤33：节点采用IP地址地理位置映射方法根据预先设置的地域划分方式对收到的节点资源列表中的IP地址进行地域分类并探测；

步骤34：根据探测结果生成新的路由表，利用新路由表来路由P2P流量。

在现有互联网上，通过NAT方式接入到P2P网络是一种很常见的接入方法，由于NAT后的私网用户无法知道自身的AS信息，无法对所获得的路由表进行地域匹配和划分，所以只能选择一定的优先级策略对探测信息进行分析评估来对路由表中的节点进行分类。因此，对于采取NAT功能接入的P2P网络用户，所述方法可以具体为：

步骤1：设置IP地址数据库；

步骤2：节点通过P2P路由协议或者从超级节点/Tracker服务器获得P2P路由表；

步骤3：用户对路由表中的节点进行探测，按照一定的优先级策略对探测信息进行分析评估来对路由表中的节点进行分类，重新生成本地P2P路由表。

下面以BT用户为例对本发明做进一步具体说明。当然本领域内技术人员根据P2P网络用户接入的实际情况以及P2P网络的实际状况，可以很清楚的理解本发明的其他实施例只是接入方式或网络状况不同，而原理是相同的。

如图4所示，BT用户的流量优化过程为：

步骤41、通过Web页面下载Torrent文件，利用相关软件打开Torrent文件并与BT网络中的Tracker服务器建立连接。

步骤42、BT用户通过交互协议从Tracker服务器接收到网络中文件(块)拥有者的IP地址列表。

步骤43、BT用户对接收到的IP地址列表进行IP地址地理位置映射并进行探测。如果BT用户处于NAT之后，则不用进行IP地址地理位置映射而直接进行探测；如果BT用户是公网用户，则根据节点自身所处的AS域并结合预先设置的地域划分方式，对所获得的地址列表进行探测，获取延迟和TTL等信息。

步骤44、重新生成本地P2P路由表，根据新生成的P2P路由表处理P2P信息，包括下载请求、数据块传输、路由查询等等信息。

步骤45、在规定时间内继续从Tracker服务器获取新的IP地址列表，重复步骤3和步骤4，直至BT用户退出P2P网络。

这样，BT用户只需要多增加一个步骤，即可达到能够实现P2P网络流量优化的目的，这样既不会增加网络及系统的负担，同时又能够极大地提供网络带宽的利用率、减少网际带宽被P2P流量过多地占用。

相应地，本发明还提出一种用于优化P2P网络流量的装置，如图5所示，包括：

获得地理位置信息模块，用于根据IP地址数据库，获得请求资源的节点的地理位置信息以及初始P2P路由表中各节点的地理位置信息；

分类及探测模块，用于根据所述请求资源的节点的地理位置信息以及所述P2P路由表中各节点的地理位置信息，并按照预定的地域划分方式对所述P2P路由表中的节点进行分类，并对每一类别中的节点进行探测；

生成新路由表模块，用于根据探测结果并按照预定的综合评价策略生成新的P2P路由表，利用所述新的P2P路由表来路由P2P流量。例如，预定的综合评价策略为根据探测结果对P2P路由表中的节点按照不同地域划分并对同一地域内的节点设置不同的优先级，为P2P节点路由查询提供最佳的路由节点。优先级设置方法可以选择时延最短优先、在线时长优先等等多种方法，不在本发明的考虑范围内，不再赘述。

所述装置还包括：更新模块，用于根据P2P网络动态变化情况，及时更新所述初始P2P路由表，并利用权利要求6所述的装置重新生成新的路由表，直至节点退出P2P网络。

所述分类及探测模块中的探测至少包括探测端到端延迟、节点可达性、节点上行/下行可用网络带宽、节点在线时长中的一种或多种。

对于网络中无超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后根据P2P路由协议获得相关节点信息生成所述初始P2P路由表。

对于网络中设置了超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后从超级节点或Tracker服务器获得相关节点资源列表信息生成所述初始P2P路由表。

这样，IP地址数据库模块提供IP地址的地理位置信息，为IP地址地域匹配和划分提供判断依据，探测模块依据IP地址数据库模块提供的地理位置信息对路由表中的对等节点进行地域划分并进行探测，资源列表模块根据探测模块传送的探测结果对路由表进行重新设置，为P2P流量路由提供最佳的优化路由。这样即可实现P2P网络流量优化。

如图5所示，使用本发明提出的P2P网络流量优化方法和装置进行流量优化时，具体步骤为：

步骤a、节点加入P2P网络，与IP地址数据库中的地理位置信息进行匹配，获取自身的地理位置信息。如果是私网地址，则无需进行匹配。

步骤b、在节点成功加入P2P网络之后，节点利用P2P协议收集网络中的节点资源信息形成初始的P2P路由表。例如，Gnutella网络节点可以利用Ping/Pong/Query/QueryHit等协议获取UltraPeer节点列表，形成自身的路由查询列表；Chord网络节点可以通过Chord协议来形成P2P路由表；BT网络节点则通过Tracker服务器获取网络中文件拥有者的IP地址列表，不断地与Tracker服务器进行交互，就可以逐渐获得所有文件块拥有者的信息。对于这些节点信息，这里统称为P2P路由表。通常情况下，P2P路由表将会周期性进行更新。

步骤c、对于所获取的初始P2P路由表，探测模块对每一个P2P节点的IP地址进行计算，利用IP地址数据库获取路由表中每一个节点的地理位置信息，并按照不同的地域划分方式并结合节点自身的地理位置信息对这些节点进行分类。由于IP地理位置信息以{起始IP地址，终止IP地址}.A.B.C.D的形式表示，可以很容易地给出两个IP地址在地域上的匹配程度，其表示方法参见表1，路由表中所有的IP地址在进行匹配之后分成下述的5类。

表1：IP地址地域匹配程度表示方法

如果节点是处于NAT后面的私网用户，则无需对P2P路由表中的节点进行地域划分与匹配，跳过步骤c。

步骤d、在对路由表中的IP地址进行地域匹配和分类之后，探测模块对每一个类别中的IP地址进行探测，探测内容包括(不限于)端到端时延、节点可达性、节点在线时长(从第一次探测开始计算)、节点可用的上行/下行带宽等等。如果节点是处于NAT后面的私网用户，由于私网用户无法知道自身IP地址的地理位置信息，因此，无法对路由表中的IP地址进行地理位置匹配，只能直接进行探测。

步骤e、在探测完成之后，探测模块将探测结果发送给资源列表模块，资源列表模块按照一定的综合评价策略对探测结果进行处理，重新生成新的路由表，路由表的形式如表2所示。路由表中节点优先级排名的综合评价策略不在本发明的考虑范围内，不再赘述。

表2：重新生成的P2P路由表

注1：对于NAT后的私网用户而言，这一列不存在类别，所有类别都是一样的。

注2：对于NAT后的私网用户而言，优先级排名按照自然数顺序一直延续到最后一个IP地址，1为最高优先级，往后优先级依次递减。

步骤f、在资源列表模块生成新的路由表之后，节点将按照新路由表对进入的P2P流量(查询请求、数据块传输等等)进行路由，路由的优先级顺序为ABCD、ABC、AB、A、Φ，在同一IP地址类别中的路由优先级顺序按照从高到低的优先级顺序。

步骤g、按照P2P协议定期更新P2P路由表，重复步骤b、c、d、e、f，直到节点退出P2P网络。

虽然，本发明已通过以上实施例及其附图而清楚说明，然而在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的变化和修正，但这些相应的变化和修正都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于优化P2P网络流量的方法，其特征在于，包括：

根据IP地址数据库，获得请求资源的节点的地理位置信息以及初始P2P路由表中各节点的地理位置信息；

根据所述请求资源的节点的地理位置信息以及所述P2P路由表中各节点的地理位置信息，并按照预定的地域划分方式对所述P2P路由表中的节点进行分类，并对每一类别中的节点进行探测；

根据探测结果并按照预定的综合评价策略生成新的P2P路由表，利用所述新的P2P路由表来路由P2P流量。

2.根据权利要求1所述的用于优化P2P网络流量的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据P2P网络动态变化情况，及时更新所述初始P2P路由表，并重新按照权利要求1所述的方法生成新的路由表，直至请求资源的节点退出P2P网络。

3.根据权利要求1所述的用于优化P2P网络流量的方法，其特征在于，所述探测至少包括探测端到端延迟、节点可达性、节点上行/下行可用网络带宽、节点在线时长中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的用于优化P2P网络流量的方法，其特征在于，对于网络中无超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后根据P2P路由协议获得相关节点信息生成所述初始P2P路由表。

5.根据权利要求1所述的用于优化P2P网络流量的方法，其特征在于，对于网络中设置了超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后从超级节点或Tracker服务器获得相关节点资源列表信息生成所述初始P2P路由表。

6.一种用于优化P2P网络流量的装置，其特征在于，包括：

获得地理位置信息模块，用于根据IP地址数据库，获得请求资源的节点的地理位置信息以及初始P2P路由表中各节点的地理位置信息；

分类及探测模块，用于根据所述请求资源的节点的地理位置信息以及所述P2P路由表中各节点的地理位置信息，并按照预定的地域划分方式对所述P2P路由表中的节点进行分类，并对每一类别中的节点进行探测；

生成新路由表模块，用于根据探测结果并按照预定的综合评价策略生成新的P2P路由表，利用所述新的P2P路由表来路由P2P流量。

7.根据权利要求6所述的用于优化P2P网络流量的装置，其特征在于，所述装置还包括：更新模块，用于根据P2P网络动态变化情况，及时更新所述初始P2P路由表，并利用权利要求6所述的装置重新生成新的路由表，直至节点退出P2P网络。

8.根据权利要求6所述的用于优化P2P网络流量的装置，其特征在于，所述分类及探测模块中的探测至少包括探测端到端延迟、节点可达性、节点上行/下行可用网络带宽、节点在线时长中的一种或多种。

9.根据权利要求6所述的用于优化P2P网络流量的装置，其特征在于，对于网络中无超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后根据P2P路由协议获得相关节点信息生成所述初始P2P路由表。

10.根据权利要求6所述的用于优化P2P网络流量的装置，其特征在于，对于网络中设置了超级节点或Tracker服务器的P2P网络，请求资源的节点在加入P2P网络后从超级节点或Tracker服务器获得相关节点资源列表信息生成所述初始P2P路由表。

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