【摘要】 本文开篇先提出了发展IPTV所带来的主要挑战，目前C\S模型所固有的瓶颈，从而引出P2P技术，介绍了P2P技术的概念，及三种工作方式。重点分析了其在流媒体中的应用，通过举例分析，比较说明P2P流媒体系统的优势所在。并说明了P2P技术应用在IPTV所面对的主要问题及应对策略；P2P流媒体软件实现大规模用户视频直播的具体方式。最后，阐明P2P流媒体技术对IPTV及整个媒体所带来的变革。
【关键字】 P2P对等联网 IPTV 流媒体 视频服务器 可扩展 动态异构 对等节点
引言
IPTV，指的是利用流媒体技术通过宽带网络传输数字电视信号给用户的业务。它不同于一般的宽带业务。首先，IPTV面对的是庞大的消费群体，IPTV体系结构应能够承受突增的用户数量。其次，传送多媒体内容要求更高的计算资源和带宽资源及海量内容存储能力。再者，视频质量应满足实时播出要求，系统稳定性强，并具有严格的资源和控制功能。这些要求给我们的流媒体技术提出了更高的挑战。
目前IPTV系统大多基于客户机/服务器C/S模式，所有视频资源都放在中心服务器上，用户通过直接访问中心服务器，来获得视频资源。这类网络应用模型中，客户端和服务器端处在完全不同的角色中。客户端被动，通常是发送一个请求，而服务器端处在一个支配的地位，获取这个请求，然后返回一个结果来对应这个请求。这就存在着服务器I/O瓶颈。
在这种模式下，系统在可扩展性（Scalability）和容错性（Fault-tolerance）、鲁棒性（Robustness）等方面远远不能满足IPTV的应用需求，具体来看：
1.可扩展性（Scalability）。目前，绝大多数多媒体服务器为终端用户提供媒体服务的带宽上限都不超过50Mb/s，离支持大规模用户的应用目标差距甚远。
2.容错性（Fault-tolerance）是指整个系统在遇到错误的时候仍能以可接受的服务质量继续工作的能力。显而易见，在服务器/客户机模型中，中心的多媒体服务器是整个多媒体服务系统中的单点故障（Single Point of Failure）部件，这就决定了系统的容错能力不高，易于遭到攻击。
3.鲁棒性（Robustness）是指当一个系统中的参数发生摄动时系统能否保持正常工作的一种特性或属性。短时的突发访问量高峰是Internet访问的基本特征。某些突发的事件会造成使用服务的人数在短时指数级上升，这时系统是否依然能够正常工作。在服务器/客户机模型中，需求数量越多，系统提供视频质量越低，甚至崩溃。
通过以上分析，我们可以看到，传统流媒体服务所广泛采用的服务器/客户机模型很难满足IPTV使用需要，用户常会感到画面质量低或伴有明显的延迟等待或中断。而在神州六号升空的直播报道中，新浪网使用的“网络视频直播”使人们感受到了高质量的IPTV，其背后使用的是不同于传统C/S模式的P2P流媒体技术。P2P（对等联网），是一种分布式网络结构，其核心思想是通过系统中节点之间的直接交互来实现信息资源和服务的共享，这就从根本上解决了上面提出的问题。
P2P对等联网技术
P2P是peer-to-peer的缩写，peer意为同等地位的人。从字面上，我们也能看出，相对于传统的集中式客户机/服务器（C/S）模型，P2P弱化了服务器的概念，是一种分布式的对等联网。简单的说，P2P让人们通过互联网直接交互，而不是像过去那样连接到服务器去浏览下载。它改变了互联网现在以大网站为中心的状态、重返“非中心化”，把权力交还给用户。
在P2P系统中，每一参与结点兼有服务器和客户端两种身份，在利用其他结点资源的同时也为其他结点提供服务。这就从根本上解决传统客户端/服务器结构中服务器过载和资源瓶颈的问题。且P2P系统的服务能力随需求的增长而自然增长，具有“与生俱来”的可扩展性。并且P2P系统强调非中心的结构，不会因为某个结点的故障或是人为原因而造成通信中断的现象，具有很强的容错性。这些优势都使得基于P2P网络所构建的流媒体系统，能够从根本上解决基于客户机/服务器模型的流媒体系统所固有的不可扩展性、低容错性和低鲁棒性，满足IPTV实时播放的使用要求。
如今，P2P技术对我们并不陌生。Napster，Skype，BitTorrent这些以P2P为基础的软件，得到了广泛的应用，并改变了我们的生活。对等网络技术已显示出巨大的生命力。
P2P对等网络的工作模式
P2P系统的核心技术是分布式对象即各节点的定位机制。在节点、网络环境不断变化的情况下，如何确定节点位置，寻找合适路径，并建立连接。目前实际应用的P2P网络结构有三种，不同的结构有不同的工作模式，我们分别来看其是如何进行点定位工作的：
第一，集中目录式P2P模式。
这是最早出现的P2P应用模式。在这种结构中，存在一台或多台有特殊用途的服务器为对等点提供目录服务。对等节点向目录服务器注册自身的信息（其名称、地址、资源和元数据）。在查找路径时，通过对目录服务器的访问，进行节点信息的查询，从而定位其它对等点。可以看出该结构仍然具有中心化的特点，因此也被称为非纯粹的P2P结构。用于共享MP3音乐文件的Napster是其中最典型的代表。
第二，分布式P2P模式。
这种模式中，取消了集中的中央服务器，网络中只存在对等的节点，所以也称作纯P2P模式。每个用户节点随机接入网络，与自己相邻的一组邻居节点相连。通过端到端的连接构成了一个逻辑覆盖的网络。对等节点之间的内容查询和内容共享都是直接通过相邻节点间广播接力传递的。同时每个节点还会记录搜索轨迹，以防止搜索环路的产生。
这种结构扩展性和容错性较好，但由于网络中的搜索算法以泛洪的方式进行，控制信息的泛滥消耗了大量带宽并很快造成网络拥塞甚至网络的不稳定。并且这类系统更容易受到垃圾信息，甚至是病毒的恶意攻击。Gnutella模型是现在应用最广泛的纯P2P网络拓扑模型。
第三，混合型P2P模式。
在这种网络结构中，节点按能力不同（计算能力、内存大小、连接带宽、网络滞留时间等）区分为普通节点和搜索节点两类。其中搜索节点与其临近的若干普通节点之间构成一个自治的簇，簇内采用基于集中目录式的P2P模式，而不同的簇与簇之间再通过纯P2P的模式将搜索节点相连起来。这种结构综合了集中式P2P快速查找和纯P2P无中心化的优势。
由于普通节点的文件搜索先在本地所属的簇内进行，只有当查询结果不充分的时候，再通过搜索节点之间进行有限的泛洪查询。这样就极为有效地消除了纯P2P结构中使用泛洪算法所带来的网络拥塞、搜索迟缓等不利影响。同时，由于每个簇中的搜索节点监控着所有普通节点的行为，这也能确保一些恶意的攻击行为能在网络局部得到控制。Kazaa模型是P2P混合模型的典型代表。
目前我国流行的BitTorrent、电驴emule