（计算机科学与技术专业论文）基于p2p的sip网络电话关键技术的研究.pdf

北京邮电大学瑚l 十沧文 摘要 基于p 2 p 的s i p 辩络魄话关键赦术的研究 摘婺 黼蒋互袋蠲模式的逐渐成熟帮宽带接入的迅速游及，入们在 翻常酌工作和生活中对网络的依赖往越来越太，网络电话 乍为 种新生的可选通讯方式凭借其高性价比和丰富的增值业务褥到 了广泛豹关注。s l p 会话耨始协议作为n g n 帮3 g p p i m s 的核 心协汉具有灵活静圭广震性帮商效豹会话建立链能，它将怒黼络融 合的推动者，赫于s i p 的网络电话将熄网络电话的主导。随潜技 术的发鼹，终璐豹计冀憨力在不垮避强，如露裂用这些瓣终边缘 麴计葵熊力是p 2 p 计算疆究豹深蔻，本文把挚2 p 敦零弓i 入翻s i p 嗣络电话中，试图解决传统的c s 模式所固有的可扩展性差，容 易出现单点实效，访瞧渗宽簸颈等淘题，提出了基于p 2 p 懿s l p 网络墩话系统，设计系绞整体撼架势熬点研究了p 2 p 豹资源定位 弊法，掇出了种适合在广域异构阏络中部署的联次式商阶 c h o r d 资源定位模型，对高阶c h o 翻进行仿囊，分亳曙其蛙熊，最 后对s i p 进行了p 2 p 扩展，并实现7 系统最小原型。 关键词： p 臻 s l p2 p s 涵c 孰。喇 溺络电话穗盏网络 ! ! 塞坚皇查兰竺主笙苎塑墨一一 t h er e s e a r c ho fk e yt e c h n o l o g y0 fs 1 p i n t e r n e tp h o n eo np 2 p a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e tm o d ea n dp o p u i a f i z a t i o no ft h e b r o a d b a n da c c e s s ，i n t e r n e tp i a y sak e ! r o l ej no u ri i v e sa n dw o r k i n t e r n e t p h o n e a san e wo p “o n a jc o m m u n j c a t i o nt o o l， g e t s m o r ea n dm o r e a t l r a c t e d ，f o ri t sh i 曲q u a l i t ya n dl o p r i c e ，a l s oa i lk i n d so fa d d e d v a l u e s e r v i e s i p ( s e s s j o n in j t i a t i o np r o t o c 0 1 ) ，a sl h ek e yp f o t o c o l 面n g na n d 3 g g p - i m s ( 1 p m u l t i m e d i a s u b s y s t e m ) ， w i l l g e i t s p l a c e j nt h e n e t w o r k c o m b i n e dp r o c e s s i tw a sb o r e dw i t ht h ew e 一e x t e n d e da n d c f f i c j e n tc h a r a c t er i s t i c w h e ns e “j ”gu pt h es e s s i o n i tw i l lb et h et r e n do ft h e 1 1 1 l e 皿e tp h o n e a s l o ，a n o t h e rt e c h n o l o g ya t t r a c t su s ：p e e 卜t 0 - p e e r w j t hp 2 p t e c h n o l o g yw ec a nf u l l ym a k eu s eo ft h ee n d - p o j n ti n c r e a s i “gc o m p u t i “g c a p a c i t y ，a l s i tc a ng e cr i du fs u 皿es h o r t 8 9 eo ft h ec s ( c l i n e t s e r v e r ) m o d e ， w h i c hi sp o p u i a rt 】o w d a y s s u c ha sn o te a s yt oe x t e n dt h es y s t e m ，c a u s i “go n e p o i n tf a j l u r e ，l a c ko fb a n dd u r i n gt h eh o ta c c e s s t h j st h e s i sf o c u s e so nas i p p h o n es y s t e mb a s e d o nt h ep 2 p，“r s t i t d e s j g n s a na r c h i t e c t u r eo ft h e s y s t e m ，t h e np a y sa t t e n t i o ni ot h ea “t h m e t i co fr e s o u r c el o c a t i o n i b r i “g su pa p 2 pr e s o u r c e1 0 c a t i o n m o d e l h j e r a r c h i c a l ，h i g hi e v e lc h o r dm o d e lw h j c h a d a p t sf o rt h ew a nc i r c u m s t a n c e ，a l s 0i tp u t su pt h es i m u l a t i o nr e s u l to fh i g h l e v c lc h o r d m o d e ia n d a n a l y s e s t h e r e s u l t ， t h er e s u l t r e a l l ym e e t s o u r e x p c c t a t i o n i nt h cc n dw ee x t e n d s i pt o c a r r yl h ep 2 pm e s s a g ea n dh a v e f i n i s h e di h ea n t e t y p eo ft h es y s t e mb a s e do no s i p k e yw o r d s p 2 ps i p o v e r l a yn e l w o r k c h o r dh i e r a r c h j c a l 北京邮电大学硕士论文 熙表索s 图2 1 露2 2 爨2 3 瞬2 4 啜3 一t 黼3 2 圈3 3 鼬3 4 蓬4 一l 图4 2 瞳4 3 爨4 4 图4 5 凰4 6 或4 一? 圈4 8 圈4 9 整4 一1 0 围5 一l 图5 2 爨5 3 国5 4 图5 5 垂5 6 圈5 7 图5 8 匿5 9 菡5 一i o 图6 1 璺8 2 圜6 3 圈6 4 匿7 一t 盈7 2 图7 3 囝? 一 璃7 5 图7 6 圉7 7 窿表索号l s ! p 、h 3 2 3 协议栈比较图。 典型圃络电话系统结鞠嚣 5 7 p 2 p s i p 网络电话系统结构固。8 p 2 p s i p 网络电话实例图，m 9 p 2 p 模式争c s 模式 节点物理拓补鞠 1 i 节点覆盖网拓扑图，。1 4 结构侣和非结蠲化覆盖秘络拓於瑗 案串g 录模型 p 2 p 的混合模式1 8 广播泛洪拓扑躜 文档踌由摸墅缸轩瑶 1 孽 基于d h t 的p 2 p 的系统崖旋图2 1 c a n 拓扑结构鼹 戳# 整找娄镄 2 2 c a n 节点加八嘲2 3 t a p e s t r y 拓扑结拷图 c h o f d 覆盖礴络嚣毒 爨 d h t 路径分析斟 层次环的物理拓扑图 层次善| ：逻簿拓 霜， 层次环模型分析图 3 阶c h o r d 路由指针模型 高玲e 蝣幸逻辑露径和阶的美系 阶数增长和路由消息( k 1 ) i 0 9 2 d 。3 5 3 8 3 9 4 i n 描1 0 0 0 00 ) 的关系4 2 p 2 p s i m 类结构鼬4 3 查询成功率霉 平均时延图一 s i p 蛆件图 用户点接呼a i 馆令流程霉 4 4 代理服务器的s i p 呼叫信争流程躅4 9 重定向呼叫的s t p 信令流程囤4 9 c h o 砖琢中节点如入逻辑整 爷点加八信令流程圈5 9 c h 。r d 杯中用户淀册拓扑图6 l 用户注册信令流程露 e h 。r d 环中用户定位逻辑蹬6 4 用户怒位信令流程图6 5 o s i p 协议栈模块踺 v 独创性( 或创新性) 声明 本人声褥辑呈交静论文嫠零a 在譬9 摹指导下避车亍熬戮究工 睾器取褥静辫究残栗； 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过鲍硪究成暴。也不色盘为获得j e 京邮电大学或其他教育橇 构的学位或证书而使用避的材料。与我同工作的同惑对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作丁明确的说明并表示了谢意。 孛谤学谴论文与资辩菪有不实之楚，本a 承担一切褶关豢经。 本人签名：麴；犯日期：2 自癍李，堡 关于论文使用授权的说明 学位论文捧者完全了簿j e 寨郎电大学有关保留轻使用学位论文的规定，帮：研究 生在校玻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 囱国家辚关部门姣辊构迸交论文麴受印俸秘磁盘，竞诲学位论文被套阕帮氆翔； 学校可以公布学位论文的垒部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制 手段儡存、汇编学位论文。( 保密的学债论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：率学位论文属于保密在年解密精适用本授权书。嚣保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 一 牛 北京邮电大学硪士论文基予p 2 p 的s l p 风络魄话关键技难的研究 1 1 课题研究背景 繁一章缝论 随着互联网模式的逐渐成熟和宽带接入的迅速蒋及，中圜互联嘲的发展进 入了另令离潮，形成宽带甄联网谶瀛。据e o 辨u t e ri n d u s t r ya l m 8 n 8 c 绕诗，2 0 0 s 年全球互联网宽带用户达到2 1 5 亿，而1 9 9 9 年全球宽带用户仅有5 0 0 万，2 0 0 2 年仅宥6 7 0 0 万。美国是垒球互联网宽带用户数量最大的国家，预计到2 0 0 5 年 瘫宽繁爱户数褥运戮4 7 万，孛嚣往器第二，赞3 鞫e 万；獠据翻n 托统计撤 告，截止2 0 0 5 年6 月3 0 日，我国上网用户人数己达到l _ 0 3 亿。聚集猩互联网 上的( 宽带) 耀户已经不褥满足予筵单的鄹夏测览、郯禧簸务、文字交漉，两希 望获得更多个性化、时尚化、功能丰富多彩韵宽带增值应用，而面向大众的语音 即时通信应用尤为引人关注，在众多的多媒体通信控制信夸中，s i p ( s e s s i o n i n i l i a i o np f o t o i ) 会话裙始秘谈娃其高可扩展性、爱活性、赢操作性并提供了 一种可以将简单的应用结合到复杂的服务中去的方法控制信令本身独立于会话 建立豹类型等蟪蛙近年寒在遥售耪网络磺究领域受戮较大关注，是下一代瓣络 ( n g n ) 中的核心协议之一，并且被3 g p p 工作缀定义为第三代移动通信系统的信令 秘议以提供i p 多媒体服务。它9 2 将蜂窝系绞秘i n t e r t 应赠领域融合在一起， 为人们提供了条使褥成功的i n 协m e t 服务凭所不在的途径，它最初是由i e t f 的胁i j s i c ( m u l t i p a r t ym u l t i m e d i as e s s i o nc o n t r 0 1 ) 工作组提出的一个标准 舞囊簿决i p 瓣t 的蓿令攘涮。在 p 网络分屡模墅主，s i p 是z 作在盔蹦屡上的 一个信令协议，可以用来建立、修敬和终止肖多方参与的多媒体会话进程。会话 中的成援能够通避组援或攀播联系的踺终寒遽缕。s i p 支持会镖绉述，它是诲参 与者在一组兼容媒体类型b 达成一致。它同时通过代理和重定向请求到用户当前 位置来支持用户移动性。在具体实现上s i p 协议往往鬻要与r s v p 、s d p 、i s u p 等一系捌协议联会使丽。s p 匏出现是在遥倍丽络界黻井毫无所知豹情况下发生 的一场萆命，它将人们从电信服务的高投入、低增值中解放出米，并带入低投入、 高增蕊的簸务孛去。 研究s i p 的现实系统时发现，s i p 的应用大多是使用了客户机服务器的c s 模式，这秘模式的一个特点就是中心服务器的存在，中心服务爨枣在的缺点在予 部署维护成本高，容易出骥服务器革点实效瓶造成系统瘫痪，嘲络整体带宽和处 理能力衡不到充分的利用，可扩展性差等。蒯时我们注意到了另外一个研究热点 挖p 技术。p 2 p 壤念上势军莲一个耩生豹事物，反孙t e r n 8 t 匏发震来看， i n t e r m t 就是个最大的p 2 p 系统，每个获得一个i p 地址接入到i n t e r n e t 的 北京邮电大学顿士论文 蒸予p 2 p 的s l p 鼹络电话关键技术的研究 主梳都燕这个庭大p 2 p 体系里瑟豹一个对等节点p e e r 点，每个p e e r 结点之 翔在角爨上楚竞全对等静，嚣袋今流嚣的e s 、b s 豹孛心溺络结秘是蠡 于受壤 当时软、硬传、管理务箨豁约寨嚣笈震越来驰。隧藩技本瓣发震秘慧末懿变革， 口e e r t o p e e r 的概念和思想叉重新樱到了人们的重视和研究。现在研究誊对p 2 p 的定义鼹：p 2 p 怒在i n t e r n e t 现有整源的缀织和糍找形式之外的一种耪靛资源 组织与发现的方法，它的擞太特点在于不依赖中心缩点丽依靠网络结点的自组织 对等漭佟的方式束发瑗资源，共察资源。在对s i p 僚议深入研究发现s i p 协议摆 絮主要燕遥避在i n t e r n e t 主发现对等点搁变互会话信息双而建立会话的斑塌艨 协议。瓣“发现”是依靠p r o x y ，r 酬i r e c t o r ，r e g i s t r 时，l o c 8 t i o ns e r 始r 这 些实体功能来竞藏。交聂臻患可以宛金由对等点之阉鼙独实现，即s i p 协议孛熬 最小逻辑实体u a ( 用户代理) 可以进行点对点通信建立会话。p 2 p 与s i p 诃着天 然翁联系，而本文翁重点是基于p 2 p 的s i pi n t e r n e t 羽终电话关键投术静研 究，镪括p 2 p 翦资源定位算法研究，撼出一种n h tc h o r d 算法的实现改进模型 屡次式寒玲c h o r d 丽算法；定位舞法在实瑷上与s i p 漭议翡结合等。 l 本文主娶王 睾和缀织鲮梅 1 2 。i 本文耱主要工作 l ：详细分析了结橡化媳p 2 p 袭绞资源定位算法一分糍式嚷謦袭( d 阻) 算 法。瓷瀛定位篝法是弛p 系统弱攘心，本文详缀分褥了蘸三三耱典型的9 孵算 法：c h o r d ，c 州和t a p e s t r y ，并对它们进行了比较和讨论。 2 ：掇稿一种遗台广域露构随络韵p 2 p 资源定位模型蔗浚式蕊阶c h o r d 赞源定位模型；瑶次式燕剥弼节点在网络中的物理拓扑特性组成主、次环，而各 环耀甄协作竞成资源的定位鞠发奄，并显实琥焱诲结慕黪本蟪偬，获蔫提高查找 效率，增强系统黪攘棒性；舞盼赫疑熬在予逶避增藤籍海蠹羲嚣掇高受源豢找的 效率，文章对离阶c h o r d 进行仿真试验，分析萁特点； 3 ：设计p 2 p s i p 网络电话框架，分柝s i p 协议鼢特性，对s i p 故议进行了 p 2 p 扩展，包括消息的选用以及策略的分析，并且以o s r p 协议栈为基础对s i p 瓣p 2 p 扩震送行了骏涯，势实瑰了系统的最小藤型。 2 靶塞郎瞧大学疆士埝文蘸予p 2 p 薛s l p 耩络电话关键技术豹研究 】2 2 本文的章节安排 第一章怒绪论部分，简述了课题研究背景，课题酌燕爱工作以及章节的 安撵； 筵二攀分提了s l p 霹络窀落装姆患，舞设 一个基予p 2 p s j p 瓣终龟话 系统，提出所疆解决的关键技术： 第三章介绍了p 2 p 计算驰概念，p 2 p 覆盏网终的提擞以及主要黪p 2 p 应 用系统； 第嚣牵辩p 2 p 援拳避 亍了译绍分静亍，主要分帮千讨论了兰种基予d 沂的资 滚定位箕法。 第五摩在翦嬲避的讨论熬础上提避7 耪逶会异= 晦广域鼹终黪p 2 p 姿源 定位模型一屡次式离赡c h 。r d 姿源定位模型，对葜娃避行分辑势 且对商阶c h o r d 进行仿真，分析仿真结果； 第六毒对s i p 协议进 亍韵析：主簧包括协议主强组件，三种典型砰叫方 式懿及胃扩震经； 筵七枣对s i p 遴萼亍了p 2 p 扩展，使褥窀艇够承载咒p 游议信怠，宠藏p 2 p 覆盖弼络的建立，维护z 俘：并冀激龉l p 按议我势基懿实巍了系统番 小原型； 第八章总结本文，并且攒出系统进一步改进和研究曲工作方向。 托蒙郎壤大学嫒士论文 基予挚2 辩s l p 霹络电话关键技术豁辑究 第二耄p 2 p s i p 网络电话体系结构 2 1 网络电话的现状 网绻电话技术始于1 9 9 5 年以色剽的v o e a l t e c 公司推出融客户端软移i p 电 话“i n t e r n e tp h o n e 4 ，它鼹以i p 为网络层协议的计算机网络中进行语音传送的 韭务，鑫于计算枫舞络瞧称为 p 弼( 计算辊瓣络最基本豹协议是i p 协议) ，困j 逄 这磺技术氇称为弼i p 。计葬辊潮终采瑶的燕分组交换控术，群传输豹数据单茹 都是由橱识部分和数据部分封装箍成的独立数据包，因鳇不逶合健输谌蛰信号。 为了能够在i p 嬲络中传输语音傣号，必须先通过数骥转换按术将语豢嫔号转撬 为数字信号，并且进行压缩( 以节省网络带宽) ，然后再生成数据包，这样就能在 i p 黼络中转输了。传统的谱音技术采用的楚电路交换技术，通话取方通避p s t n 翮建立一条固定带宽稻艇b p s ) 的电路，虽然保证了其低对延、低失真的实对通信 鼹务羼爨( q 。s ) ，蜓这秘方式网终繁宽蛉刹髑攀诋，通信藏本麓，嚣嚣潜馕鳖务 的摆广毙较基难。露粥i p 掇夫静好处在予茺嚣独占一条链路，糯且露苏与其镶 语音( 数据) 共事链路，因此，其网络利用窜黼、通傣成本低；而且因i p 阏络具 有开放性的特点，很容翁快速推广蒋灼v o i p 应用。随饕i n t e r n e t 瞬绔环境的改 善和人们对网络的依赖性增强，网络电话作为主流的通讯方式之一是可以预见 熊。 。 缀溅翔络魄话黔发旋，主要奋嚣静控潮僚令协议：h 3 2 3 藕s i p ，它们分羯 是通信领域与阂特网领域推出的协没。在比较嚣者之裁兜看一下它们各皂骆议棱 框架如f 图： 翳2 一ls p 、扎3 2 3 协议栈比较踏 北京邮电大学硕士论文 基于p 2 p 的s l p 网络电话关键技术的研究 简单来说，s i p 相当于h 2 2 5 的注册，接入和状态( r e g i s t r a t i o n ，a d m i s s i n a n d 吼a t u s ，r a s ) 协议和q 9 3 l 呼叫控制信令的有机结合，s d p 相当于h 2 4 5 。 另外，s i p 的u a 相当于个h 3 2 3 的终端( 或者包交换网络侧的网关) ，s i p 服务 器( 代理服务器和重定向服务器) 则相当于h 3 2 3 的网守，解决终端用户寻址和选 路问题。下面从几个方面对比它们的特点： 夺首先，两种信令协议定制的出发点不一样。h 3 2 3 企图把i p 电话当作传统的 电话，只是传输方式由电路交换变成了分组交换。而s i p 协议侧重于将i p 电话作为i n t e r n e t 上的一个应用，较其他应用增加了信令和服务质量 ( q u a l i t y o fs er v i c e ，q o s ) 的要求。它们支持的业务基本相同，都利用r t p 作为漉媒体的传输协议， 夺消息的编码方法不一样。h 3 2 3 采用基于a s n a 和压缩编码规则的二进制方法 表示其消息。a s n a 通常需要特殊的代码生成器来进行词法和语法分析。而 s i p 是基于文本的协议，类似于i n t e r n e t 的其它协议( 如h t t p ) 。易于调测 排错：结构灵活，便于扩展。 夺会话能力的协商和调整方法不一样。h 3 2 3 采用h 2 2 5 和h 2 4 5 协议分别 传送呼叫控制信息和媒体控制信息，这两类协议消息一般是串行传送的， 仅在快速连接建立过程中，才是同时传送的。而s i p 协议在传送呼叫控制 信令的同时，可以在消息体中传送呼叫的媒体类型和格式等信息，加快了呼 叫建立的速度。这部分信息的传送是利用会话描述协议( s d p ) 完成的。 夺在补充业务方面，二者所采用的方法也不一样。h 3 2 3 沿用q 9 3 2f a c i t y 机制，对补充业务流程有严格地规定( h4 5 0 ) ，因此，不同实现间地互通比 较方便。s i p 则是通过a l s o ，r e p l a c e s ，l o c a t i o n 等标题字段予以实现，并 无专门地补充业务规范，为业务设计者留有较多地空间。 综上，h 3 2 3 沿用传统的实现电话信令的模式，符合通信领域传统的 设计思想，进行集中、层次式控制，便于与传统的电话网相连。s l p 协议 借鉴了i n t e r n e t 的标准和协议的设计思想，在风格上遵循i n t e m e t 一贯坚持 的简练、开放、兼容和可扩展等原则。s 1 p 同i n t e r n e t 结合，可以很方便地 生成新业务。网络的发展趋势是融合，而融合的方向便是i n t e r n e t 模式， 注意到s l p 协议已经成为了下一代网络n g n 软交换中的核心协议，同时 3 g p p ( 第三代移动通信合作伙伴) 在r 5 版本中提出的i m s ( 多媒体子系 统) 更是采用了s i p 作为呼叫和会话的协议，从互联互通的角度考虑，s i p 也是网络电话的首选。 考虑一个典型的网络电话系统结构，如下图： ! ! 室墼皇查兰堡主笙奎薹王! 婆塑! 鲨壁塑璺量茎壁垫苎堕堑塞 匿：习僦黼m 务器 q 邕z 。 蔫丑薹 翳i 一2 典燮嗣络电话系统结构霜 典型的网络电话系统结构大多聚用了集中式结构，这种结构蛇优点在于便于 集中管瑾秘控制，蔼其存在扩展饿蒺、两缮访闻带宽瓶颈、革赢失散、维护和扩 展成本高等缺点。从h 3 2 3 和s 口的分析中也可以看到典型的网络电话系统都有 专门静逻辑实髂鞠售令受蠢寻蛙稻媒俸处壤，懿上霪哉连教务器帮位置缀务器孛 的任个出现了问题都会影响到晔叫的建立，是否可以把这些服务器去掉，而让 用户可啦自由的进行呼叫通信昵? p 2 p 技术的出现为我们繁采了曙光，它是一个 鑫组织，可扩震性好，负载均衡，链价比商的体系结掏。同时注意到s i p 协议具 有了呼叫的建立、修改、终止的所有功能，包括媒体的协商，s i p 协议完全具有 壹接建立会话静姥力逮遣是s i p 熬怒 蒋程。 北京邮电大学硕士论文 基于p 2 p 的s i p 网络电话关键技术的研究 2 2p 2 p s i p 电话体系结构 综上，为了获得一个具有高可靠性，可扩展性，负载均衡而且互通性能好的 网络电话系统，通过把p 2 p 技术引入到s i p 中提出了基于p 2 p 的s i p 网络电话系 统，系统基本框架图如下 应用层 滚勰 砰删： 。 l 用户呼hl 管褒 渡掰睦找。媒体处珊 p 2 p 定位 呼叫 芋甄l 树用8 i p 信令。 会话 交互p 2 p 信息 s t p 信令层 赚钵抟辘 i 雕r p ，r r l c p ) f 1 s c t p1 _ c pu d p il l p 图2 3p 2 p s i p 网络电话系统结构图 系统分为六个模块 应用层： 主要负责用户业务逻辑的控制和实现；应用层通过用户呼叫管理层建立会 话，会话建立后将通过s i p 层和媒体层直接和对等点进行交互。 用户呼叫管理层： 主要负责用户信息管理相关的功能以及呼叫管理，如用户查找、用户合法性 验证等；这里提出呼叫管理的目的在于给应用层提供一个统一的呼叫会话建立接 口，把呼叫处理独立出柬有利于系统的修改和扩展；该层通过p 2 p 定位层去注册 和查找用户信息，然后通过s i p 层建立会话，把会话建立结果提交应用层。 p 2 p 定位层： 系统引入p 2 p 主要是解决用户位置信息的发布、管理和定位，这一层将通过 合适的p 2 p 资源定位模型满足这些需求，把它和用户呼叫和管理层独立也是为了 系统具有更高的扩展性，统一了p 2 p 定位层和呼叫管理层的接口以后p 2 p 的实现 北京螂电大学硕士论文基于p 2 p 的s 嘲络彀话关键控术的研究 ，d 跫、囤篙嚣 掣她孟起“”蘧而 黟 圈2 4p 2 p s i p 网络电话实例图 9 北京邮电大学硕士论文 基予p 2 p 的s i p 网络电话关键技术的研究 第三章p 2 p 计算的概念、背景、主要应用应用领域 3 1p 2 p 计算的定义与发展 3 1 。l 粉p 计算酌定义 p 2 p 诗算也稼为慰等诗算或辩等潮络) 是模薅a 爽季圭会p e r s o 珏_ t r r s 。n 瓣 交流方式。当前对p 2 p 计算并没宥严格的定义，多数定义突出了p 2 p 模式与c s 模式的主要区别，即p 2 p 网络中炙专门的服务器，计冀节点在功能上怒对等鲍， 传统的e s 计算模式在应用层是袋取集中按制的，由服务器提供服务并对客户端 进行控制：而p 2 p 网络中备个节点在应用层是逻辑对椁的，各个节点之间可以直 接避符数据透信嚣不需簧遥过孛瓣熬鼹务器，每争节盎露对竞囊其缝节赢靛激务 器和客户。通常认为p 2 p 和c s 悬实现分布式计算的两种不同方式。如下图3 一l 舀3 一；p 2 p 模式和e ，s 模式 o r e i u y 的c l a y s h i r k y 也对p 2 p 计算律出了如下定义：p 2 p 是一类剥眉各 种i n t e r n e t 边缘资源翡旋用程序，边缘资源包括存储、计算、内容、人力等瓷 源；访问这些分散资源意味着在不可预测的i p 地址和不稳定的网络连接环境中 送行，蹶戳p 2 p 节点必簇猿立于戮s 系统季鹜巾心鞭务器，完全或嵩度蘧露治帮鸯 组织，这个定义指出了不稳定的网络连接特性是每个p 2 p 网络所必须克服的；除 此之外，p 2 p 的特点是允诲a 们利翅网络边缘的各种嶷源，因必f n t e r n e t 的边 缘资源逸比“中心资源”( 服务器酌服务) 增长要快。 综上对p 2 p 计算下一个比较通俗的定义：p 2 p 是现有网络资源的组织和查找 形式之磐静一释耨器瓷源缀绥与发现静方法，它蠡冬最大特点在予不依赖中心结点 而依靠网络结点的自组织对等协作的方式来发现资源、共享资源。 北京邮电大学硕士论文基于p 2 p 鲍s i p 霹络电琏关键技术敬礤究 3 1 2p 2 p 计算的发麟背景 缴戏n t e r n o t 发嶷瑟程，魁p 妻冬露憩并不是嚣么鼗黪惑慧事实土i n e r n e t 的提出a r p a n e t 就是基于这一思想的：每一台获得一个i p 地址蕊接入到i n t e r n e t 的主机都是这个麇大p 2 p 体系里鹾的一个对等p e 8 r 结点，两现今流行媳c s 、 b s 的基于中心的网络结构大多是由于当时嗣络的软、硬件能力不足以及成本昂 贵磊不襻不撼激努角色集串到多数瀚鼹务器中，把计鼙静蘸力要求都集中猁瓶努 器端，褥客户端炙是革纯作为计算服务静经用者，弱纯了对逾缘节赢静计算藐力 要求，假是睫黄技术的发展和震求的变革，p e e r t o 呻e e r 的摄念积思想叉重新 褥到r 人们弱萋规帮研究。p 2 p 计冀霪新潦行鸯其深剡的技术鹜最帮柱会鼗景， 是技术进步和社会发展的必然结果。主要以下几个方面原因： 冷酗o r e 定律指出：徽处联器时齄壤能力和磁盘韵存储能力每1 8 个其翻一番， 终端辊器的计箨麓力和存储簸力谯随之飞速增长。扶目前比较看来p c 的计 算s 力蟊存麟貔力墨经大大超避晕期懿重型捉，大多在王g 戆计算箍力4 0 镰 的誊德裁力跌上，犬羹榘中式熬鼹务皮鼹使撂边缘终端麓力丈大道剩。撅鸯 点资本主义的缀济相对过剩理论 夺g i i d e r 定律指出：网络带宽每6 巾月翻一褥，迅速增长魏嘲终带宽为疑多静 p c 机宽带接入i n t e r n e t 提供了可能( 如今的a d s l 拨号上网速度均大于 s 1 2 k b s ，瓣显网络接入方式瞧在不断静丰富) ，宽带的接a 凳大带宽寝掰羹 京了耱理彗硝。壶予中心辍务穰蕊酪大蛩存在瑟存在着一对矛盾：边缘节点 带宽相对过测釉中心服务器带宽则成为服务扩煨和服务腰璧像谨豹溉颈鳇 矛盾。颇有点生产力秘生产关系矛盾的激他的喙道 夺贝尔定律指出：网络的设备会越米越便直，体积会越来越小，因此会宵越来 越多鹃埽户在备稀不醐翁场舍使灞不同瀚智能设备接入网络。丽从麦特卡夫 寇释我们豁遴弼绦鹃价值与用户数懿成平方关系，即接入网络的嗣户数 量和网络的徐馕成正反馈关系。藤要发挥遮秘n 舔静网络增壤份馕懿幸譬用， 裁嚣要用户之瓣进行更多蛉点对点运售鞍资源共牵。 夺集中的服务模式中局部热点效应杂使得服务质量下降，甚至服务器的雌点实 慧而熬个滕务系统瘫痪，可靠性不高，可扩展性不强。比如在9 1l 事件爆 发时，巨大突发的b 流量阻塞了相关的新闻网站：为了满足日益增加的访 竭请求并搀窿滕务质爨，鼹务器必须保涯镀7 静掰靠性藏足够强大，服务 器处理麓力运濒戒淹耀络发震瓣瓶蘩，为瑟登攒澍舷务器避行舟缓辩乏提高 性能，成采用多台服务器组成服务器集群采共同处遵用户请求，但是，单纯 地，= 数服务器链麓的代价非常昂爨，面采用服务器煞群的方法瞧难默遴一步 北京邮电大学硕士论文 基于p 2 p 的s i p 网络电话关键技术的研究 扩展。 从社会经济背景来看，p 2 p 技术能够充分地利用网络边缘终端的过剩能力， 而目前i n t e r n e t 的集中结构不利于端用户的直接交流，随着用户量的进一步增 加和端处理能力的增强，这种直接交流、共享的要求就更加迫切，p 2 p 计算模式 的使得用户能够直接的在i n t e r n e t 的虚拟网络中沟通和共享资源，它发展和广 泛使用是必然的，据数据表明，现在互联网上6 0 的数据流量是p 2 p 应用的流量。 3 1 3p 2 p 计算的技术特点 与传统的分布式系统相比，p 2 p 技术具有无可比拟的优势。同时，p 2 p 技术 具有广阔的应用前景。i n t e r n t 上各种p 2 p 应用软件层出不穷，用户数量急剧增 加也说明了其高可用性，其技术主要具有以下特点： 非中心化( d e c e n t r a l i z a t i o n ) ：网络中的资源和服务分散在所有结点上， 信息的传输和服务的实现都直接在对等点之间进行，可以无需中间环节和服 务器的介入，避免了可能的瓶颈。p 2 p 的非中心化基本特点，带来了其在可 扩展性、健壮性等方面的优势。 夺耳扩展性：在p 2 p 网络中，随着用户的加入，不仅服务的需求增加了，系统 整体的资源和服务能力也在同步地扩充，始终能较容易地满足用户的需要。 整个体系是全分布的，不存在瓶颈。理论上其可扩展性几乎可以认为是无限 的。 夺健壮性：p 2 p 架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个 结点之问进行的，部分结点或网络遭到破坏对其它部分的影响很小。p 2 p 网 络一般在部分结点失效时能够自动调整整体拓扑，保持其它结点的连通性。 p 2 p 网络通常都是以自组织的方式建立起来的，并允许结点自由地加入和离 开。 夺高性能价格比：性能优势是p 2 p 被广泛关注的一个重要原因。随着硬件技 术的发展，个人计算机的计算和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定理 高速增长。采用p 2 p 架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通结点，将 计算任务或存储资料分布到所有结点上。利用其中闲置的计算能力或存储空 间，达到高性能计算和海量存储的目的。 冷隐私保护：在p 2 p 网络中，由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经 过某个集中环节，用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小。但用户 信誉的保证是将是一个难点。 夺负载均衡：p 2 p 网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机，减少了对 传统c s 结构服务器计算能力、存储能力的要求，同时因为资源分布在多个 北京邮电大学硕士论文 纂于p 2 p 的s 撑网络电话关键技术的研究 节点，更好的实现了整个网络韵负载均衡。 3 。2p 2 p 誊十冀熬攘盖阏终 在构建或阐述一个p 2 p 计算废用的时候经常会使用列“覆盏网络“的术语来 描述系统的逻辑掭卦结构，它是理勰、应用和区分不同豹p 2 p 计算模型的一个十 分重要的概念，因此单独一节进行介绍。 通常p 2 p 潮络瘫用楚构建子现存韵藏嫠耨理网络基础之上，所班被认为是在 现有潮络之上又糍盖上一艨两络( o v e r l a y t r k 帮覆盖两络) ，这种覆盖阐 络大多用于描述p 2 p 的应燃逻辑掂龄旗构。如图3 2 秘曩3 3 。e s 静计算模鼗 中，服务器与窑产秽t 之闻黔连接遥鬻是壹接铱毅于感屡物理爨鳃辐挣瓣，它靛之 间的通信遵循物理最短路径原则；而p 2 p 节点之间的通信是应用中逻辑拓扑( 即 覆盖网中) 酌最短路径，这可能和赢蔗网络的物理路径檑差稂丈，因为通常情况 下p 2 p 攒盏两络和底层物璞拓并网络区别很大，也正是阑为这个原因如何在底屡 物理辐挣网络与p 2 p 覆藏燃络之瓣进纷有效觞据羚影瓣袄嚣攥离p 2 p 痘瘸靛效率 和降攥瓣络开辚践鸯了一个蘧撂研变懿热杰谦遂； 蟊3 2 节点耪瑾拓补冒 露3 0 尊蠡覆盖孵撼扑墅 1 4 点( ； 北京邮电大学硪士论文基予p 2 p 的s l p 嚼络奴话关键技术的研究 图3 2 和阁3 3 可以看到覆盏网络中的b 和a 并不是相邻的而实际上它们在 秘理撼羚上是鞠器斡，遮藏说臻了覆盖掰终移耪瑾掇拎戆差舅，显然我镪嚣望物 理拓扑和覆盖网络拓扑能够相互影射。 p 2 p 覆盖网络主要分为两种：结构化覆燕鼹络和 # 结构化覆盖网络。结构他 是指p 2 p 节点溺的关系燕根据一定瓶i g 联系在一起的，有严格的逻辑关系，而罪 结构化覆盖网络是指节点之间并没有严格的逻辑关系，是一种自由松散的组合， 遥常这秘菲结擒往覆盖耀孛匏节患凳需要绦存一定数量蕊邻嚣带点信惠，焉这些 邻居带点之间没有任何的逻辑上哭系，如下图 躁3 4 结构化和非结犄化覆盖卿络拓 霉 3 3p 2 p 主要成用领域和典型系统 p 2 p 技术g | 鼯弼络诗箨模式默鬟孛式囱分数式缡移，连载怒说璃络疵甭麓竣 心从中央服务器向网络边缘的终端设备扩散。p 2 p 网络的主要应用有以下几个方 面： ( 1 ) 普及计冀 普及计算是分布式计算的思想在广域刚上的延伸，目的是将网络上的c p u 资 源共李，把弼络牵众多懿整逶计算瓤孛警辩不短静诗篱能力剥麓超来，糟以撬行 以往需臻超级计辣机的计算能力才能完成的经务。这种对等计算使得任何需要大 量数据处理的彳亍娃帮可从中获利，鳃天气臻摄，动疆蒜董# 、蓦鞠缓翦磅究等，有 了对等计算之詹，就不再需要昂贵的超级计辣机了。 ( 2 ) 协同工作 漭阚工律是撂多个鞠户之闽翻用网络中靛协同计算平台互相协同采共同完 成计算任务，共事信息资源等。传统的计算机协同工作( c s c w ) 依托在网络之上， 毽戳曲方式实骥，往往缭照务器带寒极大熬受援，成本也投冀鹣磊责，露莱瘸 p 2 p 技术则可以在互联网上任意两个用户之间建立实时的联系和信息传输，避免 了中央服务器产生的网络和处理延避及性能簸蕺，因搿能够更力馒、高效地实现 角户之闻静秘同e 著名的p 2 p 协作系统包括g r o o v e ，m a g i c d i 等。在没有中心服 北京邮电大学硕士论文 基于p 2 p 的s j p 网络电话关键技术的研究 务器的情况下如何定位协作伙伴是p 2 p 协作系统的所面临的一个主要技术挑战， 同时基于p 2 p 的广域网协作面临容错、实时性、可扩展性、安全等问题。 ( 3 ) 即时通信 最近几年兴起的即时通( i n s t a n tm e s s a g i n g ，简称i m ) 实现了用户之间的直 接交流，受到了互联网用户的极大欢迎，可以说已经是无处不在。目前很多公司 正努力将这种方式应用到企业级的协同工作平台中来，已经推出了一些产品。由 于其具有成本低廉、平均事务处理能力较高、可动态扩展等优良品性，并能够有 效地提高信息交流和沟通效率，未来p 2 p 技术在企业级协同工作领域有着很好的 应用前景。例如腾讯的q q 、t m 系统，m i c r o s o f t 的m s n 系统，网络电话的s k y p e 系统，这些系统在用户交流功能上使用了p 2 p 技术，但是在用户定位、用户信息 管理等方面则使用了中央服务器，从整体的系统结构上讲是一种混合形式的p 2 p 系统，而本文工作重点之一是在用户定位和用户信息管理功能中引入p 2 p 技术， 使系统在部署、维护、稳定性方面都得到提高。 ( 4 ) 信息检索 p 2 p 技术使用户能够深度搜索文档，而且无需通过w e b 服务器，也可以不受 信息文档格式和宿主设备的限制，达到传统目录式搜索引擎( 只能搜索到2 0 3 0 的网络资源) 无可比拟的深度( 理论上将包括网络上所有开放的信息资源) 。典型 的系统有d i g i t a l 公司开发的搜索引擎p a n d a n g o l m 以及j x t a 项目的子项目 “j x t as e a r c h ”，很多p 2 p 文件共享系统都提供文件搜索的功能，如g n u t e l l a 等。当前的p 2 p 搜索软件的问题是带宽消耗大、可扩展性差。 ( 5 ) 文件发布和交换 可以说文件交换的需求直接引发了p 2 p 技术热潮，它在互联网上的流量已经 占据第一位。在传统的w e b 方式中，要实现文件交换需要w e b 服务器的大力参与， 要先通过文件上传，然后才能下载。而p 2 p 技术的出现使得这一局面得以改善， 用户利用基于p 2 p 网络协议的客户端软件脱离服务器，直接从含有所需文件的对 等节点机下载文件。比较著名的应用实有：n a p e t e r ，g n u t e u a ，f r e e n e t ， b i t t o r r e n t 等。p 2 p 文件共享除了需要提高其q o s 之外同时存在网络带宽消耗大、 安全以及文件搜索等技术难题，而版权、管理等非技术性问题也制约了文件共享 系统的发展。 此外，还有诸如边缘服务、智能代理、实时通信技术和广域网络存储系统等 其他几种应用方式。另外，美国c y b i k 。及瑞典p o s i tl a b sa b 等公司正试图将 p 2 p 技术应用到无线通信中，使得不必经过基站就可连接具有无线通信功能的移 动终端，实验性产品已经问世。 北京郏魄大擎疆士论文 罄于p 2 p 的s 撑释终奄话关键按拳翡研究 第翻辇醮p 资源定位模型的分析 4 1p 2 p 计算中搜索模式的分类 要时p 2 p 计算模型避行分类我们就必须了解什么是p 2 p 的本质，p 2 p 技术要 解决韵熙一个什么样的问题，从以上的p 2 p 的介绍中我们可以得出一个结论：p 2 p 技术要瓣决戆竣投奉瓣器就是诗箨爨滚静发布鞫寇谯，昃青定经了辑鬻静赘源才 l 秘淡潦款雕嘉穷进嚣遘镶协鬻、共事粪源，瞧只祷程清楚辆道赘源羽发布方法 和位置的情况下爨源的所膏者才能把所拥鹰的姿源发搬绘冀健嚣要者。雕北我嬲 根据p 2 p 模型中蜜源的定健模式的不同瑰鸯翦p 2 p 诗舞模型分溅三大粪；集中瓣 录模型( c e n t r a ld i r e c t o r ym o d e l ) # 广播泛洪模型( f l o o d e dr e q u e s t sm o d e l ) ： 文档黯幽模型( 巍就是蒸予d 耵静套我冀法模型) 。 4 1 1 壤中目录模型 集中舀录模型，顾名慰义在逡种模型下资源的信息将以索引目录的形斌进行 纂中餐攥，翔强4 一i ：巍一令节点嚣要寻找对簿