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基于P2P的IP电话模型

2014/05/10 Tang

一、引言
网络技术的高速发展与普及使其成为信息交互的主要手段。随着网络规模的增大, 接入网络中设备的数量和种类也随之增多,然而,这些资源并没有得到充分的利用。如果能有效地利用这些闲置的计算资源、存储能力和网络带宽, 将会有效缓解目前互联网上所面临的瓶颈问题。P2P (Peer To Peer)对等网络就是在这样背景下提出的一种网络技术。文中首先介绍了P2P 的概念. 研究及其应用状况: 然后分析了其三种网络模型: 集中式P2P 、纯分布式P2P和混合式P2P 各自的特点和发现机制; 最后提出了一种基于P2P 的IP电话模型. 并详细讨论了该模型的信息模型和搜索策略。

二、P2P 技术的内涵
P2P 是英文peer – to — peer 的缩写,是一种网络模型, 在这种网络中各节点是对等的, 具有相同的责任和能力并协同完成任务。对等节点之间通过直接互连共享信息资源、处理器资源、存储资源甚至高速缓存资源等, 无需依赖集中式服务器资源就可以完成。P2P 技术是目前计算机网络技术领域研究的一个热点, 微软、Sun 、IBM 等公司都投入到P2P 技术的研究之中。P2P 与传统的C /S 模式形成鲜明对比。P2P 技术主要指有硬件形成网络连接后的信息控制技术. 主要代表形式是在应用层上基于P2P网络协议的客户端软件。P2P 的应用研究涉及面非常广泛, 主要包括网络拓扑构造, 安全与可靠性、分布式数据存储和并行计算等。P2P的应用更是涵盖诸多领域, 比如对等计算、协同工作, 搜索引擎. 文件交换和文件共享. 还有很多在电子商务中的应用。

三、基于P2P的IP电话模型
1.P2P网络拓扑结构
从技术上讲, P2P 网络结构可分为: 集中式P2P , 纯分布式P2P 和混合式P2P 三种不同形式. 下面分别进行分析。
(1)集中式P2P
集中式P2P 模式中有一个中心服务器来负责记录共享信息以及反馈对这些信息的查询, 每一个对等实体要对它所需共享的信息以及进行的通信负责。当某节点希望搜索一个不知道位置的资源时. 该节点向目录服务器发送请求,目录服务器在数据库中查询到匹配的资源后将其定位信息返回该节点,然后在两个节点之间执行交互。集中式P2P可提供中心服务器目录检索,管理服务和标准的点到点通信,具有高效的检索和低效的交换服务的特点。但是中央服务器的瘫痪同意导致整个网络的崩溃,可靠性和安全性较低,且随着网络规模的扩大,中央服务器维护和更新的费用将急剧增加,所需成本过高。

(2)纯分布式P2P
纯分布式P2P模型中没有专门的服务器,整个网络是由无数节点组成,这些节点在功能上非常相似,没有一个节点知道整个网络结构或者组成网络的每一个节点的身份。相反,节点只知道直接与它们通信的节点。在进行网络资源搜索时,节点首先把包含搜索条件的请求信令发送给其邻居节点,再由邻居节点想其自身的邻居节点转发。以此类推,直到得到满足搜索条件的资源或请求信令的TTL(生存期)为0;如果网络找到满足条件的资源,请求响应信令将沿着请求信令经过的路由的反向路由向回发送。此后,请求节点将建立到提供资源的节点的直接数据路由。这种P2P网络模型的优点在于允许用户设定自己的规则和建立自己的网络环境,提供近似的即插即用的特点,动态性很强。存在的问题是由于没有中心管理者,网络节点难以发现,这样形式的网络很难进行身份认证、安全管理、流量管理、计费等控制;在搜索节点时,由于每个请求广播的原因,对网络宽带要求高,容易导致网络阻塞。

(3)混合式P2P
混合式P2P模式结合了集合式P2P的优点,网络中有中间服务器,但文件目录是分布的。它在分布式模式的基础上,将用户节点按能力进行分类,使一些功能强的节点担任特殊的任务。这些节点分为三种:用户节点、搜索节点和索引节点。用户节点一般不具有任何特殊的功能;搜索节点处理搜索请求,从它们“孩子”节点(用户节点)中搜索文件列表;索引节点内存充足,连接速度快,用户保持可以利用的搜索节点信息,并收集状态信息,维护网络的拓扑结构。一个节点可以既是搜索节点又是索引节点。用户节点可以选中多个搜索节点作为它的“父”节点,并将其所要共享的列表提交给他的“父”节点。在搜索网络资源时,用户节点通过索引节点获得所有可用的搜索节点信息,之后用户节点就和获得的搜索节点相连。根据用户的搜索请求,如果和用户节点直接连接的搜索节点查询结果到N个(N为搜索结果,由用户自己设定)就停止;否则就向另外可用的搜索节点发出请求,如果查询结果还不够,就继续向外快速发散,直到所有的搜索节点被搜索到为止。若所有的搜索节点都被反问过,就意味着网络上所有的节点都被搜索到了,其速度要比纯P2P模式快得多。

2.P2P的IP电话模型
(1)模型的构建
在选择P2P网络模型时主要考虑以下几个方面:一是整个框架结构要求可运营,可管理,要求具备集中控制能力,并能提供服务质量保证;二是要具有为用户提供安全认证管理;三是为降低网络流量负担,节约网络资源,应减少用户访问对象的随机性,减小流量的不可预知性;四是应该具备良好的开放性、灵活性和扩展性。因此选择混合式P2P模型来构建IP电话模型,由各个IP电话终端完成模拟信号和数字信号的转化,而且通过IP电话号码就可以找到被呼叫的IP电话终端。此IP电话的模型如图1所示。

基于P2P的IP电话模型

(2)工作原理
中心服务器主要做用户的集中认证,建立索引机制,辅助对等点之间的连接,它要动态维护一张所有目录节点的信息表(表1),保持网络总体的托普情况。

目录节点表

目录节点主要记录该节点下所有IP终端用户的信息,其充当关守的功能,它也需要动态维护一张终端用户表(表2)。

终端用户表

一个节点能否成为目录节点,要看其计算能力和存储容量,如果达到规定的要求(由软件按照同意的规则对所有的终端进行自动检测),就被设定为目录节点,同时该目录节点要定时向中心服务器通报自己的状态。IP电话终端用户也响应的动态维护一张与远程IP电话用户的通话信息表(表3)

通话信息表

当一个IP终端用户加入此网络中时,软件搜索网络提供用户一个可用的目录节点的列表,供用户选择。用户可以选择其中多个(避免因单个目录节点出现故障或该目录节点已不再充当目录节点而造成呼叫失败) 路由最短的目录节点作为其父节点并提交相应的信息。网络中所有的IP用户因为随时会加入或者离开, IP 地址与IP电话号码不完全是固定的关系, 所以目录节点要定时刷新IP 地址与I P 电话号码的对应关系, 保持IP用户节点处于一个稳定的状态。在该模型中, 当一终端用户A 呼叫另一终端用户B 时,
A 先查询自己与远程I P 电话用户的通话信息. 如果有B 的信息. 则直接进行互通: 如果没有或呼叫失败. 那么再向中, U J]E务器请求。中心服务器返回所有可用的目录节点, 之后请求信令就以组播的方式向目录节点发送. 收到请求的目录节点查询自己的终端用户表, 如果找到B 的信息, 则返回给A,A 和B 就可建立点对点的连接, 直接进行语音数据的传输; 如果都未找到B 的信息. 请求信令继续以组播的方式向其他目录节点发送. 直至遍历整个网络。

四、结束语

选择混合式P2P 构建IP电话模型, 既具备快速检索的能力, 降低网络流量的负担. 又便于安全管理、身份认证、流量管理、计费管理等。随着现代通信的迅猛发展, 基于P2P 技术的IP 电话必将得到更广泛的应用。

IP电话, P2P

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