互聯網本身是一種開放的網絡體系結構。它的本質是通過網絡層各向同性的IP協議體系實現與物理層和鏈路層的技術無關的、支持網絡規模自由擴充和與上層業務無關的數據包端到端透明傳送
傳統的電信網絡是封閉的、單一業務能力的系統,它具有網絡規模的開放性,卻不支持接入的開放性和業務能力的開放性,更無法形成規模的增值業務產業鏈。對于互聯網,我們已經看到了它在業務開放性上的巨大潛力。實際上,互聯網上的業務體系結構目前有兩種類型:客戶機/服務器(C/S)和對等網絡(P2P)。
在傳統的互聯網計算模式中,客戶端/服務器(C/S)模式占據了主流。當時,客戶端的帶寬和計算資源較弱,通過C/S模式可以降低對客戶終端能力的要求,而將處理集中在服務器端。近年來,不同資源的發展速度出現了以下特點:網絡的流量以每6個月翻倍的速度增長,網絡帶寬以每7個月翻倍的速度增長,計算資源近似依照摩爾定理速度增長(18個月翻倍),而存儲能力每年僅提升7%。因此在諸多資源中,計算和存儲資源可能逐漸變為“瓶頸”。相應地,處于體系架構的中心服務器也成為性能的“瓶頸”,一旦中心服務器崩潰將造成整個服務系統崩潰。在這樣的技術發展背景下,人們引入了對等計算模式。
客戶機/服務器結構是一種支持開放接入的業務結構。在客戶機/服務器類型的業務中,涉及到一個業務的形成、實現和提供只有兩種功能節點:服務器節點和客戶機節點。客戶機直接訪問服務器實現所需要的服務。當然這里的業務形成和提供可以是層次狀的或是匯聚式的。由于客戶機/服務器業務類型結構簡單、支持接入的開放性,在互聯網上得到廣泛的應用。但它在業務能力擴展和業務產業鏈的開放性上存在結構的問題,在許多涉及到媒體流處理和語義處理的場合中應用是十分困難的。
對等網絡(Peer-to-Peer Networks,P2P)是一種采用對等策略計算模式的網絡。從不同的行業和視角來看,P2P的定義略有差別。一種典型定義為:P2P是一種分布式網絡,網絡的參與者共享他們所擁有的一部分硬件資源(處理能力、存儲能力、網絡連接能力、打印機等),這些共享資源能被其他對等結點直接訪問而無需經過中間實體。在此網絡中的參與者既是資源(服務和內容)提供者,又是資源(服務和內容)獲取者。
對等業務體系是基于疊加業務網的思想發展起來的。它的目標就是為了解決業務層面上的能力可擴充性和業務本身的開放性。對等業務類型的業務形成、實現和提供的結構和客戶機/服務器的結構是完全不同的。對等業務的形成需要一系列服務節點(對等業務網絡)的支持,每個節點的功能都是各向同性的,既是服務器又是客戶機。同時,一個業務的實現可能需要多個業務節點的參與(這一點和傳統電信網的結構類似)。在業務提供的形式上,用戶本身可以作為業務節點看待,也可以作為業務節點的客戶機子集存在。但是用戶訪問的對象無需用戶設定,是由對等業務網絡根據用戶的需求和網絡的能力確定的Web service、網格業務、Weblog,特別是近年來大量的P2P VoIP業務、P2P會議業務、IPTV業務和家庭網絡業務,都是對等業務類型的。
P2P打破了傳統的C/S模式,在網絡中的每個結點的地位都是對等的。每個結點既充當服務器,為其他結點提供服務,同時也享用其他結點提供的服務。P2P與C/S模式的網絡結構分別如圖1和圖2所示。
P2P系統要構造一個非集中式的拓撲結構,根據拓撲結構的關系可以將P2P研究分為4種形式:中心化拓撲、全分布式非結構化拓撲、全分布式結構化拓撲和半分布式拓撲。在構造過程中需要解決的主要問題包括:系統中所包含的大量結點如何命名、組織;如何確定結點的加入/離開方式;如何進行出錯恢復等。
為了充分發揮互聯網無所不在的優勢,P2P不能對互聯網協議進行任何修改,因而解決的方法是在基礎的互聯網上架設一個P2P重疊網。P2P重疊網分為“無組織的P2P重疊網”和“有組織的P2P重疊網”兩大類。目前,在互聯網上廣泛使用的大多是無組織的P2P重疊網,當今寬帶用戶流量中一半以上正是這種P2P流。
無組織的P2P重疊網已經演進了4代:第一代P2P網絡采用中央控制網絡體系結構,如早期的Napster;第二代P2P采用分散分布網絡體系結構,適合在自組織(Ad hoc)網上應用,如即時通信等;第三代P2P綜合了第一代和第二代的優點,采用混合網絡體系結構,用分布的超級結點取代中央檢索服務器,目前常用的P2P軟件BitTorren、e-donkey和Gnutella等都屬于此類;第四代P2P目前正處于發展中,其主要的發展技術有動態口選擇、雙向下載+動態口選擇。有組織的P2P重疊網目前還處于學術界研究的階段,如Tapestry、Chord、Pastry和CAN等,而正在研究的新一代的P2P應用包括多播、網絡存儲等,也都將運行在有組織的P2P重疊網上。
與客戶機/服務器業務結構相比,對等業務體系結構是一種開放業務的業務體系結構。它不僅可以支持業務產業鏈的發展、具有極好的業務能力擴展性,同時具有很好的可管理性,是目前業務發展的主要趨勢。因此,客戶機/服務器業務體系通常也被稱為面向應用的體系,對等業務體系則被稱為面向業務的體系。顯然,對等業務體系應該是下一代電信網絡和業務的發展方向。
圖1:C/S模式網絡結構
圖2:P2P模式網絡結構