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基于P2P的IP电话模型
摘  要  计算机对等网(P2P)是目前流行于国际网络技术研究领域的一种新兴网络模型。作为真正的分布式计算技术,P2P技术将对Internet的发展产生重要的影响。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。
关键词  P2P网络,目录,发现机制,IP电话模型
1 引言
对等网络(P2P)技术是目前计算机网络技术领域研究的一个热点,目前微软、Sun、IBM等很多著名的企业和公司都投入到P2P技术的研究之中。
P2P技术出现于20世纪70年代,其典型代表是USENET和FidoNet两个分散、分布的信息交换系统,而真正地应用起源于文件交换软件Napster。P2P可以简单地定义为:通过直接交换信息,共享计算机资源和服务,对燃扑慊本哂锌突Щ头衿鞯墓δ堋T谡庵滞缰兴械慕诘憔哂邢嗤脑鹑斡肽芰Γ⑿瓿扇挝瘛8鞫缘冉诘阒渫ü苯踊チ媸迪止蚕硇畔⒆试础⒋砥髯试础⒋娲⑵髯试础⑸踔粮咚倩捍孀试矗扌枰览抵醒敕衿鞯闹С郑乖仍谄渌缂扑隳J街型ǔ1缓鍪佣惴捍嬖诘挠没Ф松璞傅玫搅顺浞值睦谩5侥壳拔梗琍2P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。但P2P技术在IP电话中的应用也只是在QQ等软件中的语音聊天中有所体现。鉴于此,本文通过分析比较了P2P技术现有的三种网络模型,在保证网络实时性和可靠性的基础上,构建了IP电话网络模型。
2  P2P网络拓扑结构模型分析
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
该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。该模型的最佳示例为Napster,它是一种用户共享MP3音乐的软件。这种形式具有中心化的特点,但是它不同于传统意义上的Client/Server模式。因为传统意义上的Client/Server模式采用的是一种垄断的手段,所有资源都放在服务器上,客户机只能被动地从服务器上读取信息,并且客户机之间不具有交互能力;而集中式P2P模式则是所有资料都存放在提供该资料的客户机上,服务器上只保留索引信息,此外服务器与对等实体以及对等实体之间都具有交互能力。
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容易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
该模型中没有专门的服务器,整个网络是有无数节点组成,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,再由邻居节点向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。其典型的代表就是著名的Gnutella。
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性,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,这样形成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,对网络带宽要求高,容易导致网络阻塞。
(3)混合式P2P
该模式结合了集中式和分布式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。这些节点共分为3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,从它们的“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,用于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。用户节点可以选择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它的“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达到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访问过,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。
3  IP电话系统组成和工作原理
IP电话系统一般有IP电话终端,网关(GATEWAY)、网守或者叫关守(GATEKEEPER)、网管系统、计费系统等几部分组成。
IP电话终端包括传统的语音电话机PC、IP电话机、也可以是集语音,数据和图像于一体的多媒体业务终端。
网关提供IP网络和电话网之间的接口,是VOIP的核心与关键设备。通过它可完成语音压缩,具有寻址和呼叫控制的功能。
关守负责用户注册与管理,它应当具有的功能为:将被叫号码的前几位数字对应网关的IP地址;对接入用户的身份认证,防止非法用户接入;做呼叫记录并有详细数据,从而保证收费正确;完成区域管理,多个网关可由一个关守进行管理。
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