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💓本博客內容為《計算機網絡：自頂向下方法》第二章應用層第五、六節知識梳理
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目錄

P2P 文件分發

P2P 體系與客戶 - 服務器體系對比

BitTorrent

BitTorrent 最重要的機制：

兩個問題？

請求哪些塊？

響應哪個請求？

視頻流和內容分發網

Internet Video

HTTP 流 和 DASH

HTTP 流

動態適應性流 (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP, DASH)

內容分發網 (Content Distribution Network, CDN)

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P2P 文件分發

P2P 體系與客戶 - 服務器體系對比

P2P 體系結構最小分發時間總是小于客戶 - 服務器體系結構。

BitTorrent

到 2016 年止，最為流行的 P2P 文件分發協議是 BitTorrent。

• 洪流 (torrent)：參與一個特定文件分發的所有對等方的集合。
• 在一個洪流中的對等方彼此下載等長度的文件塊 (chunk)，典型的長度為 256KB。
• 當一個對等方首次加入一個洪流時，他沒有塊。隨著時間流逝，它累積了越來越多的塊。當它下載塊時，也為其它對等方上載了多個塊。一旦某個對等方獲得了整個文件，他也許會自私地離開，也許會無私地留在洪流中向其它對等方上載塊。

BitTorrent 最重要的機制：

• 每個洪流具有一個基礎設施節點，稱為追蹤器 (tracker)。當一個對等方加入某個洪流時，它向追蹤器注冊自己，并周期性地通知追蹤器它仍在該洪流中。
• 當一個新的對等方 A 加入洪流時，追蹤器會隨機地從參與對等方的集合中選擇對等方的一個子集，并將這些對等方的 IP 地址發送給 A。
• A 試圖與該 IP 地址列表上所有的對等方創建并行的 TCP 連接。我們稱所有與 A 創建 TCP 連接的對等方為鄰近對等方，鄰近對等方會隨著時間而變化。
• 任意時刻，每個對等方將具有該文件的塊的子集，并且不同對等方具有不同的子集。A 周期性地詢問每個鄰近對等方它們所具有的塊列表。有了這些信息，A 將對當前還沒有的塊發出請求。

兩個問題？

請求哪些塊？

最稀缺優先 (rarest first)：針對她沒有的塊，最稀缺塊是指那些在她鄰居中副本數量最少的塊，她會優先請求那些最稀缺塊。目的是均衡每個塊在洪流中的副本數量。

響應哪個請求？

對換算法：A 根據當前能夠以最高速率向她提供數據的鄰居，給出其優先權。以最高速率流入的 4 個鄰居，被稱為疏通 (unchoked)。每過 30 秒，她要隨機選擇另一個鄰居 B，并向其發送塊。因為 A 正在向 B 發送數據，她可能成為 B 前 4 位上載者之一。這樣，B 將開始向 A 發送數據，如果 B 發送速率夠高，B 也將成為 A 的前 4 位上載者。換而言之，每過 30 秒 A 將隨機地選擇一名新的對換伴侶，并與其對換。如果這兩個對等方都滿足彼此，它們將對方放入前 4 位列表中，并繼續與對方對換，直到它們發現更好的伴侶為止。

視頻流和內容分發網

Internet Video

• 視頻的一個重要特征是它能夠被壓縮，因此可以用比特率來衡量視頻質量。
• 比特率越高，圖像質量越好。

HTTP 流 和 DASH

HTTP 流

• 在 HTTP 流中，視頻只是存儲在 HTTP 服務器中的一個普通文件，有特定的 URL。用戶通過 HTTP 請求獲取視頻文件，視頻的字節被收集在客戶應用緩存中。一旦該緩存中的字節數量超過預先設定的門限，用戶應用程序就開始播放。同時，應用程序周期性地從緩存中抓取幀，解壓并展現。
• HTTP 流有一個嚴重缺陷：所有客戶收到相同編碼的視頻。（單一畫質）

動態適應性流 (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP, DASH)

• DASH 功能：在 DASH 中，視頻編碼為幾個不同版本，其中每個版本具有不同的比特率。客戶動態地請求來自不同版本且長度為幾秒地視頻段數據塊。
• DASH 實現：HTTP 服務器上會有一個告示文件 (manifest file)，為每個版本提供一個 URL 及其比特率。客戶先請求告示文件，然后再通過 HTTP GET 請求報文中指定 URL 和字節范圍，一次選擇一個塊。在下載的同時，用戶也測量接收帶寬并運行一個速率決定算法來選擇下次請求的塊。

內容分發網 (Content Distribution Network, CDN)

是一個構建在現有網絡基礎之上的智能虛擬網絡，依靠部署在各地的邊緣服務器，通過中心平臺的負載均衡、內容分發、調度等功能模塊，使用戶就近獲取所需內容，降低網絡擁塞，提高用戶訪問響應速度和命中率。（說簡單點，CDN 就是緩存。）

• CDN 可以是專用 CDN，即由內容提供商自己所擁有；也可以是第三方 CDN。
• CDN 通常采用兩種不同的服務器安置原則：
  • 深入 (Enter Deep)：該原則通過在全球的接入 ISP 中部署服務器集群來深入到 ISP 的接入網中。但因為這種高分布式設計，維護和管理集群成為一大問題。其目標是靠近端用戶，通過減少端用戶和 CDN 集群之間（內容從這里收到）鏈路和路由器的數量，從而改善了用戶感受的時延和吞吐量。
  • 邀請做客 (Bring Home)：通過在少量關鍵位置建造大集群，以此邀請 ISP 來做客。被許多 CDN 公司所采用。邀請做客設計通常產生較低的維護和管理開銷，可能以對端用戶的較高時延和較低吞吐量為代價。