Speaker: Shao-Ci Jheng Advisor: Dr. Ho-Ting Wu 2014/10/07

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1 Speaker: Shao-Ci Jheng Advisor: Dr. Ho-Ting Wu 2014/10/07
An Analysis and Comparison of CDN-P2P hybrid Content Delivery System and Model Speaker: Shao-Ci Jheng Advisor: Dr. Ho-Ting Wu 2014/10/07

2 Outline Background Introduction CDN-P2P-hybrid architecture technology
Compare CDN and P2P Introduction CDN-P2P-hybrid architecture technology Peer-aided CDN CDN-aided P2P Other Methods CDN-P2P-hybrid model analysis Tightly-coupled Hybrid Loosely-coupled Hybrid Conclusion REFERENCES

3 Background-CDN(內容傳遞網路)
Content delivery network 分散式server-client架構 所有的內容都會儲存在原始伺服器中 而分散在各地的代理伺服器則擁有部分的內容 而且通常會有一個Manager管理這一群的Server Client發出要求的時候，由最近的代理伺服器提供服務

4 Background-CDN(Cont.)
Advantages Reduced load time More manageable traffic Low server load Disadvantages High cost Maintenance Deployment 優點 (減少load time)因為服務client的server通常是距離client最近的server,所以大幅度減少loading的時間 由於manager知道所有server的情況，client要求連線時，可以避免與忙碌中的server連線，所以在treaffic上比較容易管理 內容分配到各個surrogate server，平均了server之間的負載，降低伺服器的負擔 缺點 非常高的建置成本，顯而易見，在各地擺放surrogate server需要很高的開銷 CDN在維護方便比較不容易，server通常都擺在不同的地方，當系統出現問題須要維護或是需要做update的時候不太容易 在部屬方面需要事先得知最佳的部署位置，而且擴充成本高

5 Background — P2P(對等連接網路)
Peer-to-Peer 每個節點都是一個peer 每個peer都是對等的，是serve也是client 一般來說，任何一個peer都能夠連結到群組中的任何一個peer 也就是說當一個user需要某個檔案的時候，就會有分享此檔案的其他user 將那個user當成server，提出連線要求

6 Background — P2P(Cont.) Advantages Easy to setup Low cost
High transmission rate Disadvantages Administration difficult Unsecure Unreliable 優點 P2P網路的建立分常簡單，只需要每個peer裝上p2p的軟體就能夠建構 比起CDN架構來說更是非常低的開銷，維護成本也不高 使用者可以向其他不同的peer同時要求所需要的內容片段，故傳輸效率上比起Client-Server架構中，Client只能夠向Server提出連線要求的效率高出許多 缺點 由於沒有統一的管理者，而peer的加入與離開都相當的隨意，所以要管理p2p是不太容易的 P2P允許任何人分享檔案，也就是說P2P開通了一個port允許任何人直接攻擊的漏洞，所以說安全性非常的低 這個缺點也是因為P2P允許任何人分享檔案所產生的負面影響，使用者無法得知他所下載的是否為他所需要的內容

7 Background — Compare CDN and P2P
Service Capability Limited Grow up with peer Scalability Cost Higher Lower Reliability High Low Stability Good Dynamic & poor Content Source Monitor Can be but difficult Management Centralized Loose or less QoS Guarantee Can be Can’t control Copyright Controllable Uncontrollable Security Manageable May pollution CDN P2P 服務能力 有限制 與peer節點的增加而一同成長 擴張成本 成本較高 成本較低 可靠性 高 低 穩定性 非常好 動態且差 內容來源 可以監控 可以監控但是不容易監控 管理 集中管理 鬆散或是幾乎沒有 QoS保障 在服務能力內可以保障 無法控制，盡力而為 版權 可控制 無法控管 安全性 被管理者所管理 無法管理，可能受到汙染

8 Introduction In recent years, PC-based Internet streaming, IPTV, large-size file downloading, and high definition video have become mainstream broadband streaming applications. How to implement large scale, low cost, QoS guaranteed content delivery has become one core problem. 由於broadband 的技術的不斷進步，近年來基於PC的網路串流媒體、巨型檔案傳輸、高清影音，等傳輸已經成為主流的網路應用. 這些主流的應用，產生的一些問題，像是企業方所要求的”大規模，低成本”、使用者方要求的QoS等，成為了巨大挑戰

9 Introduction(Cont.) At the same time, a variety of wired / wireless terminals are emerging. All these different terminals will obtain streaming content and service through a variety of heterogeneous access networks. Therefore, the question of how to build a number of low-cost expandable, controllable and manageable, fast and efficient, safe and reliable content service networks on top of the Internet IP layer, is a key issue. 而此時，各種的有線或是無線的移動終端出現，像是筆電、電視機上盒、智慧型手機、平板電腦等. 這些裝置使用不同的方式連接上網路，像是wi-fi、ADSL、3G等 結合以上的原因，如何建立一個低成本、高效能、同時具有可擴張性又易於管理以及安全可靠的內容傳遞網路成為了一個關鍵的問題

10 Introduction(Cont.) CDN is an effective means of streaming content access and delivery, but there are several barriers. The P2P approach is more scalable and needs less investment, and each client not only gets service but also provides service as well. Peers usually perform selfishly, and will ignore the global benefit. CDN內容傳遞網路是一種有效的手段，然而它也有一些缺點，像是前面所介紹的那些。 比起CDN，P2P更具擴張性，成本也低很多，但是P2P通常忽視了全球利益，以及他本身所帶來的缺點

11 Introduction(Cont.) Indeed, with recent rapid growth of P2P applications and CDNs, many industrial and academic initiatives have been taken to combine the two technologies to get the best of both world. 事實上，已經有許多應用已經結合這兩種技術，達到同時取得CDN與P2P的優點又同時互補了雙方缺點的混合式架構

12 CDN-P2P-hybrid architecture technology
There are two kinds of CDN and P2P hybrid overlay: PAC (Peer-aided CDN) P2P overlay is applied to improve user performance and to alleviate the stress of CDN CAP (CDN-aided P2P) CDN serves just as a rescuer for some starving P2P peers. Other Methods CDN 與 P2P的混和模式可以分為兩類 第一種為pac顧名思義，是一種以CDN為主體，p2p僅作為輔助的模式，p2p主要的功能是用來提升CDN系統的效能，減輕伺服器的壓力 另一種是以P2P為主體，CDN伺服器作為輔助，主要是用來幫助飢餓中的peer

13 Peer-aided CDN Akamai PAC hybrid delivery 第一步，使用者發向CDN系統發出請求
第二步，由DNS回復使用者的重新定向，指向使用者分配到的CDN server或是與其他peer連線下載內容 此時會有兩種不同的可能，也就是3和3‘ 3是直接與peer Node連線得到所需的內容 3’則是與CDN server連線下載內容(到4‘-1) 此時若是CDN server發生故障或是其他因素導致無法服務使用者的時候則會請使用者定向到其他的peer(4’-2)

14 Peer-aided CDN(Cont.) 1.使用者發向CDN系統發出請求
2.由DNS回復使用者的重新定向，指向使用者分配到的CDN server或是與其他peer連線下載內容 此時會有兩種不同的可能 3.是直接與peer Node連線得到所需的內容 3’.則是與CDN server連線下載內容(到4‘-1) 此時若是CDN server發生故障或是其他因素導致無法服務使用者的時候則會請使用者定向到其他的peer(4’-2)

15 Peer-aided CDN(Cont.) LiveSky hybrid delivery 首先，使用者要求連線
然後DNS重新定向使用者連線要求，將使用者定向到最合適的CDN server節點 此時若是CDN server可以服務使用者則開始與使用者連線下載內容 或是CDN server目前資源不足，則走步驟3’ 將使用者的要求重新定向給其他peer，讓其他peer與使用者連線

16 Peer-aided CDN(Cont.) 1.使用者要求連線
2.DNS重新定向使用者連線要求，將使用者定向到最合適的CDN server節點 3.此時若是CDN server可以服務使用者則開始與使用者連線下載內容 3’.或是CDN server目前資源不足，無法提供使用者服務，則重新定向給其他peer，讓其他peer與使用者連線

17 Peer-aided CDN(Cont.) Landmark-based two step selection PAC approach
這是本篇論文作者在參考資料中參考的混合式架構模式 第一步仍是使用者發出連線請求 DNS會根據往返訊息的時間測量使用者與CDN server之間的距離，若是有多個server符合則採用歐基里德-距離法選擇最近的CDN server 第三步則是與CDN server連線 第四步，透過CDN server尋找距離最接近的P2P群組 最後則是在群組中向CDN serve的Peer Node或是其他peer node連線下載所需的內容 若在第四步找不到距離最接近的P2P群組則自行建立一個只有本身與CDN server的P2P群組，並向CDN server連線下載所需要的內容

18 Peer-aided CDN(Cont.) 1.使用者發出連線請求
2.DNS會根據往返訊息的時間測量使用者與CDN server之間的距離，若是有多個CDN server符合則採用歐基里德-距離法選擇最近的CDN server 3.與CDN server連線 4.透過CDN server尋找距離最接近的P2P群組，並加入此群組中 5.在群組中向CDN serve的Peer node或是其他Peer node連線下載所需的內容 4’.若在4.找不到距離最接近的P2P群組則自行建立一個只有本身與CDN server的P2P群組 5’.向CDN server連線下載所需要的內容

19 Peer-aided CDN(Cont.) PeerCDN hybrid overlay architecture
這是這篇論文作者以前所提出的混合架構模式 首先仍就是由使用者發出連線請求 DNS會找到與使用者最接近的CDN server並作為此使用者的Strong Node 使用者會與Strong Node連線並下載所需要的內容 而若是Strong Node發生故障或是沒有資源能夠服務使用者則會將使用者重新定向至離Strong Node最接近的peer 此時使用者則是和peer node進行連線下載內容

20 Peer-aided CDN(Cont.) 1.由使用者發出連線請求
2.DNS會找到與使用者最接近的CDN server並作為此使用者的Strong Node 3.使用者會與Strong Node連線並下載所需要的內容 3’.而若是Strong Node發生故障或是沒有資源能夠服務使用者則會將使用者重新定向至離Strong Node最接近的peer 4’.此時使用者則是和peer node進行連線下載內容

21 CDN-aided Peer CDN is served as a backup system for rescuing.
If the peer cannot obtain enough content from the P2P network, it will ask the tracker for help and be redirected to a CDN to fetch required data. 在本篇論文中，只有對CDN輔助的p2p系統做總述 說明大部分的P2P供應商，僅是把CDN當成一種資料的備援，只有在peer無法與其他的peer取得所需要的內容的時候 才會連線到CDN伺服器，取得所需要的資料

22 Other Methods hybrid content distribution network(HCDN)
Includes two stages: CDN-level In a backbone network, the CDN system is deployed and the content is strategically disseminated on surrogate servers. P2P-level. In an access network, the centralized P2P system is introduced, and the user nodes can exchange content between each other. 接著是本篇論文的作者所參考的資料中，不屬於PAC也不屬於CAP的架構，稱為HCDN架構 這種混合的架構包含了兩個層級 CDN層級與P2P層級 其中CDN是屬於骨幹的部分，系統的部屬與代理伺服器的分部都屬於這部分 而P2P屬於連結網路的部分，並且允許user間互相交換內容

23 Other Methods(Cont.) The architecture of HCDN 骨幹的部分是由CDN架構所建立
每個CDN server服務一個區域的P2P網路，而且在邊緣的節點，允許直接的P2P連線傳輸

24 CDN-P2P-hybrid model analysis
Tightly-coupled Hybrid Model One CDN can only integrate with one P2P system. Loosely-coupled Hybrid Model One CDN can provide services for multiple P2P systems with public service interfaces, rather than being tightly integrated with only one P2P system. CDN與P2P的混合模式，可以分為緊密的耦合與鬆散的耦合 其中緊密的耦合是一個CDN系統中一個CDN節點只可以和一個P2P系統結合 而另一種是鬆散的耦合 和緊密的耦合剛好相反，鬆散的耦合為一個CDN節點與多個P2P系統作結合

25 Tightly-coupled Hybrid
1+1 Model CDN and P2P have an overlap area, where CDN nodes and P2P nodes closely collaborate to execute content delivery function. 在緊密的耦合的架構中，CDN與P2P系統之間有個緊密結合的部分， 在這部分，CDN與P2P系統緊密的合作，由CDN系統管理P2P系統進行友善的P2P連線 而P2P系統協助CDN系統檔案傳輸

26 Tightly-coupled Hybrid(Cont.)
如這張圖述，這張圖是peerCDN，也就是作者所建構的CDN-P2P混和模式的架構 可以看到CDN系統僅和一個p2p系統作緊密的合作

27 Loosely-coupled Hybrid
1+N Model CDN is not directly involved in the construction of P2P, and CDN does not directly lead P2P, but when one P2P request service from CDN, it can send request to CDN interface, and negotiate SLA with CDN. 鬆散的耦合是一種1+N的模式 CDN並不直接參與P2P的建構與組成 也就是說CDN並不能直接管理與領導P2P 但是當P2P向CDN系統要求服務時，可以透過CDN的interface與服務層級協議(SLA)來進行交流

28 Loosely-coupled Hybrid(Cont.)
P2P can use some CDN nodes’ data delivery service when an emergency or flash crowd happens. 1+N hybrid model can be easily extended into N+N hybrid model. 而P2P可以利用CDN的節點來應付緊急情況的發生 最後此種1+N的模式很容易擴張到N+N的混合模式

29 Loosely-coupled Hybrid(Cont.)
可以看到這個CDN系統與不同的P2P系統作結合，P2P使用CDN所提供的介面向CDN要求服務

30 Conclusion CDN and P2P are two mainstream content delivery technologies in the current Internet, but constrained by the computing and service model, both of them have advantages and fundamental disadvantages. The two technologies have much complementary features. However, their integration is not simple. CDN與P2P是目前主流的內容傳遞技術，他們有許多可以互補的優缺點，然而想要將兩者結合再一起並不容易 所以列了幾項目前尚未解決的問題

31 Conclusion Need to be further studied in the future work:
The hybrid-scheduling Hybrid-delivery services capacity dynamic allocation P2P-ISP friendly delivery under CDN Controllable management Secure and trustable delivery 首先是混合的調度模式，目前的調度模式仍有許多問題，如何更有效率的調和CDN與P2P間的調度仍有許多議題 第二項是混合傳輸的服務能力的動態調整 第三項是在CDN的指導下，P2P的友善傳輸 接著是可以控制的管理機制仍有許多問題待解決 最後是安全可信賴的傳輸

32 REFERENCES Lu, Zhihui, Ye Wang, and Yang Richard Yang. "An analysis and comparison of CDN-P2P-hybrid content delivery system and model.“, 2012 journal of communications 7.3 ,pp

33 Thanks for listening.