點對點視頻分發：從早期互聯網到ZB位元組（Zettabyte）時代的分布式網路

隨著受眾的增長、解析度的提高和用戶對視頻質量期望的提高，點對點內容分發（P2P）已成為流媒體行業的熱門話題，這似乎是一個明智的選擇：P2P技術具備極強的可擴展性，可以很好地駕馭流量洪峰（這對傳統客戶端/服務器模式來說是一種威脅），從而增加容量并提高觀眾的體驗質量，隨著越來越多的公司選擇用P2P技術支持他們現有的 CDN 分發，我們想花點時間解釋P2P分發的流行程度以及它的作業原理，

點對點：從互聯網的早期到ZB位元組時代

點對點網路架構并不新鮮：事實上，它們從互聯網開始就存在了，雖然今天客戶端/服務器模型處于世界網路的中心，但從一開始情況并非如此，在很久以前，互聯網是作為一個免費的，分布式的網路來共享資訊，

作為第一個應用TCP/IP協議的網路，ARPANET（Advanced Research Projects Agency Network）在20世紀60年代為互聯網奠定了基礎，這個先驅網路實際上是一個點對點網路，連接了包括加州大學洛杉磯分校、圣巴巴拉大學、猶他大學和斯坦福大學在內的幾所美國大學，

Usenet（新聞組，簡單地說就是一個基于網路的計算機組合）于 1979 年推出，隨后使用UUCP（Unix-to-Unix Copy Protocol）創建了第一個商業化前的互聯網社區，其新聞服務器的運行方式與點對點網路非常相似，通過交換資源來實作資源共享，無需管理員參與，

早期的互聯網協議，如FTP（檔案傳輸協議）和電信網也保持了網路在很大程度上的分布式，在應用客戶端/服務器模型時，它們允許對稱使用模式，使每個主機能夠同時作為客戶端和服務器運行，雖然不是點對點協議本身，但流行的IRC聊天（因特網中繼聊天）協議通過DCC（Direct Client-to-Client）和CTCP（Client-to-Client Protocol）擴展提供了點對點服務，這些允許非中繼聊天和檔案傳輸的直接客戶端間通信，同樣，互聯網的基礎之一的DNS（域名系統）是基于分布式架構的，DNS名稱服務器同時使用作為服務器和客戶端的點對點模式，

事實上，直到 20 世紀 80 年代和 90 年代，為日益增長的用戶提供服務所需的 CPU 成本才使客戶端/服務器模式處于中心地位，

1999年，Napster（Napster是一款可以在網路中下載自己想要的MP3檔案的軟體，它同時能夠讓自己的機器也成為一臺服務器，為其它用戶提供下載）重新點燃了互聯網的分布式趨勢，與隨后的其他用戶一起，它使數百萬用戶聚集在一起，使用他們日益強大的家庭計算機來協作并形成共享搜索引擎和檔案系統，2000年，通過LimeWire和iMesh等客戶端軟體訪問的Gnutella（一種檔案共享網路）推出了下一代點對點檔案共享，為了避免集中化，它部署了一種效率較低的方法：洪泛式查詢，即查詢請求在整個網路中廣播，而無需中心服務器管理，2001年，出現了基于TCP的檔案共享協議BitTorrent，雖然其第一代需要tracker服務器在用戶之間進行協調，但后來 BitTorrent 客戶端軟體使用一種稱為分布式哈希表（DHT）的節點發現機制來設法避免集中化，

這些網路通常用于共享受著作權保護的內容，從而違背了互聯網在不同設備和不同地域之間共享資源和資料的最初目標，此時，P2P不幸成為盜版的代名詞，

然而，點對點協議并不只用于非法檔案共享，許多合法應用程式還利用分布式架構為其產品和用戶提供更好的性能，游戲出版商暴雪娛樂公司對點對點網路的使用可以追溯到20世紀90年代中期，當Diablo（暗黑破壞神——暴雪娛樂出品的角色扮演游戲）于1996年推出時，游戲使用點對點進行多人游戲設定：一個玩家充當主機，其余玩家作為客戶端，暴雪著名的Battle.net還將點對點技術應用于數十萬同時在線玩家之間的游戲中，一個服務器負責聊天和玩家匹配，后來，暴雪開始使用BitTorrent，通過暴雪下載器分發游戲的更新和補丁，如魔獸世界，

暴雪并不是唯一利用點對點技術進行大規模靜態檔案下載的公司，其他軟體提供商包括微軟，它最近使用點對點提供Windows 10和Xbox One的更新，

在21世紀初，點對點設計也是流行的呼叫應用程式——Skype的核心（Skype源自“Sky peer-to-peer”），Skype 的點對點協議無需服務器，確能讓全世界數百萬人能夠通過互聯網進行通信，雖然目前技術已經有所改變，Skype仍然在很大程度上依賴于點對點技術，還有許多其他流行的通信應用程式，特別是谷歌環聊（Google Hangouts），

點對點視頻分發的來龍去脈

在20世紀90年代后期，點對點應用程式主要用于內容共享和一對一通信，然而，在接下來的十年中，視頻流的出現帶來了全新的點對點應用，

視頻流需要比以往更多的帶寬，因此需要更高效、可擴展的分發方式，點對點技術非常有意義，因為它能夠通過同時連接觀看同一流的觀眾來緩解服務器的壓力，隨著全球受眾的開始增長，它通過拉近視頻源與用戶的距離，在降低帶寬成本和提高播放質量方面也具有巨大的潛力，

點對點流可追溯到 2000 年代末，Joost 是最早利用點對點架構進行視頻分發的公司之一，該公司是由 Skype 和Kazaa創始人創建的互聯網電視提供商，Joost通過其專用的桌面播放器分發內容，后來通過一個基于Flash的Web播放器,服務了眾多媒體巨頭，

與此同時，領先的內容交付網路（CDN）提供商Akamai認識到了分布式交付的潛力，該公司于 2007 年以 1870 萬美元收購了點對點檔案共享公司Red Swoosh，

2015 年，Akamai 收購了第二家提供點對點產品的公司——Octoshape，總部位于丹麥的Ocoshape成立于2003年，為CNN報道奧巴馬就職典禮提供了P2P加速服務，因此備受關注，

無論這些點對點流技術多么有前途，它們都難以充分發揮其潛力，其中最大的限制是，觀眾需要安裝額外的瀏覽器插件，這通常對用戶來說是侵入性的，這也導致了加入P2P網路的觀眾越來越少，這使得它自然而然地不那么有效，

這項技術的出現可能也為時過早：盡管對在線視頻的需求有所增長，但在2010年之前智能手機、智能電視和流媒體設備還沒有達到我們今天所看到的數量，然而，這些解決方案無疑為市場更廣泛地采用P2P視頻交付技術鋪平了道路，

WebRTC：點對點視頻交付的新時代

隨著受眾的不斷增加、設備數量的增加和解析度的提高，視頻的帶寬消耗比以往任何時候都多，預計到 2022 年，視頻將占全球 IP 流量的 80% 以上，

隨著這一增長，內容提供商已經意識到了可擴展交付技術的迫切需要以及客戶端/服務器架構的局限性，對于熱門的直播活動，情況尤其如此，當數百萬觀眾同時收看時，巨大的流量峰值不僅成本高昂，而且會嚴重損害播放體驗，對高效視頻交付解決方案的需求日益增長，同時新技術（WebRTC）的興起也開啟了點對點流媒體解決方案的新時代，

HTML5 提供了在沒有flash插件的情況下播放視頻和音頻的可能性，而 WebRTC （Web Real Time Communication） 讓瀏覽器間直接通信成為可能，并為新一代無插件點對點視頻分發技術鋪平了道路，WebRTC 是 Google 于 2011 年發布的一個開源專案，通過 API 的形式提供 Web 瀏覽器和移動應用程式實時通信 （RTC） 功能，因此能夠直接進行點對點視頻和音頻通信，無需安裝插件或下載原生應用，

WebRTC 還可作為C++庫提供，可與iOS、安卓和任何其他平臺兼容，它今天得到了絕大多數現代瀏覽器的支持，包括 Chrome, Firefox, Edge, Opera以及Safari等，

所有這些都意味著基于 WebRTC 的點對點視頻傳輸技術不僅對最終用戶透明，且具有跨平臺的兼容性, 讓更多節點加入P2P網路并參與共享,從而極大的提升P2P效果，

然而，正如你可以想象的那樣，現代點對點視頻交付技術也必須足夠復雜才足以處理當今視頻作業流的復雜性：HTTP 流協議；多碼率流；內容安全和加密機制（tokens、DRM）；廣告插入解決方案，這里僅舉幾例，它們還必須支持多種用于流式傳輸的設備、以及不同的作業系統和流媒體協議，并與世界各地的不同 ISP配合使用，因此，基于 WebRTC 的點對點交付解決方案跟 CDN 技術類似，往往是多年研發的成果，

基于 WebRTC 的點對點視頻 CDN - 它是如何作業的？

與過去許多完全去中心化的解決方案相反，現代 WebRTC點對點的流媒體解決方案是一個混合系統，作為混合分發網路的一部分，觀眾同時從服務器和其他觀看相同內容的觀眾中獲取視頻片段，要充分了解它是如何作業的，讓我們深入探討點對點交付解決方案在播放程序中的作業原理：

當觀看者按下播放時，設備會通過HTTPS與我們的后端進行身份驗證，后者會根據用戶和系統預先的配置，來下發一組特定的配置，相同的 HTTPS 連接用于將 QoS 和流量資料傳遞到我們的后臺儀表板，以便進行實時監控和分析，

我們的后端還會根據調度結果回傳一組可供連接的Peers串列：當前連接到同一流的節點，以及能夠作為獲取視頻片段的最有效來源的節點，此串列由我們的專有演算法根據觀看者位置、ISP、設備等進行智能匹配，

同時，觀看者的設備會通過 STUN 服務器識別其他設備并通過中繼服務器交換初始連接資訊，從而與其他設備直接連接，交換此資訊后，觀看者可以彼此之間建立WebRTC連接并交換視頻資料，

播放的第一個視頻片段是從源或CDN服務器獲取，以確保快速起播，而下一個視頻片段是從可用的最佳源（無論是從一個或是幾個節點還是 CDN）中多源取用的，由于從多個源進行并行和同步下載，因此可以從許多不同的設備獲取視頻片段，這使我們能夠通過P2P網路分發高達 80% 的視頻流量，并有效處理自適應碼率場景，

作為基于 WebRTC 的P2P技術，此解決方案無需插件，因此對最終用戶是非常方便的，更進一步，P2P網狀拓撲擁有的多源下載機制，可以最大限度地提高流媒體質量，其P2P演算法決策考慮了各種變數，包括設備型別、實時或點播流、可用記憶體、用戶的互聯網連接質量和電池狀態等，為了避免消耗用戶的蜂窩網路流量，可以選擇禁用通過蜂窩網路連接的資料上傳，我們還監控每個設備的上傳和下載速度，并應用擁塞控制演算法以最佳地利用設備的上行鏈路帶寬，

點對點流-下一個內容交付轉到解決方案？

點對點技術有著悠久的歷史，發展程序中，一路荊棘和希望并存，然而，今天，點對點視頻交付的好處和必要性是顯而易見的，越來越多的內容提供商開始轉向P2P加速視頻技術，以面對 Zettabbyte 時代的交付挑戰，隨著插件的侵入性逐漸消失，如今的點對點交付解決方案已準備好在主流市場中采用，

我們SwarmCloud是國內最早一批專注于基于WebRTC的P2P流媒體技術的創業公司，致力于用分布式技術解決當前CDN架構帶來的高成本以及可擴展性差等問題，在過去的一年里，該行業對P2P加速技術表現出了巨大的信任，隨著越來越多國際與國內流媒體網站采用我們提供的加速服務，我們相信基于WebRTC的P2P流媒體技術將引領未來整個CDN技術的變革并且有可能成為下一代流媒體分發標準，歷史好像又倒流回Web的起源，分布式架構——早期互聯網的基石——終于重新回到了在線服務的核心地位，