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研究背景及動機

隨著網際網路頻寬的增加,視訊串流(Video Streaming)[2][3][4][5]的相關應用 及研究獲得了極大的重視,視訊串流服務也蓬勃發展,諸如近來世界知名的視訊 服務網站 youtube、日本知名的視訊服務網站 NicoNcio 以及台灣電信龍頭中華電 信的視訊服務頻道 HiChannel 都是典型的視訊串流服務。

在網際網路上的資料傳輸方式有三種,單點傳播(Unicast)、廣播(Broadcast) 及多點廣播(Multicast),其分述如下

(1) 單點傳播(Unicast):指資料傳輸的目的節點 (destination node) 只有 一個。現有一般的串流應用,常用此種方式來傳送資料。

(2) 廣播(Broadcast):將資料傳輸到指定的目的網路上, 而在目的網路 上的所有節點皆為目的節點。

(3) 多點廣播(Multicast):將資料傳送給某一特定群體 (Group) 的所有 成員 (members),而屬於同一群體的各個成員可能是散佈在各個不 同的網路上。在 RFC1112 這份文件中,定義了其內容。

第一章 緒論

現有的視訊串流服務大多是根據 Content Delivery Network(CDN)[1]之

Client-Server Model 方式,傳送單點傳播(Unicast)之視訊串流給每一位視訊串流使 用者,而使用此種串流架構具有以下的缺點:

(1) Flash Crowds[1][5]:當伺服器在短時間內忽然湧入大量視訊串流需 求,稱之。例如在節目剛開始之時,使用者有可能會在這段時間內 大量連進視訊串流伺服器,即使強大的伺服器仍舊可能無法負荷住 需求。

(2) Single Point of Failure[1] [5]:對於 Client-Server Model 的架構而言,

一但因為意外造成伺服器當機或是受到攻擊,則會造成整個串流系 統的毀壞或是不穩定。

(3) Bandwidth Cost[1] [5]:在 Client-Server Model 架構下伺服器是提供 視訊串流的唯一來源,因此伺服器的流量即為整個網路系統的瓶 頸,整個串流系統的效能取決於伺服器的頻寬,為應付大量的視訊 串流需求,串流伺服器的提供廠商常常必須跟網路頻寬的提供者 (ISP)租用大量的頻寬。

雖然使用此種架構有上述的缺點,但現實中大多數串流服務提供者仍然使用 此種架構,因為此種架構有它的方便性及穩定性。

第一章 緒論

首先,使用多點廣播(Multicast)雖然可以有效減低網路的頻寬,但多點廣播 (Multicast)在現實的網路環境中,有多數網路設備並不支援的問題,因此不能保 證用戶端可以使用多點廣播(Multicast)的技術。

其次,廣播(Broadcast)只適用於 Lan 的環境下,並不適用於一般大眾的使用 環境。

最後是最近極為熱門的網路技術─點對點技術(peer-to-peer,簡稱 P2P)[5],

點對點技術在串流上的應用潛力不可小覷,但是現階段卻有一些重要的問題待突 破,以下簡述幾點:

(1) 分享問題:P2P 的技術最大的好處在於每位使用者不單單只是接收端也 同時是提供串流內容的傳送端,此種方法可以有效解決串流伺服器需要 大量頻寬的問題。但如果每位使用者都躲在 NAT 底下而不能提供分享 或是自行設定不分享,那 P2P 的架構就會退回到傳統的 Client-Server

Model。

(2) 安全問題:

„ P2P 軟件本身即為木馬程式。

„ 身份攻擊(identity attacks):跟蹤網絡上之用戶,並且進行騷擾式或 是入侵式的攻擊。

上述幾點是點對點技術安全問題的一些例子。

第一章 緒論

(3) ISP 端的問題:因為 P2P 技術會大量的佔用頻寬,所以大多數的 ISP 會 對 P2P 技術做限制,如限制 TCP 連接數,封鎖 P2P 協議,限制下載/上 傳速度等。

因為以上的技術都有待解決的問題,所以到現在為止大多數的串流服務提供 者依然是使用 Client-Server Model[1]方式,傳送單點傳播(Unicast)的視訊串流給視 訊串流使用者。

而使用 Client-Server Model 方式有一個最重要的問題─Bandwidth Cost,為了 容納更多的使用者,串流服務提供者必須要跟 ISP 租用更多的頻寬。此外,當串 流服務提供者超用租用頻寬時,還必須给付超過頻寬的罰款給 ISP,因此頻寬的 管理是一件極為重要的事情。

第一章 緒論

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