Peer-to-Peer (P2P) hálózatok

1. Peer-to-Peer (P2P) hálózatok BMEVITT9176 Választható tárgy 2006 március 6

2. Chord: A Scalable Peer-to-peer Lookup Service for Internet Applications Ion Stoica, Robert Morris, David Karger, M. Frans Kaashoek, Hari Balakrishnan - MIT

3. Teljesítmény elemzés • Gyors keresés nagy rendszerekben • Alacsony szórással a keresési időben • Robosztus, még gyakori csomóponti hibák esetén is 3

4. Chord implementáció • 3000 soros C++ kód • Library amely tetszőleges alkalmazáshoz linkelhető • Kis Internet teszthálón kipróbálva • Funkciók: • lookup(key): azon csomópont IP címe amely a kulcsért felelős • kulcs-felelősség változások terjesztése 4

5. Alkalmazás: Chord-DNS • DNS keresési szolgálat • host name  IP cím • Chord-based DNS: • nincsenek root serverek • nincs manuális routing information menedzsment • nincs naming structure 5

6. Irodalom • I. Stoica, R. Morris, D. Karger, F. Kaashoek, H. Balakrishnan, "Chord: A Scalable Peer-To-Peer Lookup Service for Internet Applications," AC Sigcomm2001, http://www.acm.org/sigcomm/sigcomm2001/p12.html • The Chord Project http://www.pdos.lcs.mit.edu/chord/ 6

7. Tapestry: A Resilient Global-scale Overlay for Service Deployment Ben Y. Zhao, Ling Huang, Jeremy Stribling, Sean C. Rhea, Anthony D. Joseph, and John Kubiatowicz IEEE Journal on Selected Areas in Communications, January 2004, Vol. 22, No. 1.

8. Tapestry • Egy elosztott, hibatűrő, adaptív lokalizáló és útválasztó infrastruktúra • Utótag (suffix) alapú hypercube útválasztás • A Plaxton algoritmus ötletére alapoz • C.G. Plaxton, R. Rajaraman and A.W. Richa, Accessing Nearby Copies of Replicated Objects in a Distributed Environment., 9th Annual ACM Symposium on Parallel Algorithms and Architectures (SPAA '97), pp 311-320, Newport, RI, USA, 1997http://citeseer.ist.psu.edu/plaxton97accessing.html 8

9. Plaxton/Tapestry címzés • Bármely csomópont lehet: • Szerver – állományokat tárol • Router – csomagokat továbbít • Kliens – kéréseket kezdeményez • Név (cím-) tartomány • Csomópontok és állományok egyaránt • Megfelelően nagy az ütközések elkerüléséhez • 160 bit, 40 hexa számjegy, 1640=2160 cím • ~ Kiegyensúlyozott eloszlás a tartományon belül • Hash algoritmus 9

10. Neighbour Map • Legyen N egy csomópont (IP cím, ID) • utótag(N, k) = az utolsó k számjegy az ID-ből • Minden csomópontban szomszédossági térkép (neighbour map) • Annyi szint, ahány számjegy az ID-ben • Minden szinten annyi bejegyzés, ahányas számrendszerben címzünk • A j szint (j-1) hosszúságú utótagoknak felel meg • Az i bejegyzés a j szinten – a fizikailag legközelebb álló olyan csomópont IP címe, mely ID-je [„i” + utótag(N, j-1)]-re végződik • Példa: a 2. bejegyzés a 5712 csomópont térképének 3. szintjén az a 212-re végződő ID-jű csomópont IP címe, mely fizikailag legközelebb áll az 5712 ID-jű ponthoz 10

11. N = “5712” (Octal) 0712 x012 xx02 xxx0 1712 x112 5712 xxx1 2712 x212 xx22 5712 3712 x312 xx32 xxx3 4712 x412 xx42 xxx4 5712 x512 xx52 xxx5 6712 x612 xx62 xxx6 7712 5712 xx72 xxx7 4 3 2 1 Útválasztási szintek Neighbour Map 11

12. Utótag alapú útválasztás • Pontról pontra való továbbítás, számjegyenként • **** → ***0 → **10 → *510 → 7510 • Hasonlít a longest prefix match alapú IP útválasztásra • Mindegy melyik irányból közelítünk • Az eredeti Tapestry javaslat – utótag alapú • Jelenleg – előtag alapú 12

13. 7510 4510 3210 5712 0880 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 6 6 6 6 6 Példa 5712 → 7510 5712 0880 3210 4510 7510 13

14. Tapestry csomópont N • Neighbour Map • Object Store • A helyileg tárolt állományok • Object Location Pointers • Információk bizonyos állományok tárolási helyéről • <ObjectID, NodeID> • Back Pointers • Azokra a pontokra mutatnak, melyek szomszéduknak tekintik N-t • Hotspot Monitor • <ObjectID, NodeID, Frequency> - segítenek a cache kezelésében 14

15. Tapestry csomópont 15

16. Root Node (Plaxton) • Adott egy A állomány (IDA) • Az A állomány gyökere (root node) az az R csomópont, melyre igaz a következő: utótag(IDA, k) = utótag (IDR, k) • és nincs olyan más csomópont X melyre igaz lenne, hogy utótag(IDA, k+1) = utótag (IDX, k+1) • Ha több ilyen pont van, a legnagyobb címmel rendelkező lesz a root 16

17. A feszítőfa • Root(A) az a pont, ahova mindeki fordul ha A-ra kiváncsi • Minden A állományhoz egy Root(A) gyökerű feszítőfa tartozik • A hálózat bármely pontjáról, véges számú lépés alatt eljutunk a feszítőfa gyökeréhez • Számjegyenként egyre közelebb kerülünk, ameddig egy üres szomszéd bejegyzéshez érünk • Egy utolsó ugrásként egy shortcut vezet a root-hoz • Információt szerzünk az A állományról • Statikus megoldás, a hálózat teljes ismerete szükséges • Az összes shortcut-ot előre ki kell számolni 17

18. Root node (Tapestry) • Surrogate routing – elosztott megoldás a root kiszámolására • Ha egy üres szomszéd bejegyzésre bukkan, kiválasztja az azon a szinten levő következő nem üres bejegyzést • Ha egy szinten egyetlen bejegyzés sincs saját magán kívül, megáll • Ez a pont lesz a surrogate (root) 18

19. 3 4 2 NodeID 0x43FE 1 4 3 2 1 3 4 4 3 2 3 4 2 3 1 2 1 2 3 1 Tapestry Mesh - Utótag alapú útválasztás NodeID 0x79FE NodeID 0x23FE NodeID 0x993E NodeID 0x43FE NodeID 0x73FE NodeID 0x44FE NodeID 0xF990 NodeID 0x035E NodeID 0x04FE NodeID 0x13FE NodeID 0x555E NodeID 0xABFE NodeID 0x9990 NodeID 0x239E NodeID 0x73FF NodeID 0x1290 NodeID 0x423E 19

20. 0111 ? Tapestry – routing NodeID 0000 NodeID 1010 NodeID 0100 NodeID 1000 NodeID 0101 NodeID 1110 NodeID 0001 NodeID 0111 NodeID 1001 NodeID 0011 NodeID 0110 NodeID 1111 NodeID 1011 NodeID 1100 NodeID 1101 NodeID 0010 20

21. Lokalizáció • Egy szerver S bejelenti hogy rendelkezik az A állománnyal • S elküld egy Publish (ObjectID(A), ServerID(S)) üzenetet a Root(A) felé • Minden közbeeső router tárolja a linket (A→S) • Query(A) → Root (A) felé • Ha útközben valaki tárolta a linket, a kérést azonnal továbbküldi a megfelelő helyre 21

22. Lokalizáció 22

23. Hibatűrő útválasztás • Hibadetektálás • Periódikus hello csomagok a szomszédok között • Hibakezelés • Minden bejegyzés a Neighbour Map-ban tartalmaz 2 alternatív útvonalat • Másodlagos szomszédok • Ha hiba történik, nem törli ki a hibás útvonalat • Egy bitet átállítva bejegyzi hibásnak • Egy bizonyos ideig (egy nap) ellenőrizgeti • Ha megjavitották, visszaállítja a bitet • Nem kell költségesen újra beilleszteni • He letelik a tűrési idő, kitörli a Map-ből 23

24. Dinamikus beillesztés • Több lépésből áll • Feltételezzük, hogy N ismeri egy G gateway címét • Expanding ring search, web, stb • Step 1: Felépíti N Neighbour Map-jét • Üzenetet küld minden közbeeső csomópont (H0..Hi) felé a G→ N’ útvonalon, ahol N’ az N-hez legjobban hasonlító pont (IDN’ ~ IDN) • Hi visszaküldi az i szintű szomszédai listáját • G = H0 • utótag (Hi, i) = utótag (N, i) • N optimizálja azt, ha szükséges • Kiszámolja hogy az elsődleges és másodlagos szomszédok közül ki van fizikailag közelebb • Megváltoztatja a sorrendet, ha szükséges • Ha egy üres bejegyzést talál a Hi -ban a következő ugrásra, megáll • Surrogate routing-al eljut az N’-höz, es az N-hez tartozó adatokat (melyekre N lesz az új root) atmásolja az N-hez 24

25. 3 2 1 4 3 2 1 3 4 4 3 2 3 4 2 3 1 2 1 3 1 Példa a dinamikus beillesztésre 4 NodeID 0x779FE NodeID 0xA23FE NodeID 0x6993E NodeID 0x243FE NodeID 0x243FE NodeID 0x973FE NodeID 0x244FE NodeID 0x4F990 NodeID 0xC035E NodeID 0x704FE NodeID 0x913FE NodeID 0xB555E NodeID 0x0ABFE NodeID 0x09990 NodeID 0x5239E NodeID 0x71290 Gateway 0xD73FF NEW 0x143FE 25

26. Dinamikus beillesztés (II) • Step 2: Értesíti jelenlétéről azokat a csomópontokat, melyek üres bejegyzést tárolnak az IDN-re • A surrogate node-tól (N’) visszaindul a backlink-eken • Egészen addig, ahol már megegyezik az utótag • Ezek a csomópontok bejegyzik N-t a saját táblájukba • Step 3: Minden értesített csomópont újrapublikálja az érintett állományokat • Lehet, hogy N lesz az új surrogate egy állomány számára • Értesülnie kell az állomány tárolási helyéről • Step 4: Értesít más pontokat is (elsődleges, másodlagos szomszédok) a jelenlétéről • Ezek lemérik a távolságot N felé, és átírják a táblájukat ha szükséges 26

27. Irodalom • http://www.cs.ucsb.edu/~ravenben/tapestry/ 27