Sistemi P2P avanzati Sistemi Peer To Peer (P2P) Avanzati Gennaro Cordasco – – – Laboratorio ISISLAB 2 (L8 a Baronissi)

Sistemi P2P avanzati Outline Peer-to-Peer (P2P) –Motivazioni Un po di storia –Napster –Gnutella Classificazione P2P Open Problems

Sistemi P2P avanzati Peer-to-Peer (P2P) File Sharing? Sistema distribuito nel quale ogni nodo ha identiche capacità e responsabilità e tutte le comunicazioni sono potenzialmente simmetriche; Peer to peer (obiettivi): condividere risorse e servizi (dove per risorse e servizi intendiamo: scambio di informazioni, cicli di CPU, spazio sul disco …); I sistemi P2P possiedono molti aspetti tecnici interessanti: –permettono di sfruttare risorse altrimenti non utilizzate; –controllo decentralizzato (niente Server); –assenza di punti nevralgici (single point to failure); –si organizzano da soli;

Sistemi P2P avanzati P2P: Applicazioni File Sharing system File Storage system Distributed file system Grid Computing Redundant storage Anonymity system Collaboration system Instant Messaging system napster gnutella morpheus kazaa bearshare ebay limewire icq fiorana mojo nation jxta united devices open cola uddi process tree can Chord ocean store farsite pastry tapestry ? grove netmeeting freenet popular power jabber Kademlia Kelips Viceroy

Sistemi P2P avanzati P2P: Storia Proposti già da oltre 30 anni (ARPAnet era una rete P2P!!!); Lintroduzione del Web e la grande differenza, in termini di prestazioni, fra macchine Client e Server ha spostato lattenzione verso i sistemi Client\Server; Successivamente, laumento delle prestazioni delle macchine Client e laumento delle capacità di banda della Rete, hanno portato un maggiore interesse verso le risorse che si trovano sul bordo della Rete. Alla fine degli anni novanta sono nati quindi i primi sistemi P2P (ICQ, Linteresse verso questo tipo di protocolli è aumentato con la nascita dei primi sistemi per file-sharing (Napster (1999), Gnutella(2000)); –Nel milioni di utenti hanno scaricato il Client di Napster; –Napster ha avuto un picco di traffico di circa 7 TB in un giorno;

Sistemi P2P avanzati P2P: Storia(2) Sfortunatamente i primi sistemi P2P soffrivano di gravi problemi di scalabilità Napster era un sistema P2P con lookup centralizzata

Sistemi P2P avanzati P2P: Storia(3) Leredità di Napster è stata raccolta da Gnutella; Il 14/03/2000 Justin Frankel e Tom Pepper realizzano la prima release di Gnutella (!!! Solo 14 ore !!! ); La taglia della rete cresce in 7 mesi da 2K a 48K nodi; Tuttavia nel 95% delle query il diametro è di 7-8 hop; Le applicazioni più conosciute che si basano sul protocollo Gnutella sono: – BearShare; – LimeWire; – …

Sistemi P2P avanzati P2P: Storia(4) La lista degli host presenti nella rete è disponibile sul Server gnutellahost.com; Il Server gnutellahost.com( ) viene usato dai nodi per il boot: –Single point of failure; –La ricerca di un file usa il flooding (non è scalabile): –controllo dei cicli; –TTL per evitare di congestionare la rete; C A BD E As query (e.g., X) Cs query hit Es query hit X X GET X X

Sistemi P2P avanzati P2P: Storia(4)

Sistemi P2P avanzati P2P: Scalabilità Il lavoro richiesto a un determinato nodo nel sistema non deve crescere (o almeno cresce lentamente) in funzione del numero di nodi nel sistema; I protocolli usati da Napster e Gnutella non sono scalabili; Per migliorare la scalabilità sono nati i cosiddetti protocolli P2P di seconda generazione che supportano DHTs (Distributed Hash Tables); Alcuni esempi di questi protocolli sono: Tapestry, Chord, CAN, Viceroy, Koorde, kademlia, kelips …;

Sistemi P2P avanzati Esempi

Sistemi P2P avanzati P2P di seconda generazione e DHT A ogni risorsa e ad ogni nodo è associata una chiave La chiave viene di solito creata facendo lhash del nome della risorsa o dellIP del nodo Ogni nodo del sistema è responsabile di un insieme di risorse/chiavi e tutti realizzano una DHT Lunica operazione che un sistema DHT deve fornire è lookup(chiave), la quale restituisce lidentità del responsabile di una determinata chiave

Sistemi P2P avanzati P2P di seconda generazione e DHT Tutti i nodi del sistema condividono una tabella hash Conoscono la struttura della tabella Ma non conoscono il responsabile di una determinata entry Nodo x Nodo y Nodo z ID …2m …2m …

Sistemi P2P avanzati P2P Classificazione Sistemi P2P Centralizzati (a.k.a. Ibridi) Sistemi P2P Gerarchici Sistemi P2P Puri Sistemi P2P che utilizzano SuperPeer

Sistemi P2P avanzati P2P Classificazione Sistemi P2P Centralizzati (a.k.a. Ibridi) Resource request P2P Communication

Sistemi P2P avanzati P2P Classificazione Sistemi P2P Gerarchici Servers/Coordinators Communication Resource request P2P Communication

Sistemi P2P avanzati P2P Classificazione Sistemi P2P Puri P2P Communication

Sistemi P2P avanzati P2P Classificazione Sistemi P2P che utilizzano SuperPeer Servers/Coordinators Communication Resource request P2P Communication

Sistemi P2P avanzati P2P Classificazione(2) E possibile classificare i sistemi P2P in base allapplicazione fornita: –File Sharing –Communication –Distributed Computing –Collaboration

Sistemi P2P avanzati P2P Desiderata Scalability Stability Performance Decentralization Load Balancing Topology awareness Flexibility

Sistemi P2P avanzati P2P: Capacità di far fronte ai fallimenti Cosa succede se un nodo cade? –I dati presenti nel nodo possono essere recuperati solo se ci sono duplicati. –Il routing continua a funzionare? Con quale efficienza? –Quanto costa una procedura per ripristinare tutti i link? –Chi chiama questa procedura? (vale a dire chi si accorge che un nodo non è attivo).

Sistemi P2P avanzati P2P: Routing Hot Spots Se una chiave è richiesta più spesso, il responsabile della chiave e anche i suoi vicini potrebbero sovraccaricarsi; – Per ovviare al problema si possono usare meccanismi di caching e di duplicazione; Diverso è il problema relativo ai nodi che si sovraccaricano per il traffico generato dalle lookup; – Questo tipo di traffico è abbastanza difficile da individuare e da gestire;

Sistemi P2P avanzati P2P: Performance Dal punto di vista topologico: Consideriamo una rete P2P come un grafo G=(V,E), dove V è linsieme dei nodi nel sistema e E rappresenta linsieme delle interconnessioni fra essi: –Minimizzare, per ogni nodo, le informazioni relative agli altri nodi: minimizzare il grado dei nodi; –Minimizzare il numero di messaggi necessari per fare lookup: Minimizzare il diametro; Minimizzare laverage path lenght (APL), vale a dire, la distanza media fra due nodi nel grafo. Condizioni necessarie ma non sufficienti

Sistemi P2P avanzati P2P: Incorporating Geography Di solito le le prestazioni del routing dei sistemi P2P si misurano contando il numero di hop necessari a individuare il responsabile di una chiave a parità di link nella rete Sarebbe utile, inoltre, minimizzare la latenza del singolo hop In pratica vogliamo che nodi vicini sulla rete DHT, siano fisicamente vicini s t s t

Sistemi P2P avanzati P2P: Incorporating Geography(2) Alcune tecniche: –Geographic Layout: Usare un algoritmo per attribuire le chiavi ai nodi in modo che nodi fisicamente vicini abbiano identificatori simili. (Controindicazioni: Bilanciamento del carico, Routing Hot Spots e Sicurezza) – PNS(Proximity neighbor selection) La scelta dei vicini non dipende solo dalla distanza fra i nodi sulla rete di overlay ma è influenzata anche dalle distanze reali –PRS(Proximity routing selection) Durante la ricerca lalgoritmo di routing non sceglie il successivo step basandosi solo sulla distanza fra i nodi nella rete di overlay; considera anche la distanza effettiva fra i nodi (in termini di RTT)

Sistemi P2P avanzati P2P: Extreme Heterogeneity I nodi connessi a questo tipo di reti sono eterogenei (Es. capacità di calcolo e banda) E possibile progettare algoritmi di routing che considerino anche questa eterogeneità La tecnica più diffusa per risolvere questo problema consiste nel considerare dei nodi virtuali tutti con le stesse capacità e assegnare a ogni nodo reale un numero di nodi virtuali proporzionale alle proprie capacità

Sistemi P2P avanzati P2P: Sicurezza E possibile realizzare un protocollo P2P che resiste ad attacchi di tipo denial of service E necessario replicare i dati E importante usare funzioni hash One Way (per i dati e per i nodi) E importante osservare che tutte le dimostrazioni relative alla sicurezza dei vari algoritmi incontrati finora si basano sul fatto che le chiavi vengono associate ai nodi e alle risorse in modo pseudo- casuale (quasi tutti gli algoritmi usano SHA-1)

Sistemi P2P avanzati Riferimenti S. Ratnasamy, S. Shenker, and I. Stoica. Routing algorithms for DHTs: Some open questions. In 1st International Peer To Peer Systems Workshop (IPTPS02). I. Stoica, R. Morris, D. Liben-Nowell, D. R. Karger, M. F. Kaashoek, F. Dabek, H. Balakrishnan, Chord: A Scalable Peer-to-peer Lookup Protocol for Internet Applications. In IEEE/ACM Trans. on Networking, 2003.

Sistemi P2P avanzati Fine Lezione 1