ĐỊNH DANH TRONG HỆ PHÂN TÁN ppt

Tên, định danh và địa chỉ• Tên: • Thực thể: Entity • Điểm truy cập: Access point • Thực thể và điểm truy cập: ví dụ điện thoại đi động • Địa chỉ: một địa chỉ chỉ là một loại đặc biệt

DISTRIBUTED SYSTEMSPrinciples and Paradigms

Đỗ Minh Nam

Chapter 5 ĐỊNH DANH TRONG HỆ

PHÂN TÁN

5.1 Tên, định danh và địa chỉ

• Tên:

• Thực thể: Entity

• Điểm truy cập: Access point

• Thực thể và điểm truy cập: ví dụ điện

thoại đi động

• Địa chỉ: một địa chỉ chỉ là một loại đặc biệt

của tên

Names, Identifiers, And Addresses

Một định danh thực sự là một tên:

Properties of a true identifier:

• An identifier refers to at most one entity.

• Each entity is referred to by at most one

identifier.

• An identifier always refers to the same

entity

Names, Identifiers, And Addresses

Phân giải một tên

Ta có một tên; ftp.cs.vu.nl

NS(.) ~ NS(nl) ~ NS(vu.nl) ~ address ofjtp.cs.vu.nl

NS(.) ~ NS(nl) ~ NS(vu.nl) ~ address ofjtp.cs.vu.nl

5.2 Định danh phẳng (Flat naming)

NS(.) ~ NS(nl) ~ NS(vu.nl) ~ address ofjtp.cs.vu.nl

Điểm trỏ chuyển tiếp (Forwarding

Pointers) (1)

Forwarding Pointers (2)

Forwarding Pointers (3)

Home-Based Approaches

Bảng băm phân tán (Distributed Hash

Table - DHT)

 DHTs là cơ sở để xây dựng các hệ thống ứng dụng

phân tán như distributed file systems, peer-to-peer file sharing và content distribution systems Bên cạnh đó là các hệ thống web caching, multicast, anycast, domain name services, và instant messaging.

 Các hệ thống ứng dụng sử dụng DHTs đáng chú ý có

BitTorrent, eDonkey ….

Bảng băm phân tán (Distributed

Hash Table - DHT)

Bảng băm phân tán (Distributed

Hash Table - DHT)

 DHTs là một lớp (class) của hệ thống phân tán có cấu

trúc, cung cấp khả năng tìm kiếm (lookup) tương tự như bảng hash:

– Là một dạng của cấu trúc bảng băm thông thường.

– Cặp (khóa - key, giá trị - value) được lưu trữ ở DHTs và bất kì node

nào cũng có thể truy vấn lấy value một cách hiệu quả thông qua key

đã cho.

– Hỗ các 3 thao tác: chèn, tìm kiếm, xoá các cặp (key, value).

DHT: Không gian địa chỉ

Không gian địa chỉ của DHT là một tập gồm nhiều số nguyên,

vd: từ 0 … 2 3 -1, 0 … 2 160 -1, v.v….

0

4

2 6

5

1

3 7

DHT: Không gian địa chỉ

Các Node và dữ liệu (data items) được ánh xạ vào cùng một

không gian địa chỉ.

Sử dụng hàm băm bảo mật SHA-1 (sinh ra một số 160 bit).

Đầu vào của hàm băm

– Địa chỉ IP của một Node.

– Tên các files dữ liệu.

– Hoặc nội dung của dữ liệu.

DHT: Không gian địa chỉ

Trong hình vẽ:

– Không gian địa chỉ: 0…65535 (216 -1)

– Được phân hoạch cho 8 Node

DHT: Quản lý dữ liệu

 Địa chỉ IP của một node được băm để xác định vị trí của

nó trong bảng băm

– NodeID = SHA-1(Node IP Address)

Mỗi file dữ liệu được gán một số định danh (Key)

– Key = SHA-1(tên file) hoặc SHA-1(nội dung file).

– Key là giá trị duy nhất trong không gian địa chỉ.

 Mỗi node quản lý một khoảng giá trị trong không gian địa

chỉ

 Dữ liệu được lưu trữ ở node và được quản lý khoá của

dữ liệu

DHT: Tìm kiếm dữ liệu

 Thông điệp tìm kiếm khoá K sẽ được chuyển đi lần lượt

đến các node trong DHT cho đến khi gặp node quản lý khoá K.

DHT: Cơ chế quản lý

Một node ra nhập (join) hoặc rời bỏ (leave) hệ thống được

quản lý như thế nào?

Node Join: 4 bước

– Step 1: liên lạc với một node tồn tại trong DHT.

– Step 2: xác định khoảng địa chỉ mà nó quản lý.

– Step 3: cập nhật lại thông tin phục vụ cho việc tìm kiếm.

– Step 4: chuyển tất cả các cặp (Key, Value) thuộc quyền quản lý từ node

trước về nó.

DHT: Cơ chế quản lý

Node Leave: 2 bước

– Step 2: chuyển các cặp (Key, Value) của nó về node trước nó.

– Step 2: cập nhật lại thông tin phục vụ cho việc tìm kiếm.

Giới thiệu giao thức DHT

I Stoica, R Morris, D Karger, F Kaashoek, and H Balakrishnan Chord:

A scalable Peer-To-Peer lookup service for internet applications In

Proceedings of the 2001 ACM SIGCOMM Conference, p 149–160, 2001.

Mạng ngang hàng Chord

0

4

2 6

keys 2

keys

keys

7 5

Mạng ngang hàng Chord

 Là một trong nhiều giao thức sử dụng DHTs (các giao

thức sử dụng DHTs khác như CAN, Pastry, Viceroy…).

 Hệ thống tìm kiếm và lưu trữ thông tin P2P.

 Cho một khoá (data item), nó ánh xạ khoá đó vào một

• ID(Node) = SHA-1(IP Address)

 Định danh của một mục dữ liệu (Key) là giá trị băm của

tên hoặc nội dung dữ liệu (phụ thuộc vào ứng dụng).

• ID(Key) = SHA-1(tên file)

• ID(key) = SHA-1(nội dung file)

Chord: Không gian địa chỉ

 Trong một không gian định danh m-bit sẽ có 2m định

danh.

 Các định danh được xếp theo thứ tự vòng tròn modulo

2m.

 Vòng tròn định danh được gọi là vòng tròn Chord.

 Cặp (k,v) được lưu ở node đầu tiên có định danh lớn hơn

hoặc bằng key trong không gian định danh.

 Node như vậy được gọi là successor k, được ký hiệu là

successor(k).

Chord: Join and Departure

 Khi node n join vào mạng, các khoá do n quản lý đã

được gán cho successor của n bay giờ sẽ được gán trả lại cho n

0

2 6

keys 2

keys

keys

7 5

Chord: Join and Departure

Khi node n rời mạng thì tất cả khoá do nó quản lý sẽ được chuyển cho successor của nó.

0

2 6

1 7

keys 1

keys

keys

keys 6

7

Chord: Tìm kiếm đơn giản

 Mỗi node chỉ biết successor của nó trong vòng tròn

định danh, như vậy có thể duyệt qua các node theo thư

tự tuyến tính.

 Các câu truy vấn với một định danh cho trước được

chuyển quanh vòng tròn thông qua các con trỏ successor cho đến khi gặo node chứa khoá cần tìm.

Chord: Tìm kiếm đơn giản

1

2 6

0

4

2 6

successor(0) = 1

Node 0 gửi câu truy vấn

với key = 6

Chord: Tìm kiếm đơn giản

• Đoạn giả Code để tìm successor:

// ask node n to find the successor of id

Chord: Tìm kiếm nâng cao

Thông tin bổ sung này không phải là bản chất cho vấn

đề tính đúng đắn.

Ch ord – Finger Tables

• Để tăng tốc độ tìm kiếm, Chord duy trì thêm thông tin

tìm đường.

bit biểu diễn vòng tròn định danh), được gọi là finger table.

node đầu tiên s theo sau node n bởi ít nhất là 2i-1 trong vòng tròn định danh.

1

3 7

finger table keys

0+2 0

0+2 1

0+2 2

1 2 4

[1,2) 3

3 6

[2,4) [4,0)

finger table keys

For start Int Succ.

3+2 0 4 [4,5) 6

1 2

finger table keys

For start Int Succ.

[0,2) [2,6)

5

Chord – tìm kiếm mở rộng

Giả code để tìm successor của một định danh

Walk clockwise to find the node which precedes id and whose successor succeeds id

Start with the m th finger of node n See if it comes between node n and the id, if not, check the m-1 th

finger until we find one wich does.

This is the closest node preceding id Find id’s successor by finding the immediate predecessor of the id

Chord – Tìm kiếm mở rộng

0

4

2 6

5

1

3 7

finger table keys

finger table keys

1 2

finger table keys

Successor

finger table keys

7

4 7

successor(5) = 7

4

Chord - Node joins

Các công việc được thực hiện

– Khởi tạo predecessor và bảng finger table của node n.

– Cập nhật lại bảng finger table và predecessor của các node tồn tại khi

có thêm node n.

– Chuyển các khoá thích hợp cho node n quản lý.

Chord Algorithm - Node joins

0

4

2 6

5

1

3 7

finger table keys

finger table keys

1 2

finger table keys

6 4

Successor 0

Predecessor 35

Successor 3 Predecessor 6

Successor 6 Predecessor 0

finger table keys

6 [6,7)

7 [7,1)

7 7

Khởi tạo bảng fingers và predecessor

find_successor(6);

Chord - Node joins

0

4

2 6

5

1

3 7

finger table keys

5

finger table keys

finger table keys

6 4

Successor 0

Predecessor 35

Successor 3 Predecessor 6

Successor 7 Predecessor 0

5

finger table keys

6 [6,7)

7 [7,1)

1 [1,5)

7 7 3

Successor

Predecessor

7 3

5

Cập nhật bảng fingers của các node trong mạng

3 3

P = find_predecessor(n-2 i-1 )

i = 1, P = find_predecessor(4)

3

Chord - Node joins

0

4

2 6

5

1

3 7

finger table keys

6

finger table keys

finger table keys

6 4

Successor 0

Predecessor 35

Successor 3 Predecessor 6

Successor 6 Predecessor 0

5

finger table keys

6 [6,7)

7 [7,1)

7 7

5

Chuyển các Keys

Chord – node joins

Chord - Stabilization

Stabilization

– Đảm bảo tính đúng đắn và hiệu quả.

– Đảm bảo tính cập nhật cho các node‘s successor.

– Sử dụng successor pointers để đảm bảo tính đúng đắn của các bản

ghi trong các bảng finger.

Chord - Stabilization

Giả code cho quá trình stabilization

Join does not make the rest of the network aware of n

Every node runs stabilize periodically, to verify the successor

Use successor pointers to

Node n asks its successor for the successor’s predecessor x.

See if x should be n’s successor instead (happens if x recently joined the system)

Notify n’s successor of n’s exist Successor changes its predecessor to n if it knows no closer predecessor than n.

Distributed Hash Tables

General Mechanism

Figure 5-4

Resolving key

26 from node 1

Hierarchical Approaches (1)

Hierarchical Approaches (2)

Hierarchical Approaches (3)

Hierarchical Approaches (4)

Hierarchical Approaches (5)

Name Spaces (1)

Name Spaces (2)

Linking and Mounting (1)

Name space

Observation

 We can easily store all kinds of attributes in a node,

describing aspects of the entity the node represents:

– Type of the entity

– An identifier for that entity

– Address of the entity’s location

 The mechanism to select the implicit context from which to

start name resolution:

– www.cs.vu.nl: start at a DNS name server

– /home/steen/mbox: start at the local NFS file server (possible recursive

search)

– 0031204447784: dial a phone number

– 130.37.24.8: route to the VU’s Web server

Linking: kĩ thuật này sử dụng bí danh (alias) - tên giống với tên

của thực thể Với kĩ thuật này cho phép nhiều đường dẫn cùng tham chiếu đến cùng một nút trên đồ thị tên Một cách tiếp cận khác là dùng một nút lá không phải để lưu trữ địa chỉ hay trạng thái của thực thể mà để lưu trữ đường dẫn tuyệt đối tới thực thể đó.

Mounting: là kĩ thuật được thực hiện khi tìm kiếm trên hai không

gian tên Một nút thư mục được gọi là một mount point (điểm

gắn kết) lưu giữ id (hoặc các thông tin cần thiết cho việc xác định và truy nhập) một nút thư mục bên phía không gian tên

cần gắn kết được gọi là mounting point.

Linking and Mounting (2)

Information required to mount a foreign

name space in a distributed system

• The name of an access protocol.

• The name of the server.

• The name of the mounting point in the

foreign name space.

Linking and Mounting (3)

Name-space implementation

Basic issue

Distribute the name resolution process as well as name space management

across multiple machines, by distributing nodes of the naming graph.

Distinguish three levels

• Global level: Consists of the high-level directory nodes Main aspect is

that these directory nodes have to be jointly managed by different administrations

• Administrational level: Contains mid-level directory nodes that can be

grouped in such a way that each group can be assigned to a separate administration.

• Managerial level: Consists of low-level directory nodes within a single

administration Main issue is effectively mapping directory nodes to

Name Space Distribution (1)

Name Space Distribution (2)

Implementation of Name Resolution (1)

Iterative name resolution

1 resolve(dir,[name1, ,nameK]) sent to Server0 responsible for dir

2 Server0 resolves resolve(dir,name1) ! dir1, returning the identification (address) of Server1, which stores dir1.

3 Client sends resolve(dir1,[name2, ,nameK]) to Server1, etc.

Implementation of Name Resolution (2)

Recursive name resolution

1 resolve(dir,[name1, ,nameK]) sent to Server0 responsible for dir

2 Server0 resolves resolve(dir,name1) ! dir1, and sends resolve(dir1,[name2, ,nameK]) to

Server1, which stores dir1.

3 Server0 waits for result from Server1, and returns it to client.

Implementation of Name Resolution (3)

Example: The Domain Name System

The DNS Name Space

DNS Implementation (1)

DNS Implementation (2)

DNS Implementation (3)

Hierarchical Implementations: LDAP (1)

Hierarchical Implementations: LDAP (2)

Hierarchical Implementations: LDAP (3)

Figure 5-23 (b) Two directory entries

Mapping to Distributed Hash Tables (1)

Mapping to Distributed Hash Tables (2)

Semantic Overlay Networks