Chương 3 Kiến trúc ngang hàng peertopeer (P2P)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MƠN Mạng máy tính truyền số liệu nâng cao Giảng viên: TS Nguyễn Chiến Trinh Điện thoại/E-mail: 0915400946; chientrinh@gmail.com Bộ môn: Mạng viễn thông - KhoaViễn thông Học kỳ/Năm biên soạn: 2015 1- Internet Internet và giao giao thức thức Kiến trúc ngang hàng peer-to-peer (P2P) Máy chủ không cần hoạt động liên tục  Các hệ thống đầu cuối tùy ý kết nối trực tiếp  Các thiết bị ngang hàng không kết nối liên tục thay đổi địa IP  Có khả cho mạng qui mơ lớn khó quản lý Nội dung  Phân bố tệp  Tìm kiếm thơng tin  Thoại Internet sử dụng P2P  peer-peer 1- Internet Internet và giao giao thức thức Phân bố tệp: kiến trúc clien-server P2P Vấn đề: Mất thời gian để phân bố tệp từ máy chủ đến N thiết bị ? us: băng thông máy chủ tải lên Server us File, size F dN uN u1 d1 u2 d2 Mạng (dư thừa băng thông) ui: băng thông thiết bị i tải lên di: băng thông thiết bị i tải xuống 1- Internet Internet và giao giao thức thức Thời gian phân bố tệp kiến trúc client-server  Thời gian máy chủ gửi N sao: NF/us  Thời gian máy khách i cần để tải xuống: F/di Thời gian để phân bố tệp F đến N máy = d = max { NF/u , F/min(d ) } s i khách sử dụng kiến cs trúc client-server Tăng tuyến tính với N ( N lớn) 1- Internet Internet và giao giao thức thức Thời gian phân bố tệp kiến trúc P2P  Thời gian máy chủ phải gửi sao: F/us  Thời gian máy khách i cần để tải xuống: F/di  Tổng cộng phải tải xuống NF bits Tốc độ tải xuống cao có thể: us + Σui dP2P = max { F/us, F/min(di) , NF/(us + Σui) } i 1- Internet Internet và giao giao thức thức Ví dụ so sánh kiến trúc client-server P2P Tốc độ tải lên máy khách = u, F/u = 1h, us = 10u, dmin ≥ us 1- Internet Internet và giao giao thức thức Phân bố tệp: BitTorrent Bộ theo dõi (tracker): Theo dõi thiết bị ngang hàng tham gia torrent torrent: nhóm thiết bị ngang hàng trao đổi khúc liệu tệp Lấy danh sách thiết bị ngang hàng Giao dịch khúc liệu peer 1- Internet Internet và giao giao thức thức BitTorrent (1)      Tệp chia thành khúc (chunk) 256KB Thiết bị gia nhập torrent:  Khơng có khúc liệu, thu thập chúng theo thời gian  Đăng ký với theo dõi để lấy danh sách thiết bị ngang hàng, kết nối với tập nhỏ thiết bị (hàng xóm/ lân cận) Trong tải xuống, thiết bị ngang hàng tải lên khúc liệu cho thiết bị ngang hàng khác Các thiết bị ngang hàng vào rời bỏ torrent Một có tồn tệp, thiết bị ngang hàng rời bỏ lại 1- Internet Internet và giao giao thức thức BitTorrent (2) Lấy khúc liệu  Tại thời điểm nào, thiết bị ngang hàng có tập nhỏ khác khúc liệu tệp  Định kì theo thời gian, thiết bị ngang hàng hỏi hàng xóm danh sách khúc liệu mà chúng có  Thiết bị ngang hàng gửi yêu cầu khúc liệu mà chưa có  Hiếm (rarest first) Gửi khúc liệu: ăn miếng trả miếng Thiết bị ngang hàng gửi khúc liệu cho hàng xóm gửi liệu cho tốc độ lớn  Cứ 10s lại đo đánh giá lại thiết bị đứng đầu (mở) Mỗi 30s: lựa chọn ngẫu nhiên thiết bị ngang hàng khác, bắt đầu gửi khúc liệu  Thiết bị ngang hàng gia nhập nhóm thiết bị đứng đầu  Mở tối ưu 1- Internet Internet và giao giao thức thức BitTorrent (3) (1) A mở tối ưu cho B (2) A trở thành nhà cung cấp hàng đầu B B đáp lại (3) B trở thành nhà cung cấp hàng đầu A Tải lên tốc độ cao, tìm đối tác giao dịch tốt lấy tệp nhanh hơn! 1- 10 Internet Internet và giao giao thức thức P2P: Tìm kiếm thơng tin • Chỉ số (cơ sở liệu đơn giản) hỗ trợ tìm kiếm hệ thống phân tán • Chỉ số: (khóa-key, giá trị-value) (123-456-789, Nguyen) (God Father, 203.17.123.38) 1- 11 Internet Internet và giao giao thức thức P2P: Tìm kiếm thơng tin - Ứng dụng Chia sẻ tệp (ví dụ, e-mule)  Chỉ số theo dõi động vị trí tệp mà thiết bị ngang hàng chia sẻ  Thiết bị ngang hàng cần thông báo số lưu trữ  Thiết bị ngang hàng tìm kiếm số để xác định tệp cần tìm đâu    Nhắn tin tức thời IM (Instant messaging) Chỉ số ánh xạ tên người sử dụng với vị trí Khi người sử dụng bắt đầu ứng dụng IM, cần thơng báo số vị trí Các thiết bị ngang hàng tìm số để xác định địa IP người sử dụng 1- 12 Internet Internet và giao giao thức thức P2P: Chỉ số tập trung Thiết kế tập trung “Napster” 1) Khi thiết bị ngang hàng kết nối, thơng báo cho máy chủ trung tâm:   B Máy chủ thư mục tập trung peers Địa IP Nội dung 2) A truy vấn “God father” 3) A yêu cầu tệp từ B A 1- 13 Internet Internet và giao giao thức thức P2P: Phân tán số   Lỗi điểm tập trung gây ảnh hưởng toàn hệ thống Hiệu cao (tải cao) điểm Truyền tệp phân tán, nội dung lại tập trung Phân tán số • Trong hệ thống P2P: ánh xạ thơng tin vào vị trí thiết bị ngang hàng (vị trí = địa IP & số cổng) • Kỹ thuật đánh số tìm kiếm: Bảng băm phân tán DHT định danh cho thiết bị ngang hàng ánh xạ khóa -> số nguyên (băm khóa) dải lưu trữ (khóa-băm, giá trị) vào thiết bị ngang hàng 1- 14 Internet Internet và giao giao thức thức Lưu trữ (khóa, giá trị) DHT Quy tắc gán khóa vào thiết bị ngang hàng:  Gán cặp (khóa, giá trị) tới thiết bị ngang hàng có định danh gần khóa (ngay sau khóa)  Nếu khóa lớn tất định danh sử dụng modul lưu trữ (khóa, giá trị) vào thiết bị ngang hàng có định danh nhỏ Vấn đề: Làm để xác định thiết bị ngang hàng gần khóa nhất?  Duy trì theo dõi tất thiết bị ngang hàng (peer ID địa IP): không thực tế 1- 15 Internet Internet và giao giao thức thức DHT vòng (1) Mạng che phủ: biểu đồ  Cạnh thiết bị ngang hàng X Y kết nối TCP  Tất thiết bị ngang hàng hoạt động cạnh tạo thành mạng che phủ  Cạnh: liên kết ảo (không phải kết nối vật lý thực tế) 15 12 Peer muốn biết thiết bị 15 chịu trách nhiệm khóa 11 10 12 10 1- 16 Internet Internet và giao giao thức thức DHT vòng (2)     Mỗi peer biết thiết bị sau Peer muốn biết peer chịu trách nhiệm khóa 11: Peer gửi tin đến peer 4; peer gửi tin đến peer 5; … peer 12 chịu trách nhiệm khóa 11 Peer 12 gửi tin trả lời đến peer Giảm số thông tin peer phải quản lý Số lượng tin gửi lớn (N/2) 1- 17 Internet Internet và giao giao thức thức DHT vòng với đường tắt    Tìm điểm cân số lượng thơng tin peer phải theo dõi số lượng tin truyền mạng: bổ sung đường kết nối tắt Peer – peer – peer 10 – peer 12 Có thể thiết kế để số lượng hàng xóm tin gửi O(log N); 1- 18 Internet Internet và giao giao thức thức Peer churn   Mỗi peer theo dõi (biết địa IP) peer đứng sau Định kì kiểm tra (ping) Peer rời bỏ (peer 5): •Peer thay thiết bị ngang hàng sau thứ sau thứ hai (peer 8) •Thiết bị ngang hàng sau yêu cầu định danh địa IP thiết bị sau thứ hai (thiết bị ngang hàng 10) Peer gia nhập (peer 13): •Chỉ biết peer •Peer gửi tin đến peer 13 qua peer “Thiết bị trước sau peer 13 ai?”; •Peer 12 nhận tin biết peer trước peer 13 peer 15 peer sau 1- 19 Internet Internet và giao giao thức thức Ứng dụng DHT vào BitTorrent     Thiết lập theo dõi phân tán Khóa-key: định danh torrent; Giá trị-value: địa IP tất peer tham gia torrent Peer gia nhập: truy vấn định danh torrent, xác định peer chịu trách nhiệm theo dõi 1- 20 Internet Internet và giao giao thức thức Che phủ phân cấp   Phương án số tập trung phân tán hoàn toàn (query flooding) Mỗi peer siêu nút (super node) gắn đến siêu nút    Kết nối TCP peer siêu nút Kết nối TCP số cặp siêu nút Siêu nút theo dõi nội dung peer o r d in a r y p e e r g r o u p - le a d e r p e e r n e ig h o r in g r e la tio n s h ip s in o v e rla y n e tw o rk 1- 21 Internet Internet và giao giao thức thức Thoại Internet P2P Skype     Bản chất P2P: cặp người sử dụng kết nối với Giao thức lớp ứng dụng độc quyền Mạng che phủ phân cấp với siêu nút SN Chỉ số ánh xạ tên người sử dụng với địa IP; phân tán SN Skype clients (SC) Skype login server 1- 22 Internet Internet và giao giao thức thức Sử dụng peer trạm chuyển tiếp  Khi A B đằng sau “NATs”   NAT ngăn chặn peer bên khởi tạo gọi vào peer bên Giải pháp:    Sử dụng siêu nút SN A B để chuyển tiếp Từng peer khởi tạo phiên với trạm chuyển tiếp Các Peers truyền thơng qua NAT sử dụng chuyển tiếp 1- 23 Internet Internet và giao giao thức thức Tổng kết Phân bố tệp P2P: Kiến trúc P2P vs Clientserver Hoạt động BitTorrent Tìm kiếm thông tin: Chỉ số Khái niệm hoạt động DHT Ứng dụng: Thoại Internet P2P 1- 24 ... sách thiết bị ngang hàng, kết nối với tập nhỏ thiết bị (hàng xóm/ lân cận) Trong tải xuống, thiết bị ngang hàng tải lên khúc liệu cho thiết bị ngang hàng khác Các thiết bị ngang hàng vào rời bỏ... và giao giao thức thức Kiến trúc ngang hàng peer-to-peer (P2P) Máy chủ không cần hoạt động liên tục  Các hệ thống đầu cuối tùy ý kết nối trực tiếp  Các thiết bị ngang hàng không kết nối liên... thiết bị ngang hàng hỏi hàng xóm danh sách khúc liệu mà chúng có  Thiết bị ngang hàng gửi yêu cầu khúc liệu mà chưa có  Hiếm (rarest first) Gửi khúc liệu: ăn miếng trả miếng Thiết bị ngang hàng