P2P (o quasi):
Peer To Peer (o quasi)
Gennaro Cordasco
P2P (o quasi)
Cosa vuol dire Peer to Peer (P2P)?
• 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 …);
• 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;
•Per migliorare la scalabilità sono nati i cosiddetti protocolli P2P di
seconda generazione che supportano DHT (Distributed Hash Table);
P2P (o quasi)
DHT Routing
• La scalabilità di un protocollo è direttamente legata all’efficienza
dell’algoritmo usato per il routing;
• In questo senso sostanzialmente gli obiettivi sono due:
• Minimizzare il numero di messaggi necessari per fare lookup;
• Minimizzare, per ogni nodo, le informazioni relative agli altri nodi;
• I vari DHT conosciuti differiscono proprio nel routing;
P2P (o quasi)
DHT Routing: Lookup
• Trovare l’indirizzo IP del nodo responsabile di una determinata chiave;
• Obiettivi:
• Minimizzare la dimensione dello spazio richiesto ai nodi per
memorizzare le tabelle di routing;
• Minimizzare il numero di hop necessari per il Lookup;
• Fornire un servizio fidato anche con Peer inaffidabili;
• Resistere ad attachi di tipo Denial of Service;
P2P (o quasi)
Ip address
DHT: Routing(Sommario)
• Esistono un bel po’ di soluzioni; (Ce ne sono altre!!!)
• Le prestazioni sono più o meno uguali (in teoria);
• La domanda da porsi però è “Il gioco vale la candela …”;
P2P (o quasi)

Hybrid
–

Centralized index, P2P
file storage and transfer
Super-peer
–

P2P(quasi): Classificazione
A “pure” network of
“hybrid” clusters
Pure
–
functionality completely
distributed
P2P (o quasi): errata corrige
Viceroy Network vs Butterfly
• In una Viceroy Network a r dimensioni due nodi u=<w,i > e v=<w’,i+1> sono
connessi se:
• w = w’; (archi diretti non mostrati);
• w’ = (w+2r-i)mod 2r.
• In una butterfly a r dimensioni due nodi u=<w,i > e v=<w’,i+1> sono connessi se:
• w = w’; (archi diretti non mostrati);
• w e w’ differiscono esattamente nell’i-esimo bit.
P2P: un’applicazione
Gennaro Cordasco
P2P: un’applicazione
Tanto per intenderci…(1)
• Le applicazioni P2P sono costituite da tre fasi principali:
• boot; (nessuno o quasi fa boot P2P)
• lookup; (pochi sono P2P, alcuni usano SuperPeer)
• scambio di file; (sono tutti P2P)
P2P: un’applicazione
Tanto per intenderci…(2)
• Parleremo di applicazioni:
• P2P pure se:
• le fasi di boot, lookup e scambio di file sono P2P;(forse Overnet?)
• P2P se:
• le fasi di lookup e scambio di file sono P2P;
• la fase di boot utilizza qualche SERVER; (Gnutella, Freenet)
• P2P Ibride se:
• la fase di scambio dei file è P2P;
• la fase di boot utilizza qualche SERVER;
• nella fase di lookup vengono usati Peer particolari:
Hub (Direct Connect) SuperPeer , Ultra Peer(Gnutella2)
Supernodo (KaZaA)
NodoRandezVous (JXTA)
MainPeer (EDonkey) Server (WinMX)
P2P: un’applicazione
Sommario
• Gnutella: un po’ di informazioni;
• Gnutella: vantaggi e svantaggi;
• Gnutella2;
• Overnet !!!P2P PURO!!!
P2P: un’applicazione
Gnutella(1)
• 14 / 03 / 2003 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;
•…
P2P: un’applicazione
Gnutella
• Gnutella è un protocollo P2P;
• La lista degli host presenti nella rete è disponibile sul server gnutellahost.com;
• Il Server gnutellahost.com(127.186.112.097) viene usato dai nodi per il boot:
• Single point of failure;
• Gnutella non è P2P Puro!!!;
• La Ricerca di un file usa il flooding (non è scalabile):
• controllo dei cicli;
• TTL per evitare di congestionare la rete;
P2P: un’applicazione
Il protocollo Gnutella (v0.4)
• PING – Notifica a un Peer la propria esistenza;
Boot
• PONG – Reply to a PING (contiene alcune informazioni sulla rete);
• QUERY – Cerca un file nella rete (Sulla base di una determinata
chiave);
Lookup
• RESPONSE(QUERY HIT) – Risposta a una query (contiene la
locazione del file);
• GET – Permette di richiedere un file;
• PUSHREQUEST – Permette di scavalcare i firewall;
Scambio
P2P: un’applicazione
Gnutella Search Example
GET X.mp3
X
X
C
A
B
A’s query (e.g., X)
C’s query hit
E’s query hit
D
E
X
P2P: un’applicazione
Gnutella: Flooding
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Concetti
• New Protocol;
• A new data trasport architecture;
• New base services, including search: Gnutella Addressing System (GAS);
• An implementation standard;
P2P: un’applicazione
Gnutella2: meglio un uovo oggi….
• L’obbiettivo della lookup in Gnutella è trovare tutti i peer che dispongono di
un determinato oggetto (non ci sono limitazioni sul tempo);
• L’obbiettivo della lookup in Gnutella2 è trovare, nel minor tempo possibile,
almeno un peer (se c’è) che dispone di un determinato oggetto; una volta
trovata un’istanza dell’oggetto desiderato è possibile scegliere se fermarsi o
continuare la ricerca;
• L’abilità di trovare almeno un’istanza di un oggetto è molto importante,
altrimenti non sono possibili altre azioni;
• Bisogna trovare un modo per tenere sotto controllo la ricerca;
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Ricerca…(1)
• Esistono tre approcci per controllare la ricerca;
• Random walker approach;(il nodo che origina la query ne controlla
l’esecuzione e in ogni istante può decidere se continuare o abortire la
ricerca).
Gnutella2
• Random or crawling mesh approach;(il nodo che origina la query
iterativamente contatta alcuni nodi della rete, finché non si verifica una
determinata condizione).
Future
• Guided mesh approach;(DHT)
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Ricerca…(2)
• Su una rete pubblica di grandi dimensioni non è possibile effettuare
direttamente la ricerca di un oggetto:
• ci sono troppi nodi da contattare;
• il costo per mettersi in contatto con un nodo è troppo alto paragonato
alla probabilità di successo su quel nodo;
• la maggior parte dei nodi non dispongono di risorse sufficienti per far
fronte a un numero notevole query;
• non tutti i nodi si possono contattare direttamente (es. firewall);
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Ricerca…(3)
Nodo
Hub
• Soluzione? P2P Ibrido:
• Gnutella2 organizza i nodi in un sistema gerarchico a due livelli dove i
nodi ad alta capacità chiamati Hub rispondono alle query per le proprie
foglie;
• La restizione della rete agli Hub è P2P;
• Hub vantaggi:
• Viene ridotto il numero totale dei nodi da contattare;
• Un Hub contiene informazioni relative a tanti oggetti, quindi è
maggiore la probabilità che una query trovi un’istanza di un oggetto;
• E’ possibile avere informazioni su nodi down;
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Ricerca…(4)
• Per evitare che questo sistema degeneri in un sistema centralizzato viene
limitato il numero di leaves per ogni hub;(circa 150)
• La comunicazione fra leaves e hub è diretta;
• Problema Inter-Hub Communication;
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Inter-Hub
Communication(1)
Nodo
Hub
• Ogni hub conosce solo i propri vicini;
• Quando un hub riceve una query dal nodo di origine, oltre a elaborarla, la
inoltra ai propri vicini che non la inoltrano ulteriormente; (in pratica TTL = 2)
• Ad esempio se la ricerca viene inviata ad un hub che ha 5 vicini in un solo
passo (con una query) vengono analizzate le foglie relative a 6 hub;
• L’insieme dei nodi raggiunto in un passo viene chiamato cluster;
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Inter-Hub
Communication(2)
Nodo
Hub
• Quando un nodo richiede la ricerca di un oggetto al proprio hub:
• Viene ricercato l’elemento nel proprio cluster;
• Viene ricercato l’elemento nei cluster vicini(a distanza 1) più qualche
cluster lontano scelto a caso;
• Viene ricercato l’elemento nei cluster vicini dei vicini (a distanza 2) più
qualche cluster lontano scelto a caso;
•…
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Inter-Hub
Communication(3)
Nodo
Hub
• Non è possibile per ogni hub mantenere la lista di tutti gli hub; (Non
è scalabile);
• La lista dei cluster a distanza i+1 è ottenuta in risposta alla ricerca
effettuata sui cluster a distanza i;
• Le risposte contengono inoltre altre informazioni utili per le
statistiche (es. numero di nodi presenti nel cluster);
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Inter-Hub
Communication(4)
Nodo
Hub
• Ogni hub mantiene la lista degli hub vicini (direttamente connessi)
più una cache di hub lontani aggiornata di tanto in tanto;
• Viene mantenuta una done list;
• Le ricerche all’interno del cluster sono fatte usando TCP;
• Le ricerche fra cluster sono fatte usando UDP;
UDP SEARCH
TCP SEARCH
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Inter-Hub
Communication(Esempio)
try list
cluster
P2P: un’applicazione
Gnutella2: Inter-Hub
Communication(5)
Nodo
Hub
• Ogni hub deve mantenere quindi:
• la lista dei propri vicini;
• una lista di hub lontani(da aggiornare di tanto in tanto);
• una done list (i nodi a cui abbiamo inviato una query più i loro
vicini);
• una try list; (i vicini dei vicini dei nodi a cui abbiamo inviato una
query);
per ogni
query
Gnutella2: Boot
• Come fa un nuovo nodo a connettersi alla rete?
• E’ necessario conoscere almeno un host attivo;
• Chi mantiene la lista degli host attivi?
• un Server; (Gnutella)
• tanti Server; (Gnutella2)
• Idee!!!
Overnet
• Sistema P2P per il file sharing sviluppato dalla MetaMachine;
• Non ci sono server; (P2P puro)
• Usano DHT(Distribuited Hash Table) con ID a 128 bit;
• Purtroppo non è Open Source;
Overnet:boot
• Ogni nodo mantiene una cache dei nodi connessi alla rete;
• Durante la fase di boot il nodo tenta di connettersi ai nodi
presenti nella cache;
• Se questa fase non ha successo viene richiesto l’indirizzo di un
nodo on-line;(A regime non capita praticamente mai)
• In ogni caso è stato creato un canale IRC per mantenere queste
informazioni;
Risorse
• www.gnutella.com
• www.gnutella2.com
• www.shareaza.com
• www.overnet.com
• www.openp2p.com