Das Skype Peer-to-Peer VoIP System

Transkript

1 Das Skype Peer-to-Peer VoIP System Vladislav Lazarov

2 Voice-over-IP Internet Telefonie oder Voice over IP: Telefonieren über Computernetzwerke, die nach Internet-Standards aufgebaut sind VoIP Software heutzutage: Konvergenz von Daten und Multimedia Dienstleistungen für geringe Kosten Verschiedene 'Soft-Phones' Gizmo Project Open Wengo Google Talk Skype u.v.m. 2

3 Skype Kostenlos: PC-to-PC Telefonie Instant Messaging Filesharing Kostenpflichtig: PC-PSTN Gespräche Mailbox Rufumleitung auf das Handy/Festnetz SMS Versand Klingeltöne... 3

4 Skype Gegründet von: Niklas Zennström und Janus Friis Entwickler von KaZaA Technologische Entwicklungen für KaZaA realisiert in Skype Viele Entwickler von KaZaA auch in Skype vertretten 'Supernode' Peer-to-Peer Netzwerk Viele Ähnlichkeiten zwischen KaZaA und Skype 4

5 Peer-to-Peer Systeme Zentralisierte P2P Systeme: ein Server verwaltet das ganze Netzwerk (bsp. Napster) Reine P2P Systeme: keine zentrale Instanz (bsp. Gnutella) Hybride P2P Systeme: es werden dynamisch mehrere zentrale Server zur Verfügung gestellt (bsp. Skype) 5

6 Wie funktioniert Skype? Hybrides P2P Netzwerk Zwei Schichten: Supernodes Nodes Supernode IP Adressen nicht zentral geladen, jedes Mal neu aktuallisiert 6

7 Wie funktioniert Skype? Nach Verbindungsaufbau: Session kann zu neuer Supernode transferiert werden Jeder Client kann zu Supernode befördert werden, wenn: erreichbar (reale IP Adresse) genug Bandbreite verfügbar Alle Nachrichten chiffriert (RC4 und RSA) 7

8 Wieso interessiert sich Google für Skype? 150 Mil. registrierte Benutzer (Jan. 2007) verkauft für $2,6 Mrd. an ebay (Sept. 2005) Geschlossenes Format, Proprietätsoftware Kryptierte Protokolle Design und Modellierung von Peer-to-Peer VoIP Systeme 8

9 Wieso interessiert sich Google für Skype? Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen: VoIP Peer-to-Peer (P2P) und eigene Infrastruktur VoIP P2P und Filesharing P2P VoIP Gespräche und Festnetz/Mobiltel. Gespräche Google Talk - immer noch nicht genug Popularität Vladislav.Lazarov@in.tum.de 9

10 An Experimental Study of the Skype Peer-to- Peer VoIP System Saikat Guha Ph. D. Student, Universität Cornell Interessen in Rechnernetze Neil Daswani Google, Software Engineer; Ph.D., Universität Stanford Interessen in Netzwerksicherheit, mehrere Patente Ravi Jain Google, Software Engineer; Ph.D., Universität Texas Interessen in drahtlose Netzwerke, mehrere Patente 10

11 An Experimental Study of the Skype Peer-to- Peer VoIP System Experimente von 1. September 2005 bis 14. Januar 2006 mehr als 82 Mil. Datensätze gesammelt 11

12 Die Experimente Experiment 1: Wie verhält sich Skype in Basis Operationen/Verschiedene Umgebungen? Experiment 2: Wann wird ein Node zu Supernode? Experiment 3: Wie viele Ressourcen werden von Skype verbraucht? Experiment 4: Wie viele Supernodes gibt es? Wo befinden sich diese? Experiment 5: Wann sind Supernodes online? 12

13 Experiment 1: Basis operationen zwei Skype Clients, verschiedene Host Rechner ohne NAT/Firewall Kontrolltrafik, Information über Erreichbarkeit, IM und VoIP und File-transfer Anfragen über Supernode zwei Skype Clients, verschiedene Host Rechner ein Rechner hinter NAT/Firewall Connection Reversal: der Client hinter NAT initiiert TCP/UDP Session Wenn VoIP oder Filetransfer akzeptiert direkte Verbindung 13

14 Experiment 1: Basis operationen zwei Skype Clients, verschiedene Host Rechner die zwei Rechner hinter verschiedene NATs/Firewalls STUN (Simple traversal of UDP over NATs): einfaches Netzwerkprotokoll Erkennung und Möglichkeiten zur NAT Umgehung TURN (Traversal using Relay NAT); die Session wird über frei zugängliche Supernodes weitergeleitet Skype verhält sich gut in NAT/Firewall Umgebungen 14

15 Experiment 2: Beförderung zu Supernode Skype Clients in verschiedene Umgebungen, zwei Wochen Wartezeit für beförderung zu Supernode Skype Node in intensiv benutztes Netzwerk kein Supernode Skype Node hinter NAT kein Supernode Skype Node frische Installation, Public Host, 10Mbps Internetverbindung Supernode in wenige Minuten 15

16 Experiment 3: Supernode Netzwerk Aktivität Skype Supernode, 135 Tage (1. September Januar 2006), Linux Rechner (FC3), Ethereal: Trafik: 13GB 16

17 Experiment 4: Supernode und Clients Skype Client, 25. Juli Oktober 2005 Client-Cache mit Supernodes IP-Adressen werden in Liste eingefügt Cache wird mit ein Node aus der Liste ersetzt Verbindungaufbau - Versuch das angegebene Supernode zu erreichen Neue Liste von Supernodes wird geladen Client wird neu gestartet Prozess wird wiederholt Crawl des Supernode Netzwerks Supernode Adressen gefunden Seiteneffekt: Anzahl Skype-Benutzer online wrd auch gespeichert Vladislav.Lazarov@in.tum.de 17

18 Experiment 5: Welche Supernodes sind online? 'Schnappschüsse' welche Supernodes sind zum einen Zeitpunkt da Ping des Supernodes Wiederholung des ersten Packets vom Skype Client zur Supernode Warten auf die Antwort Für jeder Schnappschuss: 6000 Nodes aus der Liste von Exp. 4 Vladislav.Lazarov@in.tum.de 18

19 Das Skype Netzwerk Churn in P2P Netzwerke: Prozess von An- und Abmeldungen von Clients höhere Latenzzeit periodische dynamische Restrukturierung des Netzwerks Session time: Zeit zwischen An- und Abmeldung In P2P Netzwerke i.d.r. Session Zeit wenige Minuten Experimente 3-5: Sehr wenig churn in Supernode Netzwerk Mittlere Session Zeit: mehrere Stunden Tagesrhytmus 19

20 Nodes/Supernodes Supernodes stabil Tagesrhytmus der Aktivität, übliche Arbeitszeiten, weniger am Wochenende Höchstbelastung Mittag, 40-50% über die Nacht Max. Benutzer Online: 3.9 Mil. 20

21 Geografische Verteilung von Supernodes Supernodes: in Europa: 45-60% in Nordamerika: 15-25% in Asien: 20-25% Verwendung von Skype: übliche Arbeitszeiten Höchstbelastung gegen Mittag Filesharing P2P: Belastung für größere Dateien über Tagen/Wochen 21

22 Session Zeit Mittlere Session Zeit 5.5 Stunden Im Gegensatz zu vorherigen Untersuchungen: churn in Skype kein Poisson-Prozess 22

23 Nutzung von Bandbreite Mehrere tausend Supernodes teilen sich die Bandbreite für VoIP Gespräche In 50% der Zeit Bandbreitenverbrauch weniger als 205 bps Skype verschickt 33 Pakete/Sekunde, keine 'silence suppression' 23

24 Skype vs. Telefon/Filesharing Skype Gespräche länger als 'traditionelle' Mittlere Gesprächszeit: traditionell: 3 Minuten Skype: 13 Minuten Verschickte Dateien kleiner als in Filesharing P2P Netzwerke Mittlere Dateitransfer Größe: 346 kb (Dokumente, Präsentationen, Fotos) Vladislav.Lazarov@in.tum.de 24

25 Zusammenfassung Skype unterscheidet sich sehr von Peer-to-Peer Filesharing Netzwerke Tagesrhytmus Arbeitszeiten und -wochen Verhaltung ähnlich zu Web-Browsing und nicht zu Filesharing Supernodes sind stabil wenig churn Supernodes benutzen wenig Bandbreite trotz VoIP- und Filesharing-Weiterleitung 25

26 Zusammenfassung Skype Gespräche sind deutlich länger als traditionelle Dateigröße ist wesentlich kleiner als in Filesharing Netzwerke Obwohl Skype proprietär weitere Untersuchungen möglich 26