Methoden zur adaptiven Steuerung von Overlay-Topologien in Peer-to-Peer-Diensten

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1 Prof. Dr. P. Tran-Gia Methoden zur adaptiven Steuerung von Overlay-Topologien in Peer-to-Peer-Diensten 4. Würzburger Workshop IP Netzmanagement, IP Netzplanung und Optimierung Robert Henjes, Dr. Kurt Tutschku University of Würzburg, Germany

2 Peer-to-Peer-Prinzip > P2P-Prinzip Ansammlung gleichberechtigter Knoten Nutzung verteilter Ressourcen (Speicherplatz, Rechenleistung) Robuste und fehlertolerante Umgebung, durch redundante Ressourcen Knoten (Peer) Internet Austausch von Daten Netzwerkebene

3 Overlay-Netzwerk > Overlay-Verbindung Direkter, logischer Pfad zwischen Kommunikationsendpunkten Knoten (Peer) Von der Netzwerkschicht entkoppelt Internet Kann bei P2P als gekapselte Schicht auf Applikationsebene betrachtet werden Austausch von Daten Applikationsebene

4 Mögliche Overlay-Strukturen Peer Ressourcenaustausch Overlay- Verbindung (Signalisierung) Unstrukturiertes P2P-Netzwerk (Gnutella) Strukturiertes P2P-Netzwerk (Chord) Index Index Hybrides P2P-Netzwerk (E-Donkey)

5 Probleme in P2P-Systemen / Overlays > Ausfall von Peers: Gefahr des Verlustes von Information > Keine Berücksichtigung der aktuellen Netzauslastung: Störung des vorhandenen Netzverkehrs > Zentrale Einheiten (Indexserver): erhöhte Angreifbarkeit > Overlay schwer an darunter liegende Netzschichten adaptierbar

6 Active Virtual Peer (AVP) - Konzept > Einführung von attraktiven und stabilen Knoten, den AVPs > Steuerung von verschiedenen Overlay-Netzwerken > Fähigkeit zur dynamischen Anpassung an wechselnde Netzwerkbedingungen > Optimale Platzierung von Steuerungsmechanismen aus Netzwerksicht Schaffung eines virtuellen Peers: modulare Gestaltung verteilt über mehrere physikalische Knoten überdeckt eine Zone Implementierung eines Prototypen existiert

7 Active Virtual Peer Struktur Proxylet Verbindungen Gnutella Overlay Verbindungen Peer Peer Peer AOL AVP 1 AOL AOL VCC Peer Peer AOL AOL AVP 2 Peer Peer Administrative Domain Informationsaustausch AVP-zu-AVP Verbindung Normale Overlay-Verbindung AVP-interne Overlay- Verbindung

8 Parameter zur Steuerung des AVP > Virtual Link State: Repräsentiert die Güte einer Overlay-Verbindung Ermöglicht Rückschlüsse auf die Qualität der Verbindung auf Netzwerkebene Enthält Informationen über Verzögerung, Bandbreite > Virtual Peer State Repräsentiert die Güte eines Peers Betrachtet Aspekte, wie Verfügbarkeit, Erreichbarkeit im Netz, Grad der Vernetzung mit anderen Peers Analysiert Reaktion auf Anfragen

9 Ebenenmodell des AVP-Konzeptes Policy Control Topology Control Performance Monitoring Application Optimisation Layer Virtual Control Cache Network Optimisation Layer > Application Optimisation Layer (AOL) Steuerung der Verbindung auf Applikationsebene Einfluss auf den Netzverkehr durch verändertes Routing (basierend auf Virtual Link State) Gezielte Wahl von Knoten für Anfragen und Weiterleitung (basierend auf Virtual Peer State)

10 Ebenenmodell des AVP-Konzeptes Policy Control Topology Control Performance Monitoring Application Optimisation Layer Virtual Control Cache Network Optimisation Layer > Virtual Control Cache (VCC) Zwischenspeicherung von Information und Inhalten Zusammenfassen von Verkehrsströmen Gezielte Verbreitung von Inhalten

11 Ebenenmodell des AVP-Konzeptes Policy Control Topology Control Performance Monitoring Application Optimisation Layer Virtual Control Cache Network Optimisation Layer > Network Optimisation Layer (NOL) Steuerung der Verbindungen auf Netzwerkebene Optimierung des Nachrichtenverkehrs aus dem Overlay auf Netzwerkebene Mögliche Realisierung durch Netzwerktunnel

12 Ebenenmodell des AVP-Konzeptes Verteilte Kontrolle in der AVP Umgebung Router Topology Control Sensoren Effektoren Application Optimisation Layer Virtual Control Cache Network Optimisation Layer Die Effektoren sind die Steuerungsmechanismen des AVP > Vertikale Ebenen Sensoren zur Erfassung und Analyse der Netzsituation Effektoren, zur Steuerung der Topologie und des Netzverkehrs

13 Übersicht Active Networks > Active Networks erweitern die Leistungsfähigkeit von Netzwerkknoten Ausführen von komplexen Programmen Aufgaben können gezielt im Netz ausgeführt werden Steuerung von Datenströmen Ermöglicht den Einsatz von Selbstorganisationsalgorithmen Peer Peer Peer Peer Proxylet Server Active Nodes Monitor / Control Station

14 Basismechanismen im Prototypen > Einfluß auf Signalisierungsverkehr und Overlay-Verhalten: Routing im Overlay: Administrative Abgrenzung durch Nachrichtenveränderung Umleitung von Downloadanfragen Verändertes Routing durch Anpassung des Virtual Link State Dynamische Overlay-Kontrolle: Anpassung der Topologie anhand des Virtual Peer State > Sichtbare Effekte: Optimierung von Signalisierungsverkehr und Downloads Anpassungsfähigkeit an wechselnde Netzwerkbedingungen

15 Szenario - Administrative Abgrenzung > Übersetzung von Netzwerkadresssen auf Applikationsebene Administrativ kontrollierter Bereich Grenze des administrativ Kontrollierten Bereichs AVP B 1 AVP C Overlay Peers AVP A Gnutella domain > Mechanismen: Der AVP filtert Nachrichten Der AVP leitet nur modifizierte Nachrichten weiter

16 Detaillierte Ansicht der Architektur Controlled Domain 1 Domain Grenze AVP B AVP C Overlay AVP A 1 AOL B AOL A 2 VCC A AOL C1 Abschirmung der Signalisierung durch das AOL AOL C2 Overlay and Proxylet Layer 1 Router 3 3a Router 4 Router Network Layer Firewall 2 Router 5

17 Nachrichtenbehandlung - Abschirmung P1 P2 Peer 1 Peer 2 P1 3 P2 Ping P2 Pong Konventionelles Weiterleiten von Gnutella-Nachrichten 2 Ping 4 2 Pong P4 Pong P3 1 Pong P1 Weiterleitung Gnutella-Peer 3 3 P2 P2 Ping Pong P3 Ping Pong P4 2 Peer 3 Peer 4 P3 P4 Neues Routing durch AVP-Proxylet P1 Peer 1 Peer 3 P2 Peer 2 P1 Ping P2 Pong Pong P1 Pong AOL 4 3 P2 Ping 4a 2 1 P2 Ping Weiterleitung im AOL-Proxylet 2 2a abgeschirmter Bereich AOL Ping Pong P3 3a P3 P4

18 Szenario - Umleitung Download > Umleitung von Downloads: abgeschirmter Bereich 3 1 kontrollierter Download AVP B AVP C Overlay Peers AVP A VCC A 2 Gnutella domain > Mechanismus: AVP modifiziert Signalisierungsverkehr AVP verbreitet seine eigene Adresse

19 Nachrichtenbehandlung - Umleitung P1 Beispiel: VCC - Proxylet 7a 2 Abgeschirmter Bereich 7b P3 4a Peer 1 Peer 3 4b Query P2 AOL Query P2 Query QueryreplyVCC 3 4c 6 5 AOL Query QueryReply P4 Peer 2 1 Peer 4 P2 Routing Modul -- AOL - Proxylet P4

20 Szenario - Optimierung Routing > Routing basierend auf dem Virtual Link State abgeschirmter Bereich 2AOL B 3 AOL C1 AOL C2 Overlay and Proxylet Layer AOL A 1 Übergang von schlechtem Virtual Link State VCC zu Verbindung mit besserem Virtual Link State > Mechanismus: Optimierung der Verkehrslenkung anhand des Virtual Link States Kontrollierte Weiterleitung / Nachrichtenverlust Lokaler Sensor bildet den Virtual Link State Spezialfall: Probabilistic Routing

21 Nachrichtenbehandlung Virtual Link State Beispiel Probabilistic Routing: P1 Peer 1 3 3a P2 Peer 2 2 Query P2 P1 Queryreply 4 P2 Query Queryreply P % 50% Routing Modul -- AOL-Proxylet 100% P2 Query 3b Peer 3 Peer 4 P3 P4

22 Zusammenfassung > Active Virtual Peer - Konzept Optimiert Signalisierungsverkehr und Datenaustausch Stellt Basismechanismen zur Verfügung Im Bereich des Routings auf Applikationsebene Durch eine dynamische Steuerung der Overlay-Topologie Ist zukunftssicher durch die Modularität des Konzeptes > Ausblick: Test der Mechanismen in der PlanetLab Umgebung Auskopplung einer Veröffentlichung auf der IWAN 2003 Entwicklung der Mechanismen zur Selbstorganisation Leistungsbewertung des Konzeptes bzgl. Skalierbarkeit

23 Vielen Dank

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