Einführung in unstrukturierte P2P Systeme Wie Gnutella.

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1 Einführung in unstrukturierte P2P Systeme Wie Gnutella. Hamza Ould Bakar 1

2 Einführung in unstrukturierte P2P Systeme wie Gnutella 1 Was ist Peer To Peer? 2 Klassifikationen und Architekturen in P2P: 2.1 Zentrale Kommunikation: 2.2 Semizentrale Kommunikation: 2.3 Dezentrale Kommunikation: Anmeldung und Suche in dezentralen p2p Systemen: Routing von Nachrichten in Dezentralen Systemen: 3 Gnutella: 3.1 Die Geschichte von Gnutella: 3.2 Das Gnutella Netzwerk: 3.3 Die Analyse einer Anfrage in Gnutella: 3.4 Der Gefahr bei Gnutella: 4 Literatur 2

3 1 Was ist Peer To Peer? P2P ist eine Technologie, die sowohl in Dateitausch Systemen, als auch in wissenschaftlichen Anwendungen bekannt geworden ist. P2P erlaubt den Umgang mit angebotenen, bzw. nicht benötigten Ressourcen, Files, Rechenleistungen und Speicherplatz, der angeschlossene Rechner über das Internet, nutzen, beanspruchen und teilen kann. Die Peers (Teilnehmer) an einem Netzwerk sind alle gleichberechtigt, und funktionieren ohne zentrale Komponente, deren Versagen vielleicht zum Ausfall des gesamten Systems führen könnte; und damit eine strikte Trennung zwischen Informationskonsument und - Anbieter nicht mehr zu sehen wäre. 2 Klassifikationen und Architekturen in P2P 2.1 Zentrale Kommunikation: In diesem zentralen System stehen ein bzw. mehrere Server zu Verfügung: Die Klienten dürfen auf Serverdienste zugreifen. Bei steigender Klientenzahl wird die Performanz des Dienstes abnehmen, dazu könnte der Server durch Kontrolle bzw. Zensur die Klientenfreiheit beschränken.der Server ist Single Point of Failure, im Falle eines Ausfalls können die Klienten die Dienste nicht mehr nutzen und damit wird das System nicht mehr aktiv. 3

4 Architektur eines zentralen Kommunikationsystems 2.2 Semizentrale Kommunikation: Bei semizentralen Netzen steht nur einen Hauptserver der Einlog - Server, mit dem viele Klienten in Verbindung stehen. Der Server ist immer Single Point of Failure und entscheidet durch Kontrolle bzw. Zensur was die Klienten machen. Architektur eines semizentralen Kommunikationsystems 4

5 . Nach einer erfolgreichen Anmeldung beim Einlog-server, wird der Klient auf der Verfügbarkehitliste, bzw. seine Daten in der Datenbank eingetragen. Bei einer Anfrage nach einem File,wird der Server in seiner Datenbank suchen und liefert die Adresse der verfügbaren Klienten, die dieses File zu Verfügung gestellt haben. Dann nimmt der Klient die Verbindung mit dem anderen Klient auf und holt es direkt von ihm. Meist werden die Daten über HTML gebracht. Viele Tauschbörsen (wie Napster, Audiogalaxy...) benutzen dieses Verfahren. Trotz des Single Point of Failure, ist dieses schnell und Effizient. 2.3 Dezentrale Kommunikation: Im Gegensatz zum anderen P2P-Netz kommt ein Dezentrales P2P Netz ohne jegliche Server aus. Hier erfüllt jeder Peer (Servant: jeder Klient ist auch gleichzeitig Server) dieselben Aufgaben. Dazu sind bestimmte Routing und Suchalgorithmen erforderlich. 5

6 Modell eines dezentralen P2P Netzwerks Anmeldung und Suche in dezentralen p2p Systemen: Um an einem dezentralen P2P Netz teilzunehmen, benötigt ein Servant mindestens eine IP - Adresse eines bereits teilnehmenden Knoten. Der Servant muss ihm dann eine Nachricht (PING) schicken. Dies wird verwendet, um neue aktive Peers kennen zu lernen. Eine solche Nachricht kann zu einem beliebigen Zeitpunkt an andere Peers versendet werden. 6

7 Modell einer Ping-/ Pong - Nachricht Hat bereits der teilnehmende aktive Knoten die PING - Nachricht bekommen, schickt dieser eine Antwort zurück. Diese ist eine Payload Information (PONG), sie teilt dem neuen Peer mit, zu welchen anderen Peers er eine Verbindung aufgebaut hat, gleichzeitig informiert sie über die Größe der bereitgestellten Daten. Somit können sich in kürzest zeit Tausende von Peers verbinden. Die Struktur einer PING Nachricht ID 0x00 TTL Hops 0x keine Nutzlast Die Struktur einer PONG Nachricht ID 0x01 TTL Hops Länge Incoming Port IP File# kb 7

8 Dadurch könnte man schlussfolgern, dass die Reichweite solch eines Netzwerks unendlich ist, jedoch wird das Erreichen der Anzahl von Schichten einer Mitteilung durch den time to live Wert (TTL) begrenzt.somit gibt es für jeden Client eine Begrenzung der Reichweite im Netz, genannt Horizont. Diese Limitierung verhindert die Entstehung von unendlichen Schleifen. Sie ist damit besonders wichtig für den einwandfreien Betrieb des Netzwerkes. Modell Nach der Bestätigung durch die PONG - Nachricht kann eine Suche gestartet werden. Das ganze geschieht mit Hilfe von Nachrichtentypen namens Datenmanagement, bzw. Protokoll (Query, Queryhit, Push). Query startet die Suchanfrage, damit werden die Suchkriterien definiert, minimale Netzwerk- Bandbreite und Anfrage nach einer bestimmten Datei wird an die verbundenen Hosts geschickt, welche diese ggf. weiterleiten. 8

9 Die Struktur einer Query- Nachricht ID 0x80 TTL Hops Länge min speed Suchkriterien Sind Dateien gefunden, die die Suchanfrage erfüllen, wird ein Queryhit- Nachricht von den Peers, die die gewünschten Daten haben zurückgeschickt. Dies beinhaltet die IP- Adresse, Portnummer und Netzwerkbandbreite des antwortenden Peers, dazu die Anzahl der Suchresultate und Treffer der Suche. Die Struktur einer Queryhit- Nachricht I D 0x 81 T T L Ho ps Län ge Hi t# Po rt I P Spe ed Res ultset X X X Serve ntid Eventuell könnte der Filebesitzer hinter einer Firewall sitzen und keine Suchanfragen annehmen. Wird dann die PUSH- Nachricht in Einsatz geschickt, lassen sich die Firewalls umgehen. Die Struktur einer PUSH- Nachricht 9

10 I 0x4 TT Hop Läng ServentI FileI eigenei eigene D 0 L s e D D P r Port Routing von Nachrichten in Dezentralen Systemen Das Routing von Nachrichten in Dezentralen Systemen erfolgt durch einen einfachen Constraint Broadcast Ansatz: Wird eine Nachricht empfangen verringert sich der time to live (TTL) Zähler. Die Nachricht wird an alle Peers der Nachbarschaft die mit dem Peer verbunden sind weitergeleitet, wenn die TTL größer als 0 ist und die Nachricht noch nicht eingegangen ist. Jeder Peer hat 4 aktive Verbindungen zu anderen Peers, damit wird jedes Paket an 3 Peers weiter geleitet. Jeder Empfänger überprüft parallel dazu, ob lokale Suchergebnisse verfügbar sind. Dementsprechend werden die Informationen entlang des Netzwerkpfades bis zum Ziel gebracht. Weiterhin existiert die Möglichkeit, dass Knoten, die in der Vergangenheit gute Ergebnisse lieferten, denselben Vorgang ausüben. Dadurch ist es möglich, eine direkte Verbindung mit ihnen aufzubauen und damit eine Nachbarschaft neu zu strukturieren. Der Vorteil dabei ist, gute Ergebnisse schnell zu finden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit der Bildung kleiner Gruppen, wobei deren Knoten einen hohen Verbindungsgrad untereinander aufweisen und ein gemeinsames Interessensgebiet teilen. Allerdings können Knoten die immer gute Ergebnisse liefern sehr schnell überlastet werden. 10

11 3 Gnutella 3.1 Die Geschichte von Gnutella: Das Gnutella- Protokoll wurde von dem winamp programmierer Justin Frankel am 14.März 2000 entwickelt. Damals könnten nur wenige Benutzer an dem Netzwerk teilnehmen.die erste Softwareversion die zum kostenlosen herunterlanden diente war die Beta,die leider nicht lange weiter entwickelt wurde,den Justin Frankel wurde von seinem Arbeitsgeber gezwungen das Projekt abzubrechen. Einige Zeiten später wurde das Protokoll entschlüsselt und dadurch könnten viele Programme für das Gnutella- Netzwerk entwickelt werden. Damit hat sich das Protokoll sehr viel verbessert, obwohl es keine bestimmte Firma dahinter steht, die dann die User juristisch verfolgen könnte. 3.2 Das Gnutella Netzwerk: Das Gnutella- netz ist ein vollständiges dezentrales Netz, da alle Peers die gleiche Funktionen haben. Die Peers bilden Gruppen und wie schon erwähnt können sie mit Hilfe von PING/PONG Methode miteinander kommunizieren. Eine der Eigenschaften von Gnutella ist die Unabhängigkeit des System im falle eines Ausfalls eines Rechners den es gar keinen Einfluss auf das Netz hat. Auch sind somit rechtliche schritte wegen copyright- Verletzungen nicht mehr möglich. 11

12 Die Suchfunktion in Gnutella ist nicht mit einer Websuchmachine vergleichbar, Den eine anfrage durch das gesamte Netz geht, damit nimmt dem Netz Bandbreite. Die Struktur eines Gnutella Netwerk: 3.3 Die Analyse einer Anfrage in Gnutella: Bei der Analyse eines Gnutellaverkehrs fällt uns sofort auf, dass die nicht primär zu den Nutzdaten, sondern die zusatzinformationen zur Übermittlung oder Speicherung benötigte Daten sehr viel Aufwand(overhead) brauchen,dazu zählen beispielsweise die PINGS,PONGS,PUSHES und QUERIES Nachrichten, um am ende ein Endergebnis von 3%Queryhits zu bekommen. 12

13 Deswegen sind viele unser nicht ganz zufrieden mit den Ergebnissen den das ganze überlastet das Netz, benötigt mehr zeit als bei NAPSTER und ist kaum kontrollierbar, dazu können viele Partitionen (kleine Netze) entstehen. 3.4 Der Gefahr bei Gnutella: Gnutella bietet keine Kontrolle über verschikte Informationen. Deshalb könnten Viren durch eine Pong-atakke mit falscher IP/Adresse übermittelt werden, dazu könnten durch spyware persönliche Daten ohne wissen des Users übertragen werden. Besonders gefährlich könnte einen angriff durch DDos( Distributed Denial of sevice) dies greift auf die Host an um die Arbeitsunfähig zu machen. 13

14 4 Literatur: