Methoden zur adaptiven Steuerung von Overlay

Transcription

Universität Würzburg
Verteilte Systeme
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
Peer-to-Peer-Prinzip
> P2P-Prinzip
Ansammlung gleichberechtigter Knoten
Knoten (Peer)
Nutzung verteilter Ressourcen
(Speicherplatz, Rechenleistung)
Internet
Robuste und fehlertolerante
Umgebung, durch redundante
Ressourcen
Austausch
von Daten
Netzwerkebene
Verteilte Systeme
Methoden zur adaptiven Steuerung von
Overlay-Topologien in P2P-Diensten
Overlay-Netzwerk
> Overlay-Verbindung
Direkter, logischer Pfad zwischen
Kommunikationsendpunkten
Von der Netzwerkschicht
entkoppelt
Kann bei P2P als gekapselte
Schicht auf Applikationsebene
betrachtet werden
Knoten (Peer)
Internet
Austausch
von Daten
Applikationsebene
Verteilte Systeme
Mögliche Overlay-Strukturen
Peer
Ressourcenaustausch
OverlayVerbindung
(Signalisierung)
Unstrukturiertes P2P-Netzwerk (Gnutella)
Strukturiertes P2P-Netzwerk (Chord)
Index
Index
Hybrides P2P-Netzwerk (E-Donkey)
Verteilte Systeme
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
Verteilte Systeme
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
Verteilte Systeme
Active Virtual Peer Struktur
Proxylet
Verbindungen
Gnutella Overlay
Peer
Verbindungen
Peer
Peer
Peer
Peer
VCC
AOL
AVP 1AOL
AOL
Informationsaustausch
AOL
AVP 2
AOL
Peer
Peer
Administrative Domain
Verteilte Systeme
AVP-zu-AVP
Verbindung
Normale Overlay-Verbindung
AVP-interne OverlayVerbindung
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
Verteilte Systeme
Ebenenmodell des AVP-Konzeptes
Policy
Control
Topology Performance
Control
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)
Verteilte Systeme
Policy
Control
Control
Monitoring
> Virtual Control Cache (VCC)
Zwischenspeicherung von Information und Inhalten
Zusammenfassen von Verkehrsströmen
Gezielte Verbreitung von Inhalten
Verteilte Systeme
Policy
Control
Control
Monitoring
> Network Optimisation Layer (NOL)
Steuerung der Verbindungen auf Netzwerkebene
Optimierung des Nachrichtenverkehrs aus dem Overlay auf
Netzwerkebene
Mögliche Realisierung durch Netzwerktunnel
Verteilte Systeme
Verteilte Kontrolle in der AVP Umgebung
Router
Sensoren
Topology
Control
Effektoren
Die Effektoren sind die
Steuerungsmechanismen
des AVP
> Vertikale Ebenen
Sensoren zur Erfassung und Analyse der Netzsituation
Effektoren, zur Steuerung der Topologie und des Netzverkehrs
Verteilte Systeme
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
Proxylet Server
Verteilte Systeme
Peer
Active Nodes
Monitor / Control Station
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
Verteilte Systeme
Szenario - Administrative Abgrenzung
> Übersetzung von Netzwerkadresssen auf Applikationsebene
Grenze des administrativ
Kontrollierten Bereichs
Administrativ kontrollierter
Bereich
AVP B
Overlay
AVP C
1
AVP A
Peers
Gnutella
domain
> Mechanismen:
Der AVP filtert Nachrichten
Der AVP leitet nur modifizierte Nachrichten weiter
Verteilte Systeme
Detaillierte Ansicht der Architektur
Domain Grenze
AVP B
Controlled Domain
Overlay
AVP C
1
AVP A
AOL B
AOL C1
Abschirmung der
Signalisierung durch das AOL
1
AOL C2
AOL A 2
Overlay
and
Proxylet Layer
VCC A
Router
1
3a
Router 3
Firewall
Router
4
Network
Layer
2
Router
5
Verteilte Systeme
Nachrichtenbehandlung - Abschirmung
P1
Konventionelles Weiterleiten von
Gnutella-Nachrichten 2
Peer 1
Ping
P1
2
P2
Pong
3
Ping
P2
Pong
P3
Pong
P4
Pong
P1
P2
Weiterleitung
Gnutella-Peer
4
Pon
g
3
P3
Ping
Pong
3
1
P2
Peer 2
P2
Peer 3
Pi n g
P3
2
Peer 4
P4
P4
Neues Routing durch AVP-Proxylet
P1
2
Peer 1
Ping
P1
P2
P2
A OL
P1
4
Peer 3
P3
Ping
Pong
P3
3a
1
P2
Pong
P2
Ping
Pong
3
Peer 2
2
2a
Ping
Pong
4a
AO L
Weiterleitung im
AOL-Proxylet
P4
abgeschirmter Bereich
Verteilte Systeme
Szenario - Umleitung Download
> Umleitung von Downloads:
1
kontrollierter
Download
AVP B
Overlay
AVP C
3
AVP A
Peers
VCC A
2
Gnutella
domain
> Mechanismus:
AVP modifiziert Signalisierungsverkehr
AVP verbreitet seine eigene Adresse
Verteilte Systeme
Nachrichtenbehandlung - Umleitung
Beispiel:
VCC - Proxylet
Abgeschirmter
Bereich
7a
P1
Peer 1
P3
7b
2
4a
Quer
y
4b
P2
P2
Peer 2
Q ue r
4c
y
Q ue r
y
VCC
reply
AO L
1
Routing Modul
-AOL - Proxylet
Verteilte Systeme
Que
ryRe
Q ue
ry
ply P
4
Peer 4
5
6
P2
Q u er y
A OL
3
Peer 3
P4
Szenario - Optimierung Routing
> Routing basierend auf dem “Virtual Link State”
2AOL B
3 AOL C1
AOL A
1
AOL C2
Overlay
and
Proxylet Layer
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
Verteilte Systeme
Nachrichtenbehandlung – Virtual Link State
Beispiel Probabilistic Routing:
P1
3
Peer 1
Quer
P1 Q
uer
3a
y
P2
yreply
50%
1
P2
50%
Peer 3
P3
Q u er y
4
2
Peer 2
P2
P2
Q ue r
Q ue r
y
ly P1
yrep
5
Verteilte Systeme
100%
3b
Peer 4
P4
Routing Modul
-AOL-Proxylet
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
Verteilte Systeme
Vielen Dank
Verteilte Systeme