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Aplicações P2P Aplicações P2P André Lucio e Gabriel Argolo

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Aplicações P2PAplicações P2P

André Lucio e Gabriel Argolo

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TópicosTópicos

� Internet� Peer-to-Peer (Introdução)� Modelos (Classificação)� Napster� Gnutella� DHT� KaZaA

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Razões para o Sucesso da Razões para o Sucesso da InternetInternet

� Capacidade de interligar várias redes� Características:

– Aberta– Pública– De alcance mundial

� O que faz aplicações para a Internet darem certo (pegarem)?– Resolver problemas

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Modelo de interação entre Modelo de interação entre computadores na Internetcomputadores na Internet

� Cliente/Servidor� Dependente de Servidores bem

configurados em com informação acessível� Não explora o potencial de computação

distribuída proveniente da Rede� A existência de um ou milhares de

computadores é indiferente na interação de um usuário típico com a rede

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O que são Sistemas P2P?O que são Sistemas P2P?

� Sistemas distribuídos sem controle centralizado ou organização hierárquica

� Software executado em cada elemento (ponto) é equivalente em funcionalidade

� Têm recebido grande atenção:– Usuários– Empresas– Meios acadêmicos

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DefiniçãoDefinição

� P2P é uma classe de aplicações que leva vantagem de recursos disponíveis nas bordas da Internet

� Quais recursos?– Armazenamento– Tempo de CPU– Conteúdo– Presença humana

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CaracterísticasCaracterísticas

� Cada participante age como cliente e servidor ao mesmo tempo

� Cada cliente “paga” a sua participação fornecendo acesso a (alguns de) seus recursos– Exceções são comuns: freeloaders ou vampiros– Gnutella: 50% dos arquivos são fornecidos por

1% dos participantes

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CaracterísticasCaracterísticas� Sem coordenação central� Sem banco de dados central� Sem local único de falha ou gargalo� Nenhum ponto (peer) tem visão global do sistema� Comportamento global definido por interações

locais� Todos os dados e serviços são acessíveis de

qualquer ponto� Pontos são autônomos� Pontos e conexões não são confiáveis

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Origem de P2POrigem de P2P

� A Internet era P2P no início� Qualquer computador funcionava como

cliente e servidor– Aplicações principais: TELNET e FTP

� A “cooperação” era o principal objetivo e o “valor” da rede

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Aplicações InovadorasAplicações Inovadoras� Mensagens instantâneas � Compartilhamento de arquivos� Busca distribuída� Processamento distribuído� Trabalho colaborativo (groupware)� Jogos� Compartilhamento de capacidade de armazenamento� Novas formas de distribuição de conteúdo (Web-

Semântica )

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Sistemas P2P: RequisitosSistemas P2P: Requisitos� Descoberta de recursos/serviços

– Baseada em: nome, endereço, rota, métrica, etc.� Roteamento

– Roteamento de aplicação: conteúdo, interesse, etc.– Roteamento entre super-nós: Kazaa, Morpheus– Roteamento baseado em capacidade (bandwidth)

� Robustez e tolerância a falhas (nó e enlace)� Armazenamento distribuído e atualizações� Escalabilidade� Confiança nos pares (autenticação, etc)� Monitoramento de vizinhos

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P2P e Redes de CoberturaP2P e Redes de Cobertura(Overlay)(Overlay)

� Overlay– Rede virtual: rede em cima de outra rede (IP)– Os enlaces são conexões entre nós da rede

� P2P freqüentemente utilizada para criar overlays – Oferecendo serviços que poderiam ser

implementados na camada IP� Estratégia muito útil para implantação

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Modelos de Sistemas P2PModelos de Sistemas P2P(Classificação (Classificação 11))

� Modelo Centralizado – Índice global mantido por um autoridade central– Contato direto entre clientes e provedores– Exemplo: Napster

� Modelo Descentralizado– Sem índice global (sem coordenação global)– Exemplos: Gnutella, Freenet

� Modelo Hierárquico – Introdução dos super-nós (super-nodes ou super-peers)– Mistura dos modelos centralizado e descentralizado– Exemplos: KaZaA, Morpheus

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Modelos de Sistemas P2PModelos de Sistemas P2P(Classificação (Classificação 22))

� Centralized Service Location (CSL ou CIA)– Busca centralizada– Exemplo: Napster

� Flooding-based Service Location (FSL ou DIFA)– Busca baseada em inundação– Exemplo: Gnutella

� Distributed Hash Table-based Service Location(DHT ou DIHA)– Busca baseada em tabela de hash distribuída– Exemplos: CAN, Pastry, Tapestry, Chord

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Modelos de Sistemas P2PModelos de Sistemas P2P(Classificação (Classificação 33))

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Modelos de Sistemas P2PModelos de Sistemas P2P(Classificação (Classificação 44))

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Busca Centralizada (CSL)Busca Centralizada (CSL)

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NapsterNapster

� 05/99: Shawn Fanning funda o Napster Online music service

� 12/99: primeiro processo na justiça� 07/01: Juiz manda fechar Napster� Outras redes P2P começam a crescer� 07/01: usuários simultâneos

– Morpheus: 300K, Napster: 160K, Gnutella: 40K

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Napster: funcionamentoNapster: funcionamento

1. Cliente se conecta com servidor e envia a sua lista de arquivos compartilhados

2. Cliente envia palavras-chave para fazer busca na lista completa

3. Cliente testa taxa de transmissão dos pares que têm o arquivo solicitado (ping)

4. O arquivo é transferido entre os pares

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Napster: funcionamento (1)Napster: funcionamento (1)

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Napster: funcionamento (2)Napster: funcionamento (2)

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Napster: funcionamento (3)Napster: funcionamento (3)

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Napster: funcionamento (4)Napster: funcionamento (4)

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NapsterNapster -- ComentáriosComentários

� Servidor centralizado– Ponto único de falhas– Sujeito a congestionamentos– Controle totalmente com o Napster

• Apenas ilusão de liberdade

� Nenhuma segurança– Senhas enviadas sem criptografia– Sem anonimidade (identidade revelada)

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Busca por Inundação (FSL)Busca por Inundação (FSL)

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Busca por Inundação (FSL)Busca por Inundação (FSL)

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GnutellaGnutella

� Sistema de busca totalmente distribuído� Busca baseada em inundação� História:

– 14/03/2000: Disponibilizado sob licença pública GNU no servidor web da Nullsoft (pertencente à AOL)

– Retirado apenas algumas horas depois– Tarde demais: muitos usuários fizeram download– Outros clientes foram disponibilizados e Gnutella

começou a se popularizar

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GnutellaGnutella

� Sua principal característica é a Busca Distribuída

� Problema– Tráfego gerado: Escalabilidade

� Despertou grande interesse na comunidade acadêmica– Não depende de servidor central– Problema inicial: descobrir algum nó que está na

rede.

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Protocolo GnutellaProtocolo Gnutella� Aplicação de compartilhamento de arquivos

sobre uma rede de overlay� Nós mantêm conexões TCP� Mensagens são difundidas (inundadas) ou então

propagadas de volta

� Protocolo:

GET, PUSHTransferência de arquivos

QUERY HITQUERYConsulta

PONGPINGParticipação

Nó a nóPropagação

de voltaInundação

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Gnutella: Mecanismo de buscaGnutella: Mecanismo de busca1

2

3

4

5

6

7A

Passos:1. Nó 2 inicia busca do arquivo A

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GnutellaGnutella: Mecanismo de busca: Mecanismo de busca1

2

3

4

5

6

7

A

A

A

Passos:1. Nó 2 inicia busca do arquivo A2. Envia mensagens a vizinhos

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GnutellaGnutella: Mecanismo de busca: Mecanismo de busca1

2

3

4

5

6

7

A

A

A

A Passos:1. Nó 2 inicia busca do arquivo A2. Envia mensagens a vizinhos3. Vizinhos encaminham mensagem

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GnutellaGnutella: Mecanismo de busca: Mecanismo de busca1

2

3

4

5

6

7

A:5

A

A:7

A

A

Passos:1. Nó 2 inicia busca arquivo A2. Envia mensagens a vizinhos3. Vizinhos encaminham

mensagem4. Nós com arquivo A enviam

mensagem de resposta

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GnutellaGnutella: Mecanismo de busca: Mecanismo de busca1

2

3

4

5

6

7

A:5

A:7

A

A

Passos:1. Nó 2 inicia busca arquivo A2. Envia mensagens a vizinhos3. Vizinhos encaminham

mensagem4. Nós com arquivo A enviam

mensagem de resposta5. Mensagem de resposta

propagada de volta

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GnutellaGnutella: Mecanismo de busca: Mecanismo de busca1

2

3

4

5

6

7

A:5

A:7

Passos:1. Nó 2 inicia busca arquivo A2. Envia mensagens a vizinhos3. Vizinhos encaminham

mensagem4. Nós com arquivo A enviam

mensagem de resposta5. Mensagem de resposta

propagada de volta

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GnutellaGnutella: Mecanismo de busca: Mecanismo de busca1

2

3

4

5

6

7download A Passos:1. Nó 2 inicia busca arquivo A2. Envia mensagens a vizinhos3. Vizinhos encaminham

mensagem4. Nós com arquivo A enviam

mensagem de resposta5. Mensagem de resposta

propagada de volta6. Arquivo A é transferido

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Busca por tabela de Hash Busca por tabela de Hash Distribuída (DHT)Distribuída (DHT)

� Hash– Estrutura de dados importantes para desenvolvimento

� Hash distribuído na escala da Internet� Importante para sistemas distribuídos grandes� Sistemas P2P

– Chord, CAN, Tapestry, Pastry, ...

� Sistemas muito grandes de gerenciamento de armazenamento de dados– OceanStore, CFS, Publius, ...

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DHT: FuncionamentoDHT: Funcionamento

� Função de hash mapeia objeto a identificador único– Ex: h(“Aquarela do Brasil”) -> 8045

� Faixa de resultados da função de hash é distribuída pela rede

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DHT: FuncionamentoDHT: Funcionamento

� Cada nó deve “conhecer” pelo menos uma cópia do objeto que foi colocado na sua faixa de hash

� Localização dos objetos– Nós armazenam apontadores para os objetos na

sua faixa de hash

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DHT: RoteamentoDHT: Roteamento

� Para cada objeto, o nó (os nós) cuja faixa cobre o objeto deve ser alcançável por um caminho “curto” – De qualquer outro nó

� As diferentes abordagens (Chord, CAN, Pastry, Tapestry) diferem primariamente na escolha do algoritmo de roteamento– Em geral, qualquer função aleatória de hash

“boa” é suficiente

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Roteamento DHT: DesafiosRoteamento DHT: Desafios

� O diâmetro de busca deve ser escalável (log N)� O número de vizinhos por nó deve ser escalável � O roteamento deve ser distribuído (sem gargalo

ou ponto de falha centralizado)� Mecanismo de entrar / sair da rede

– Precisa re-dividir as faixas pelos nós existentes– Precisa reorganizar o conjunto de vizinhos de cada nó– Precisa de um mecanismo de “entrada” (bootstrap) na

rede, para conectar novos nós na infra-estrutura DHT

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API DHTAPI DHT

� Cada objeto (arquivo ou apontador) tem uma chave na faixa de hash de algum nó

� Software DHT oferece uma API para cada nó:– A aplicação passa uma chave k para a API– A API retorna o endereço IP do nó responsável por k

� A API é implementada com a rede de cobertura (overlay) do DHT e os seus algoritmos distribuídos

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DHT: Idéia BásicaDHT: Idéia Básica

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DHT: Idéia BásicaDHT: Idéia Básica

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DHT: Idéia BásicaDHT: Idéia Básica

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DHT: Idéia BásicaDHT: Idéia Básica

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DHT: Idéia BásicaDHT: Idéia Básica

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KaZaAKaZaA

� Usuários são pacientes– Fazem os pedidos e não ficam esperando as

respostas na frente do computador� Objetos pequenos (até 10MB)

– 30% dos pedidos: +/- 1 hora para terminar– 10% dos pedidos: +/- 1 dia para terminar

� Objetos grandes (mais de 100MB)– 10%: 1 hora– 50%: mais do que um dia

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KaZaAKaZaA

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KaZaAKaZaA : utilização: utilização

� Usuários novos fazem mais buscas e consomem a maioria dos recursos no Kazaa

� Usuário antigos consomem menos bytes

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KaZaAKaZaA: Dinâmica dos objetos: Dinâmica dos objetos� Maioria (91%) dos pedidos para objetos pequenos� Maioria (65%) dos bytes transferidos de objetos

grandes� A popularidade dos objetos dura pouco� Os objetos mais populares tendem a ser muito

novos (introduzidos na rede)� O sucesso de uma rede P2P como o Kazaa depende

imensamente da introdução de novos objetos e entrada de novos usuários

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MonitoraçãoMonitoração

� REDES SECRETAS, PRIVADAS e PEQUENAS com acesso restrito a pessoas conhecidas previamente impede a RIAA de as monitorizar.

� Programas baseados no KaZaA implementam bloqueio de monitorização da RIAA.