Учебно-методические материалы для студентов кафедры АСОИУ

Учебные программы » Сетевые технологии » Конспект лекций

Одноранговые (пиринговые) сети

Одноранговая сетевая архитектура — стабильно набирающий популярность способ организации высокоуровнего сетевого взаимодействия, где все узлы сети обладают равными правами и выступают поставщиками и потребителями сетевых сервисов одновременно.

Это тезисы леции

Одноранговая сеть — это децентрализованная системная архитектура

  1. Узлы представляют симметричные функции
  2. Разделение ресурсов (полоса пропускания, CPU, дисковое пространство) между узлами
  3. Гетерогенная среда из множества (ненадежных) узлов
  4. Способность к самоорганизации, отказоустойчивость (на уровне сети)
  5. Динамичность (частое подключение и отключение узлов)

Одноранговая сеть — это уже давно не «рабочая группа» на 20-30 компьютеров

Пиру — пир!

Одноранговая = пиринговая

Peer-to-peer (англ.) — равный к равному

ALSO: per-2-peer, P2P

Пир (peer) — «соучастник», узел одноранговой сети (рис. 1)

Структура пиринговой сети

Рис. 1. Обобщенная схема однорангового взаимодействия

Характеристики пиринговых сетей

Основные

  • Децентрализация (полная или частичная)
  • Масштабируемость
  • Нет «горячих точек» (hotspots) и «узких мест» (bottlenecks)
  • Динамическое подключение
  • Ad-hoc connectivity
  • Самоорганизация
  • Отказоустойчивость

ALSO: анонимность, безопасность, доверие, репликация, кэширование, координация…

Что не является P2P?

Централизованные решения

  • Клиент-серверная архитектура
  • Модель master / slave
  • «тупые» терминалы / активные трансляторы

Проблемы:

  • Масштабируемость
  • Ограниченные возможности центрального узла
  • Стоимость

Предыстория p2p

ARPANET, 1969

  • Клиент-серверные приложения (ftp, telnet...)

USENET, 1979

  • Децентрализованное управление, позволяющее избежать сетевого флуда, трассировки заголовков …
  • UUCP, NNTP

DNS, 1983

  • Масштабируемость!!!
  • Иерархический дизайн
  • Распределенная нагрузка, кэширование, делегирование запросов...

APPN, 1984

  • Advanced Peer to Peer Networking (см. SNA и z/OS), IBM

Взрыв Интернет (1994-1999 гг)

Клиент-серверные службы

  • HTTP, Chat, Mail, IM
  • «Конец» сотрудничества

Спам, превалирование TCP трафика и, как следствие, перегрузка сети

  • см. RFC 5348 — TCP Friendly Rate Control (TFRC)

«Лекарства»: файрволлы, динамическая адресация (DHCP), NATs, асимметричная пропускная способность

Решение

Задействовать вычислительные ресурсы пользователей, возложив на них серверные функции

Одноранговая сеть

  • Каждый узел сети (пир) — является как потребителем сервисов (клиентом), так и поставщиком (сервером)
  • Каждый пир может инициировать сеанс
  • Пиры взаимодействуют между собой напрямую

Инфраструктура P2P

Оверлейная сеть — сеть «поверх» сети

  • В случае P2P: Маршрутизаторы прикладного уровня используют инфраструктуру IP-сети
  • Избыточность? Ну-у-у, есть чуток...

Почему оверлей?

  • Представляет услуги, которых нет на нижележащих уровнях
  • Приложения «один-ко-многим» и «многие-ко-многим»: multicast не поддерживается многими ip-маршрутизаторами
  • Кстати: IP-сеть — тоже оверлей...

Архитектурные модели

Централизованная одноранговая модель

  • Есть сервер, координирующий работу пиров
  • Пиры получают от сервера список файлов (Napster) или френд-лист (Skype)

Централизованная пиринговая сеть

Рис. 2. Централизованная модель

Децентрализованная одноранговая модель

  • Нет выделенного сервера
  • Каждый узел может взаимодействовать со множеством других узлов
  • Все узлы равноправны

Может быть (рис. 3)

  • структурированная (HyperCub, DHT)
  • неструктурированная (Gnutella)

Структурированные и неструктурированные одноранговые сети

Рис. 3. Структурированные и неструктурированные пиринговые сети

Pure P2P (рис. 1) (например Gnutella) и/или...

Иерархическая одноранговая модель

...Суперпир — узел с широким каналом, к которому подключаются другие пиры (GoalBit — футбол онлайн)

Многоуровневый структурированный оверлей (рис. 4) - гибридная архитектура

  • Первое звено — пиры подключаются к Суперпирам
  • Второе звено — Суперпиры соединяются между собой

Снижение числа прямых подключений

Реализация «пограничных» вычислений (edge computing)

Однораноговая сеть с суперпирами

Рис. 4. Двухуровневая модель одноранговой сети

Сферы применения P2P

Файлообменные сети

BitTorrent, Gnutella, KaZaA, eDonkey, Ст. 146 УК РФ...

Распределенные вычисления

SETI@Home, Find-A-Drug, GIMPS (числа Мерсенна) & etc...

Финансы

Криптовалюты: Bitcoin, Litecoin, PPCoin...

Медийный трафик

Актуальность P2P

По данным Интернет-провайдеров, на пиринговые сети приходится 50-75% глобального трафика

Это сдвиг парадигмы от координации к сотрудничеству, от централизации к децентрализации, от контроля к стимулу

Для специалистов

Пиры - «то-о-о-лстые» клиенты!

Вычислительные ресурсы

Распределенные хранилища данных

Пропускная способность каналов связи постоянно растет

Edge computing: «пограничные вычисления» - перемещение нагрузки на конечных пользователей

Децентрализованные вычисления лучше масштабируются

Миллионы пользователей

Нирвана: Дешевые многопользовательские приложения с бесконечными ресурсами

Для пользователей

Организационный сдвиг от иерархической (централизованной) модели к сетевой (децентрализованной) -> анонимность

P2P позволяет создавать всемирные сообщества

Напримеры

1. Обучение: классическая (лекции/экзамены) модель VS совместное (коллаборативное) обучение

2. СМИ: несколько крупных издателей (TV, радио, газеты) VS «народные» новости (блоги, Интернет-TV, сетевые радиостанции)

Ложка дегтя

Судебное преследование

Идея P2P дискредитирована пиратским контентом

Психология пользователей

«зажатая» раздача

Разнородность

Сложность поиска информации

Название одно — содержание другое

Содержание одно — названия разные

Решение - хэш-коды

Анонимность - Беспокоит тех, кому есть что скрывать

Анатольев А.Г., 04.10.2013

Постоянный адрес этой страницы:

↑ В начало страницы