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Profa. Priscila Solís Barreto Universidade de Brasília Com base nos slides de © Keith Ross and Dan Rubenstein Sistemas P2P 2 Definição de P2P 1) Autonomia significativa de servidores centrais 2) explorar recursos nas bordas da Internet - armazenamento e conteúdo - ciclos de CPU - presença humana 3) Recursos na borda tem conectividade intermitente, sendo adicionados e removidos Que é Peer-to-Peer (P2P)? • “Peer-to-peer é uma forma de estruturar aplicações distribuídas de tal forma que os nós individuais têm papéis simétricos. Ao invés de ser dividido em clientes e servidores, cada um com funções bastante distintas, em aplicações P2P um nó pode atuar como um cliente e um servidor.” -- Peer-to-peer Research Group, IETF/IRTF, Junho 24, 2004 (http://www.irtf.org/charters/p2prg.html) 3/66 4 Pode ser uma definição ampla: • P2P file sharing – Napster, Gnutella, KaZaA, etc • P2P communicação – Instant messaging • P2P Computação – seti@home � DHTs & their apps � Chord, CAN, Pastry, Tapestry � Aplicaçõa P2P construiddas sobre overlays emergentes � PlanetLab 5 Redes Overlay Borda overlay 6 Grafo Overlay Borda Virtual • Conexão TCP • Ou pointer para um endereço IP Manutenção da Overlay • Periodicamente ping para se certificar vizinho ainda está vivo • Ou verificar se esta vivo por meio mensagens • Se o vizinho vai para baixo, pode querer estabelecer nova vantagem • Novo nó precisa de bootstrap 7 Mais sobre overlays Overlays sem estrutura • Um novo nó escolhe aleatoriamente 3 nós existentes com vizinhos Overlays estruturados • Bordas arranjadas em uma estrutura restritiva Proximidade • Não necessariamente levada em consideração 8 Overlays: tudo na camada de aplicação Alta flexibilidade – Topologia, manutenção – Tipos de mensagens – Protocolos – Mensagens sobre TCP ou UDP Rede física é transparente para o desenvolvedor – Mas alguns overlays podem explorar a proximidade application transport network data link physical application transport network data link physical application transport network data link physical Peer-to-Peer Overlay Network Internet End systems one hop (end-to-end comm.) a TCP thru the Internet 10 Exemplos de overlays • DNS • Roteadores BGP routers e seus relacionamentos tipo PEER • Content distribution networks (CDNs) • Multicast no nível de aplicação – Modo economico contras as barreiras do IP multicast • E as aplicações P2P! 11 Compartilhamento de Arquivos P2P • Alice executa aplicação cliente P2P em seu notebook • Intermitentemente se conecta a Internet; recebe novo endereço IP para cada conexão • Registra seu conteúdo no sistema P2P • Pede "Hey Jude" • A aplicação exibe outros pares que possuem uma cópia de Hey Jude. • Alice escolhe um dos pares, Bob. • O arquivo é copiado do PC de Bob para o notebook de Alice: P2P • Enquanto Alice faz downloads, outros usuários fazem upload para Alice. 12 Milhões de Servidores de Conteúdo Hey Jude Magic Flute Star Wars ERNPR Blue 13 Alguns Desenvolvimentos • Napster – Prova de conceito • Gnutella – open source • KaZaA/FastTrack – Chegou a existir mais tráfego KaZaA que tráfego WEB! O sucesso é devido ao grande número de servidores, ou simplesmente porque o conteúdo é livre? 14 Software P2P para file sharing • Permite Alice para abrir um diretório em seu sistema de arquivos • Qualquer pessoa pode recuperar um arquivo a partir do diretório – Como um servidor Web • Permite Alice para copiar arquivos de diretórios abertos de outros usuários: – Como um cliente Web • Permite aos usuários pesquisar os pares por conteúdo baseados em jogos de palavras- chave: – Como Google É perigoso? 15 Copyright Contravenção Direta: • usuários finais que fazem download ou upload de trabalhos com direitos autorais • Contravenção Indireta Um indivíduo responsável por ações de outros Colaborador direct infringers 16 Instant Messaging • Alice executa cliente de mensagens instantâneas em seu PC • Intermitentemente se conecta a Internet; recebe novo endereço IP para cada conexão • Registra-se com o "sistema" • Aprende com o "sistema" que Bob em sua lista de amigos está ativo • Alice inicia conexão TCP direta com Bob: P2P • Alice e Bob chateiam • Pode ser voz, video ou texto. A gestão de mobilidade também ser distribuídos entre pares 17 Computação Distribuida P2P seti@home • Pesquisar porinteligência ET • Site Central recolhe dados do telescópio de rádio • Os dados são divididos em pedaços de trabalho de 300 Kbytes • Usuário obtém cliente, que é executado em backgrd • Par estabelece conexão TCP para o computador central, faz downloads de chunks • Par processa o pedaço, faz uploads dos resultados, ganha novo pedaço Não peer to peer, mas explora Recursos na borda da rede 18 Worldwide Computer Vision Computador de Alice: • Trabalhar para seqüências de combinação de genes de biotecnologia, • Conexão DSL faz download de dados do telescópio • Contém fragmentos criptografados de milhares de arquivos que não são de Alice • Ocasionalmente, um fragmento é lido, é parte de um filme que alguém está assistindo em Paris • Seu laptop é desligado, mas ele está fazendo backup de arquivos dos outros • O computador de Alice é clandestino • Os pagamentos vêm de empresa de biotecnologia, sistema de vídeo e serviço de backup O PC é apenas um componente no computador 19 2. Compartilhamento de Arquivos P2P sem estrutura • Napster • Gnutella • KaZaA 20 Napster • O mais (in) famoso • não é o primeiro (cf Eternity, provavelmente, a partir de Ross Anderson em Cambridge) • mas instrutivo para o que faz direito e também errado ... • também tem uma mensagem política ... e econômica e legal ... 21/51 Napster -- Shawn Fanning 22 Napster • programa para compartilhar arquivos através da Internet • uma aplicação de "perturbador" / tecnologia? • história: – 5/99: Shawn Fanning (Northeasten U.) • Napster Online music service – 12/99: primeira demanda – 3/00: 25% UWisc traffic Napster – 2/01: os usuários de Napster • Fazer o que se sabe que é ilegal – 7/01: # usuários online simultaneos: Napster 160K, Gnutella: 40K, Morpheus (KaZaA): 300K 23 Napster • Juiz manda parar em 2001 • Outras aplicações continuam e tomam conta gnutella napster fastrack (KaZaA) 8M 6M 4M 2M 0.0 bi ts p er s ec 24 Napster: como funciona • Em nível de aplicativo, o protocolo cliente-servidor sobre o peer-to-peer TCP • Servidor de diretório centralizado Passos: • conectar ao servidor Napster • upload da lista de arquivos para o servidor. • dar palavras-chave ao servidor para pesquisar • selecionar "melhor" das respostas corretas. (pings) 25 Napster Lista de arquivos e endereço IP é carregado 1. napster.com Diretório centralizado 26 Napster Query e resultados O Usuário faz pesquisa no servidor 2. napster.com Diretório centralizado 27 Napster pings pings Usuário pinga hosts que aparentement têm dados. Procura melhor taxa de transferência. 3. napster.com Diretório centralizado 28 Napster Recebe arquivo Usuário escolhe servidor 4. Napster teve Dificuldades com a manutenção Do tráfego napster.com Diretório centralizado 29 • Napster • Gnutella • KaZaA 2. Compartilhamento de ArquivosP2P sem estrutura 30 Pesquisa Distribuida/Flooding 31 Pesquisa Distribuida/Flooding 32 Gnutella • foco: método descentralizado de busca de arquivos • servidor de diretório central já não é o gargalo – mais difícil de desligar • cada instância do aplicativo serve para: – armazenar arquivos selecionados – encaminhar consultas de e para seus pares vizinhos – responder às consultas se o arquivo é armazenado localmente – servir arquivos 33 Gnutella: query de escopo limitado Procurando por flooding: Se você não tem o arquivo que deseja, consulta sete de seus vizinhos. se não tiver, eles contactam com sete de seus vizinhos, para uma contagem máxima de saltos de 10. encaminhamento pelo caminho inverso para as respostas (e não para os arquivos) 34 Gerenciamento do Overlay Gnutella • Novo nó usa nó de inicialização para obter endereços IP de nós Gnutella existentes • Novo nó estabelece relações com vizinhos enviando mensagens join 35/51 Topologia da Rede Gnutella 36 • Napster • Gnutella • KaZaA 2. Compartilhamento de Arquivos P2P sem estrutura 37 KaZaA: O serviço • mais de 3 milhões de peers compartilhando mais de 3.000 terabytes de conteúdo • mais popular que o Napster já foi • Teve mais de 50% do tráfego de Internet • MP3s e álbuns inteiros, vídeos, jogos • download paralela opcional de arquivos • muda automaticamente para o novo servidor de download quando o servidor atual se tornar indisponível • fornece os tempos de download estimados 38 Arquitetura do KaZaA: • Cada par é ou um supernode ou é atribuída a um supernode • Cada supernode sabe sobre muitas outras supernodes (quae overlay mesh) supernodes 39 KaZaA: Architecture (2) • Nós que têm mais de largura de banda estão mais disponíveis são designados como supernós • Cada supernode atua como um mini-hub Napster, acompanhando o conteúdo e os endereços IP de seus descendentes • Um supernode tem (em média) 200-500 descendentes, cerca de 10.000 supernodes • Há também servidor dedicado de autenticação de usuário e servidor de lista supernodes BitTorrent • Escrito por San Francisco programador Bram Cohen em 2002 • BitTorrent é similar ao KaZaA e outros serviços de troca distribuídos • aos usuários fazer download de outros usuários e não use um diretório centralizado como no serviço Napster original • BitTorrent também é diferente do que todos eles, pois faz com que cada usuário também seja usuário de upload • Hybrid P2P – Preserva alguma da arquitectura tradicional Cliente/Servidor. A ligações servidor central, entre clientes, índices de tabelas, etc Napster • Unstructured P2P – sem controle sobre a topologia e posicionamento de arquivos Gnutella, Morpheus, Kazaa, etc • P2P Estruturado – a topologia é amarrada e posicionamento de arquivos não é aleatório Chord, CAN, Pastry, Tornado, etc Classificação dos Sistemas P2P 42/51 Que é esperdo • Eficiencia : O(log(n)) mensagens por lookup (Pesquisa Binária) • Escalabilidade : O(log(n)) estados por nó • Robustez: sobreviver a falhas massivas Funções Hashing Shark SHA-1 Object ID (key):DE11AC SHA-1 Object ID (key):AABBCC 194.90.1.5:8080 Idéia Básica Hash key Objeto “y” Objetos tem chaves de hash Peer “x” Os nós Peer também tem chaves no mesmo espaço de hash P2P Network y x H(y) H(x) Juntar (H(x)) Publicar (H(y)) Colocar o objeto no peer com a chave hash mais próxima Mapear um objeto no nó mais próximo com a maior chave 0 M - an data object - a node Visto como uma Tabela Hash Distribuida Hash table 0 2128-1 Peer node Internet DHT • Distributed Hash Table • Input: key (file name) Output: value (file location) • Cada nó é responsável por uma parte da tabela hash, de acordo com a chave hash do nó. Diretórios dos objetos são colocados e gerenciados por o nó com a chave mais próxima Overlay de Multicasting • Motivação – Multicast IP não tem sido implantado através da Internet devido a alguns problemas fundamentais no controle de congestionamento, controle de fluxo, segurança, gestão de grupo e etc – Para as novas aplicações emergentes como streaming de multimídia, é necessário serviço de internet multicast. – Solução: Overlay Multicasting • Multicasting Overlay (ou multicasting da camada de aplicação) está cada vez mais sendo usado para superar o problema da implantação de multicast IP em redes heterogêneas. Overlay Multicasting • Idéia Principal – Peers se organizam em uma árvore de cobertura em cima da Internet. – Replicação de pacotes e encaminhamento são realizadas por estes peers na camada de aplicação usando o serviço IP unicast. Overlay Multicasting • Benefícios do Overlay Multicasting – Fácil desenvolvimento • Auto-organizado • Baseado em serviço IP unicast • Os roteadores não precisam um protocolo específico – Escalabilidade • É escalável com grupos de multicast – Uso eficiênte • Recursos de Uplink dos peers Internet são usados para distribuição de dados multicast Overlay Multicasting • Tipos – Baseado em DHT – Baseado em árvores – Baseado em árvores Mesh Tecnologias e Sistemas Ópticos Com base nos Slides do Prof. Antonio Martins Departamento de Engenharia Elétrica - UnB. Sistema de comunicação • Motivação para a utilização de fibras ópticas Transmissor (Modulador) Meio de Transmissão Receptor (Demodulador) Guiado Não-guiado ENE/Un B 54 Informação não-guiada • Sistema via-rádio – Inclui microondas, satélite, celular e PCS – Vantagens: mobilidade e não necessidade de uma infra-estrutura de fios complexa 55 Informação guiada • Rede telefônica pública 56 Fibra óptica • Aplicações: – Sistemas de comunicações de longa distância na terra e no mar para carregar muitas chamadas telefônicas simultâneas – Exemplo: cabos submarinos transoceânicos e redes “backbone” nacionais para transmissão de dados telefônicos e de computador ENE/Un B 57 Enlaces internacionais ENE/Un B 58 Enlaces internacionais Columbus III Atlantis II ENE/Un B 59 Cabo submarino - Lançamento 60 Supervisão e manutenção (Trilha do Cabo) Missão básica: • Fotografar e filmar o estado do cabo instalado • Medir a profundidade em que o cabo está enterrado • Detectar e informar em tempo real qualquer falha no cabo 61 Cabos subterrâneos • Aplicações 62 Cabos pára-raio com fibras Cabo Óptico inserido no pára-raios para os serviços de telecomunicações e supervisão da Rede de Transmissão de Energia Elétrica, tais como: •Telecontrole •Telemetria •Transmissão de dados •Tráfego telefônico •Supervisão 63 Aplicações Redes de distribuição para CATV 64 Cenários da rede de acesso Tecnologia Atual Futuro Fibra ÓpticaONU Unidade de Rede Óptica Cobre Fibra Fibra Óptica Cobre ou Fibra ONU Fibra Óptica Fibra Óptica ONU Assinante CO FTTB: fiber-to-the building FTTO: fiber-to-the office FTTH: fiber-to-the Home FTTC: fiber-to-the curve (fibra na calçada) 65 Rede de acesso óptico Modulador Sinal Saída Modulador Radiação Eletromagnética (300 kHz - 300 GHz) Eletricidade Eletricidade λ=c/f = 3 x 108/3 x 105 = 1.000 metros λ=c/f = 3 x 108/3 x 1011 = 1 milímetro Hzx2 1410 λ = 1,5 µm Hzx4 1410 λ = 0,75 µm Sinal Entrada Modulad or Sinal Saída Modulad or 67 Espectro eletromagnético 68 Sistema de comunicação ópticotransmissor elétrico fonte de luz fibra óptica detector óptico receptor elétrico 69 Sistema de comunicação óptico • Transmissor – Interface elétrica: recebe a informação do usuário (vídeo, áudio ou dados) – Modulador: converte a entrada do usuário em um sinal elétrico através do processado de modulação – Emissor de luz: converte a saída elétrica do modulador em sinal de luz 70 Fontes de luz • Para gerar o sinal luminoso que se propaga na fibra empregam-se: – Diodos fotoemissores (LEDs: light-emitting diodes) – LASER (light amplification by stimulated emission of radiation ou amplificação da luz por emissão estimulada de radiação) 71 Luz Radiação eletromagnética, de comprimento de onda compreendido entre 400 nm e 700 nm, capaz de estimular o olho e produzir a sensação visual. 72 Comprimento de onda 73 Sistema de comunicação óptico 30 milhões de canais de TV 50 bilhões de canais de voz Banda passante óptica = Sinal de TV : 6 MHz = Canal de Voz : 4 kHz = Hz10x2 14 Hz10x6 6 Hz10x4 3 74 Fibra óptica • Material da casca e do núcleo – sílica (SiO2) 75 Fibra óptica 76 Fibra óptica Fibra não isolada 77 Fibra óptica Fibra isolada 78 Fibra óptica multimodo • Característica – luz se propaga em diferentes caminhos (modos) ao longo do núcleo da fibra • Dimensões – núcleo : 62,5 µm – casca : 125 µm • Fonte : Led • Comprimento de onda : 850 e 1.300 nm • Aplicação : redes locais (LAN) 79 Fibra óptica monomodo Característica luz se propaga por um único caminho (modo) ao longo do núcleo Dimensões núcleo : 9 µm casca : 125 µm Fonte : laser Comprimento de onda : 1.300 nm e 1.550 nm Aplicações : telefonia e CATV 80 Fibras ópticas • Vantagens – Grande capacidade de transportar informação, em distâncias muito maiores que os condutores – Imunidade à interferências – Não sofre corrosão por produtos químicos – Não cria arcos elétricos – Não são afetadas por condições atmosféricas – Mais leve e ocupa menos espaço que os condutores de cobre – Informação é segura 81 Fibra óptica • Vantagens – permite a transmissão de luz, onda com freqüência muito maior do que os sinais de RF – altas freqüências permitem a transmissão de dados com taxas elevadas – são muito mais baratas do que os cabos de cobre em capacidade, mas são mais caras por unidade de comprimento – enquanto a maioria das redes usam fibra, a rede de acesso é através do cobre 82 Comparação fibra × cabo coaxial 22,6 dB/km em 100 MHz 5 dB/kmPerdas 1.110 kg/km6 kg/kmPeso 28,4 mm2,5 mmDiâmetro CaboFibra 83 Receptores ópticos ENE/Un B 84 Sistema de comunicação óptico Amplificador Óptico ENE/Un B 85 Sistema de comunicação óptico • Enlace ponto-a-ponto 86 Amplificador Óptico Tx Rx AFDE Tx Rx AFDE Tx Rx AFDE Amplificador de Potência Repetidor Pré-amplificador 87 Amplificador óptico • Aplicação: TV a cabo 88 Sistemas WDM • Motivação – conectar múltiplos usuários – aumento da capacidade dos computadores – explosão da internet – transmitir grandes quantidades de dados e imagens (médicas, reconstrução de fotos) sobre grandes distâncias • Maneiras de aumentar a capacidade – instalar mais cabos – aumentar a taxa de bits para multiplexar mais sinais – multiplexação por comprimento de onda (WDM) 89 Técnicas de multiplexação • Taxa de transmissão possível hoje: 10 Gbps • Tecnologia em desenvolvimento para 40 Gbps Mux TDM ou OTDM NB bps ENE/Un B 90 Técnicas de multiplexação • TDM – Estudos para a realização das funções de multiplexação e demultiplexação opticamente – Problema: difícil manter uma taxa acima de 10 Gbps sobre a fibra em grandes distâncias 91 Técnicas de multiplexação • WDM – transmissão simultânea de dados utilizando múltiplos comprimentos de onda (frequência ou cores)) 92 Técnicas de multiplexação • WDM – se as cores forem suficientemente distantes, não ocorre interferência de uma nas outras – ocorrem fenômenos indesejados de segunda ordem (não- linearidades) que devem ser considerados – sistemas comerciais: 32 comprimentos de onda com 2,5 Gbps cada – aplicação: redes com grandes necessidades de transporte de informação 93 Técnicas de multiplexação 94 Técnicas de multiplexação • Aplicações – Cabos submarinos: aumenta a capacidade e adiciona serviços sem a necessidade de novas fibras – Aumentar a capacidade dos cabos instalados – Reduz custos nas comunicações de longa distâncias – Surgimento de novas arquiteturas de redes 95 Técnicas de multiplexação • WDM - Teste experimental da Alcatel Transmissão de 3,65 Tbps (365 X 10 Gbit/s) sobre 6.850 km em uma única fibra Esta capacidade é suficiente para a transmissão simultânea, em uma única fibra através do oceano Atlântico, de 45 milhões de chamadas telefônicas, ou 552 CD-Roms, ou 35 Enciclopédia Britânica, ou 16 filmes em alta definição
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