Sistemas entre Pares e Redes Sobrepostas

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Motivação Redes estruturadas Chord

Sistemas entre Pares e Redes Sobrepostas

Sistemas P2P estruturados: Chord1 Ricardo Lopes Pereira [email protected]

IST

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Motivação Redes estruturadas Chord 1 Motivação 2 Redes estruturadas Características 3 Chord Características Funcionamento Routing Churn

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Motivação Redes estruturadas Chord

Limitações das redes não estruturadas

Procuras não determinísticas:

diculdade em localizar objectos raros falsos negativos

Tráfego elevado e difícil de estimar (sem conhecer estrutura) Esforço (recursos consumidos) de procura não conhecido à partida (sem limites inferior e superior)

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Motivação Redes estruturadas

Chord Características

Características

Cada nó possui um identicador único Cada objecto possui um identicador único

Cada nó responsável por guardar objectos cujos identicadores quem no seu espaço de inuência

Tipicamente espaço de identicadores de nós e objectos é idêntico

Balanceamento de carga surge naturalmente

Semântica semelhante à de uma HashTable: inserir objecto (chave, objecto), procurar objecto (chave), remover objecto (chave)

DHT: distributed hash table

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Vantagens

Determinísticas:

Garantia de encontrar objecto se este existir

Número de hops de uma procura são xos (limitados em função da dimensão da rede)

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Desvantagens

Procuras apenas por identicado do objecto

Não são possíveis procuras por expressões Não são possíveis procuras booleanas

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Características

Posição de nó na rede é determinada pelo algoritmo Procuras: decisão de encaminhamento local a cada nó Procuras: a cada hop camos mais perto do nó nal Protocolos lidam com peer churn

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Geometria e encaminhamento

Geometria escolhida dene: caminhos disponíveis para as mensagens

Encaminhamento: selecciona, de entre os caminhos disponíveis, aqueles a usar

Geometria deve ter em conta:

Custo de manutenção devido a churn

Funcionamento com elevada e baixa densidade de peers

Objectivos: limitar atraso de encaminhamento no caso médio e pior caso

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Motivação Redes estruturadas Chord Características Funcionamento Routing Churn

Características

Apenas mapeia chaves para nós

Se guardarmos pares chave/valor em cada no, permite procura pelo valor

Em estado estático, cada nó:

Mantém estado sobre O(logN) nós

Encontrar o nó que guarda uma chave em O(logN) hops

Cada entrada ou saída resulta, com elevada probabilidade, em O(log2_{N) mensagens de actualização}

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Propriedades

Espaço de identicadores unidimensional (círculo)

Balanceamento de carga: chaves distribuidas uniformemente Descentralizado: nós todos iguais

Escalável: custo da procura O(logN)

Disponível: resiste a alterações constantes no nós (entradas e saídas). Nó responsável pela chave é sempre encontrado. Desempenho degrada suavemente quando não é possível manter O(logN) entradas de routing actualizadas

Estrutura de nomes exível. Apenas mapeia ID (hash) para nós Facilita vericação da autenticidade dos dados. Basta que chave seja hash criptográca dos dados

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Forma de uso

Biblioteca com duas funções

Dada uma chave indica o IP/porto do nó responsável Notica a aplicação sobre alterações ao espaço de identicadores por que é responsável

Aplicação responsável por implementar serviços como: autenticação, caching, replicação, ...

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Funcionamento

Utiliza função de hash (SHA-1) para colocar nó (IP)/chave num espaço de m bit

m sucientemente grande para a probabilidade de colisões ser negligenciável Cada chave é guardada no nó com id igual ou

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Sucessor: garantia de localização

Cada nó mantém uma referência para o seu sucessor no círculo Isto garante que podemos encontrar qualquer nó (responsável por uma chave) em O(N)

Garante que é possível a um nó que entra encontrar o seu sucessor (o primeiro com id superior ao seu)

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Tabela de nger: desempenho

Cada nó mantém até m entradas de routing (IP, porto, id).

Densidade de informação diminui com a distância. Cada nó sabe mais sobre os nós mais próximos.

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Tabela de nger: desempenho

Densidade de informação diminui com a distância. Cada nó sabe mais sobre os nós mais próximos.

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Encaminhamento

Nó pode não conhecer destinos, mas conhece alguém mais perto

Escolhe nger que é maior antecessor da chave Não pode ser o do intervalo, pois pode ter havido alterações (apenas sucessor é garantido) A cada passo, a distância diminui para metade

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Entradas de nós

Após a entrade de um nó é necessário garantir que:

O sucessor de cada nó está correcto

Cada chave k é da responsabilidade de sucessor(k)

Para manter o desempenho, é desejável que as tabelas de nger estejam correctas

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Questão

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Entradas não simultâneas

Nós mantém predecessor, para ajudar no processo de entrada Quando um nó entra é necessário:

Denir o predecessor e ngers do novo nó. O(mlogN) reduz para O(log2_{N) devido a intervalos vazios que criam ngers}

repetidos

Actualizar predecessores e ngers de outros nós para reectir adição de n. O(log2_N)

Noticar camada superior para transferir, do sucessor do novo nó, as chaves por que ca responsável

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Entradas concorrentes

Entradas concorrentes podem causar: Tabelas de nger incorrectas: degradação desempenho Sucessores incorrectos: falha na procura

Entradas degradas ecácia dos ngers por colocam-se no meio, implicando uso de sucessores

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Saída dos nós

O essencial para o correcto funcionamento é o sucessor Cada nó mantém uma lista de O(logN) sucessores, para recuperar de falhas. Se o sucessor falha, muda para o próximo Isto permite, com elevada probabilidade, sobreviver à saída de N/2 nós

Se não for possível contactar um nó, contactamos nger anterior e depois lista de sucessores

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