7. Peer-to-peer (P2P) networks PB002: Základy informačních technologií Eva Hladká Fakulta informatiky Masarykovy univerzity Podzim 2010 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Osnova přednášky i) Klient-Server vs. Peer-to-Peer Klient-Server systemy P2P systemy o Překryvove site & P2P o Srovnani Klient-server vs. Peer-to-Peer .2I Zakladni cleneni P2P systemů Centralizovane P2P systemy Decentralizovane P2P systemy • Hybridn i P2P systemy [51 Bezdratove ad-hoc s ite Motivace » (Mobiln i) Bezdratove ad-hoc site • Bezdratove senzorove site • MANETs vs. WSNs MANETs vs. P2P ^ Zdroje informaci Eva Hladká (FI MU) P2P networks Podzim 2010 2 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Distribuované aplikace I. o distribuovaný systém sestava z několika autonomních uzlů (počítačů), vzájemně propojených, komunikuj ících a jevících se (zvnějsku) jako jednotný integrovaný system o uzly komunikuj ía interaguj í skrze komunikacn í síť • distribuovana aplikace je „paraleln ívýpocet", který je vsak vykonavan na ruzných poc ítacích (distribuovanem systemu) o pro vytvořen í distribuovane aplikace je nezbytne rozhodnout: o jak budou jednotlive moduly dane aplikace rozdelený na uzlech distribuovaneho systemu, a o jak kazdý z modulu objeví ostatn í, se kterými mus í komunikovat P2P networks Podzim 2010 3 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Distribuované aplikace II. o dva základní přístupy: o Klient-Server architektura o Peer-to-Peer (P2P) architektura o hybridn í uspořadan í je take moZne (a v mnoha případech i vyhodne) P2P networks Podzim 2010 4 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Klient-Server systémy Architektura Klient-Server I. Systém klient-server sestává ze dvou druhů softwarových modulů: o serverový modul o jedna centralizovaná instance o která vsak může být interně replikována pro zvýšení škálovatelnosti a robustnosti o pasivne nasloucha na poZadavky klientů o spojená o poZadavky více klientů mohou být zpracovavany: o sekvencne • paralelne (vícevláknove servery) o soubeZne na nekolika replikovaných serverech (mohou být umístený i v různých lokacích) o poZadavky cekajících klientu jsou umísteny do fronty o předpoklada se, Ze servery jsou spolehlive (umístene v datovych centrech na dedikovanem/virtualizovanem HW) P2P networks Podzim 2010 5 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Klient-Server systémy Architektura Klient-Server II. o klientský modul o několik distribuovaných instancí, ktere mohou být spravovány různými uživateli o aktivně iniciuje spojení na server o mezi jednotlivými klienty není žadný prímý komunikaCní kanal (nevedí o sobe) • klienti potřebují pouze znat sítovou adresu a Císlo portu serveru o často poskytováno tzv. service discovery službou o klienti jsou obecne nespolehliví o přÍkladý klient-server sýstemu o web serverý/webove prohlÍzece web serverý/klientske aplikace (web services) SSH/Telnet/FTP serverý/klienti NFS/SMB serverý/klienti P2P networks Podzim 2010 6 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer P2P systémy P2P architektura o P2P systém sestava z mnoha identických softwarových modulů (tzv. peeru) béZících na různých uzlech v síti o peerove spolu přímo komunikuj í (kazdý s kazdým) o kazdý peer je jak serverem, tak klientem: o poskýtuje sve sluzbý ostatn ím peerum (= server) o pozaduje/výuzíva sluzbý od ostatn ích peeru (= klient) o oproti dedikovaným serverum jsou peerove nespolehliv í o výhledan í sluzeb v P2P s íti je komplikovane, jelikoz na ruzných m ístech P2P s íte se v prubehu casu peerove pripojuj í a odpojuj í o ji z z principu sve architekturý poskýtuj í velmi dobrou skalovatelnost P2P networks Podzim 2010 7 / 51 Definice peer-to-peer systému Peer-to-peer (P2P) systém je distribuovaný systém sestávající ze vzájemně propojených uzlů schopných se vzájemně a samostatně organizovat do definovaných síťových topologií za účelem sdílení zdrojů (jako například obsahu, CPU cyklů, úložné a přenosové kapacity), schopných adaptovat se na výpadky při zachování přijatelné konektivity a výkonu, bez požadavků na zprostředkování či podporu centrálního serveru nebo centralizované autority. Eva Hladká (Fl MU) P2P networks Podzim 2010 9 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer P2P systémy Vlastnosti P2P systému o Symetrické role o každý z participujících uzlu typicky poskytuje jak funkcionalitu serveru, tak funkcionalitu klienta o nicmene, v mnoha P2P architekturach je tato funkcionalita relaxovana — jsou využity specializovane role nekterych peem („super peers" ci „relay peers") • Skalovatelnost o P2P systemy mohou skalovat k tisícum uzlu • P2P protokoly nemohou vyuzívat tzv. „all-to-all" komunikaci o Heterogenita o P2P system je obvykle heterogenní co se HW kapacity uzlu tyce o Distribuovane řízení (decentralizace) • idealne, v P2P systemu by nemela existovat zadní centralizovana struktura Dynamika o topologie P2P systemu se mohou velmi rychle menit díky připojování novych klientu a odpojovaní existujících o Sdílení zdrojU kařzdíy peer svíymi zdroji (víypořcetníí kapacita, data, propustnost, atd.) přrispíívía k fungovíaníí a funkcionalitře P2P systíemu Samoorganizace organizace P2P systíemu se dííky lokíalníím znalostem s postupem řcasu zlepřsuje Eva Hladka (FIMU) P2P networks Podzim 2010 10/51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer P2P systémy P2P aplikace Obrázek: P2P aplikace. P2P networks Podzim 2010 11 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Překryvové sítě & P2P Překryvové sítě & P2P • P2P síl! je typicky „virtuální" sil! utvořená nad existující síťovou infrastrukturou (např. nad sítí Internet) • překryvová sí je využita pro indexování a zjistování sousedu (peem) == P2P system je tak nezavisly na topologii zakladove (= fyzické) síte o vlastní data jsou obvykle prenasena po fyzicke síti o novy peer mus í za uCelem sveho připojen í k P2P síti z ískat informaci o nejmene jednom jej ím Členovi • nezbytne sítove informace: IP adresa, port, atd. o informace o dalsích peerech mohou byt získany od nej P2P networks Podzim 2010 12 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Překryvové sítě & P2P Překryvová síť Obrázek: Překryvová vs. fyzická (základová) síť. Eva Hladká (FIMU) P2P networks Podzim 2010 16/51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Srovnání Klient-server vs. Peer-to-Peer Klient-server vs. Peer-to-Peer Srovnání I. Sýstemý mohou být srovnavaný z mnoha uhlu pohledu: • Jednoduchost zbudovýní o K-S je více zavedeným a znamejsím sýstemem nez P2P sýstem o K-S výzaduje jednoduche modelý interakce mezi klientý a serverem, zat ímco P2P sýstem zahrnuje více komplexn í interakce o Spravovatelnost o spravovan í centralizovaneho serveru v ramci K-S prostred í je jednodussí nez sprava mnoha distribuovaných peeru • Skalovatelnost o skalovatelnost K-S modelu je limitovana hardwarem serveru; jej ího zvýsen í muze být dosazeno dodatecnými financn ími prostředký skrze vývazovaní zateze □ P2P sýstem skaluje uz z principu - s narustem poctu peeru roste i kapacita techto „serveru" P2P networks Podzim 2010 17 / 51 Klient-Server vs. Peer-to-Peer Srovnání Klient-server vs. Peer-to-Peer Klient-Server vs. Peer-to-Peer Srovnání II. o Bezpečnost o zodpovědnost za bezpečnost v ramci K-S systému lež í jen na straně serveru, ktery tak mUže byt um ísten v zabezpeCenem prostred í o zodpovednost za bezpečnost v ramci P2P systemu je distribuovana mezi mnoho peem um ístenych v ruznych administrativn ích domenach, zajisten í bezpecnosti je tak slozitejsí o Spolehlivost o spolehlivost K-S systemu je dosazena skrze vyuzit í mnoha redundantn ích serveru (s moznost í jejich um ísten í v ruznych lokac í), v případe výpadku jednoho serveru je tento nahrazen jinym o v ramci P2P je spolehlivosti dosazeno ji z z principu, jelikoz více peem je obvykle schopno poskytnout stejnou funkcionalitu jako vypadnuvsí uzel P2P networks Podzim 2010 18 / 51 Základní členění P2P systémů Osnova přednášky ľl| Klient-Server vs. Peer-to-Peer • Klient-Server systemy • P2P systemy • Prekryvove sítě & P2P • Srovnání Klient-server vs. Peer-to-Peer (2) Základní členení P2P systemů o Centralizovane P2P systemy o Decentralizovane P2P systemy o Hybridní P2P systemy Fšl Bezdratove ad-hoc síte • Motivace • (Mobilní) Bezdrítove ad-hoc síte • Bezdrítove senzorove síte • MANETs vs. WSNs <» MANETs vs. P2P ['4fc Zdroje informací P2P networks Podzim 2010 19 / 51 Základní členění P2P systémů Základní členění P2P systémů I. Obecně lze P2P systémy dělit do dvou zakladn ích kategori í: o centralizované - obsahuj í jeden nebo v íce centraln ích serverU, které poskytuj í nejrUznejsí sluZby o decentralizované - neobsahuj í zadne centraln í servery □ jejich navrh musířesit dve zakladn í otazky: □ struktura - plochá (flat, single tier) vs. hierarchická (multitier) o topologie překryvné sítě - nestrukturovaná vs. strukturovaná o krome techto dvou existuj í take hybridní P2P systemy □ kombinuj í vyhody obou zm ínenych architektur P2P networks Podzim 2010 20 / 51 Zakladnf clenenf P2P systemu Zakladnf clenenf P2P systemu II. Obrazek: Zakladn f clenen f P2P systemu. P2P networks Podzim 2010 21 / 51 Základní členění P2P systémů Centralizované P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Centralizované P2P systémy I. Centralizované P2P systémy o kombinují vyhody centralizovaných (klient-server) a decentralizovaných distribuovaných systemu o podobné jako ů centralizovaných systémů obsahují jeden nebo více centrálních serverů, které ůzlům P2P síté (peerům) poskytuj í vyhledavací slůZby a koordinuj í akce v s íti provadéné o peerové zasílaj ícentraln ímů serverů dotazy na vyhledan í ůzlů, ktery obsahuje poZadované zdroje o podobné jako ů decentralizovanych systémů, pokůd néjaky peer z íska informaci o peerovi, ktery spravuje pozadovana data, komůnikůje s n ím napřímo o tj., bez Ucasti centrálního serveru o nevýhody: o citlivé na ůtoky, obsahůj í tzv. single point of failure o ůzké m ísto pro síté s velkym poctem ůcastn íků (degradace vykonů) slaba řskalovatelnost a robůstnost o příklady: o vedecké vypocty — SETI@home, BOINC, Folding@home, Genome@home o sd ílen í digitaln ích dat — Napster, Openext o dalsí — Jabber (IM), Net-Z a StarCraft (vzdélan í), atd. P2P networks Podzim 2010 22 / 51 Základní členení P2P systemu Centralizovane P2P systemy Základní členení P2P systemů III. Centralizované P2P systémy II. Obrazek: Centralizovane P2P systemy: Peer A zas í la dotaz na seznam uzlu maj íc í pozadovana data centraln ímu serveru. Jakmile uzel A od centraln ího serveru z íska pozadovaný seznam uzlu splnuj íc ích jeho pozadavký (tj. např. uzlý B a C), provad í vlastn í komunikaci „např ímo", tj. bez intervence centraln ího serveru. P2P networks Podzim 2010 23 / 51 Základní členění P2P systémů Decentralizované P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Decentralizovane P2P systémy I. Decentralizované (tzv. Pure) P2P systémy • všichni peerove mají stejná práva a povinnosti o každý z peerů ma pouze Částečnou představu o cele P2P síti a poskytuje data, ktera mohou být relevantní pouze nekterým dotazům o == lokalizace peeru poskytujících definovana data/sluzby je v decentralizovaných P2P sýstemech velkou výzvou o výhody: o imunní vuci tzv. single point of failure o (obvykle) poskytují vysoký výkon, skalovatelnost, robustnost a dalsí zídoucí výhody o příklady: Gnutella, Crescendo, PAST, FreeNet, Canon, atd. P2P networks Podzim 2010 24 / 51 Základní členění P2P systémů Decentralizované P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Decentralizovane P2P systémy II. Dve dimenze návrhu decentralizovaných P2P systémů: • plochá (fiat, single-tier) vs. hierarchická (multi-tier) sítová struktura • plochá struktura — funkcionalita je rovnomerne rozloZena mezi vsechny uzly síte • hierarchická struktura — smerovací struktury sestávají z více vrstev • napr.: narodn í úrovén (propojen í států), úroven států (propojen í univerzit), úroven univerzit (propojen í oddelen í), atd. o poskytuje jiste vyhody (izolace chyb a bezpeCnost, efektivn í cacheován í a vyuzití s ítoveho BW, atd.) P2P networks Podzim 2010 25 / 51 Základní členění P2P systémů Decentralizované P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Decentralizovane P2P systémy III. • strukturovaná vs. nestrukturovaná logická topologie o nestrukturovaný P2P systém — kaZdy z peerů je zodpovedný za svá vlastní data a drZí si informace o svých sousedech (dalsích peerech), na ktere můZe smerovat vyhledavači dotazy o neexistuje zadne striktní mapovaní mezi identifikatory objektů a identifikatory peerů o == lokalizace dat je vyzvoů (je obtízne presne ůrcit, ktery z peerů spravuje vyhledavana data) o == neexistuje zadna garance na kompletnost odpovedi (pokůd není prohledana cela síť) • == neexistuje zadna garance na dobů potřebnou na odpoved' (krome nejhorsího mozneho prípadů, kdy můsí byt prohledana cela síť) o strukturovaný P2P systém — lokace dat je pod kontroloů ůrcite, predem definovane strategie (obecne, distribuované hashovací tabulky — DHT) o existůje mapovaní mezi daty a peery, na kterych jsoů dana data ůlozena o == tyto systemy mohoů poskytnoůt garanci (presnoů ci pravdepodobnostní) na dobů nezbytnoů pro nalezení odpovedi o == nicmene, typicky na ůkor vyssí rezie (nůtno spravovat dodatecne informace) o (existůjí take systemy kombinůjící strůktůrovany a nestrůktůrovany prístůp) ká (Fl MU) P2P networks Podzim 2010 26 / 51 Základní Clenéní P2P systémů Decentralizované P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Decentralizované P2P systémy IV. Peer D Peer H Obrázek: Nestrukturované decentralizované P2P systémy: (Peer A požaduje určitá data, ktera jsou uložena na peeru D a peeru H) Požadavek je broadcastovan vSem sousedum peera A, pote vSem jejich sousedum, atd., až je doručen vsem peemm v P2P sáti. Eva Hladká (FI MU) P2P networks Podzim 2010 27 / 51 Základní členění P2P systémů Decentralizované P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Decentralizovane P2P systémy V. Obrázek: Strukturované decentralizované P2P systémy: Strukturovaná sil: Chord hashující datove poloZky a identifikátory uzlU do logické kruZnice. Datove poloZky tak musí byt umisteny na pevne danem uzlu (v závislosti na jejich hashovanem identifikátoru). Eva Hladká (FI MU) P2P networks 28 / 51 Podzim 2010 Základní členění P2P systémů Hybridní P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Hybridní P2P systémy I. Hybridní P2P systémy o hlavní výhodou centralizovaných P2P systémů jsou rychle a přesné odpovědi na vyhledavači dotazy o ALE na ůkor skalovatelnosti site o hlavní vyhodou decentralizovanych P2P systemů je skalovatelnost □ ALE na ůkor delsího casu nezbytneho pro vyhledaní poZadovane informace o == Hybridní P2P systémy. o pro udrzení skalovatelnosti neexistují zadne centralní servery o nicmene, nektere peer uzly jsou vybrany a prohlaseny za servery slouzící dalsím peerum o = tzv. super peers ci super nodes o == lokalizace dat je pak provadena kombinací decentralizovaneho a centralizovaneho prístupu (dotazem na super peer uzly) P2P networks Podzim 2010 29 / 51 Základní členění P2P systémů Hybridní P2P systémy Základní členění P2P systémů III. Hybridní P2P systémy II. Obrázek: Hybridní P2P systémy: Požadavek na vyhledání určité informace je nejprve smerovan na tzv. supérpéér (ultrapéér) uzel nadřazený dotazujícímu se uzlu; daný uzel ve spolupraci s ostatn ími superpeer uzly vyhleda uzel, který pozadovana data spravuje, a dotazuj íc í se uzel na nej presmeruje. Eva Hladká (FI MU) P2P networks Podzim 2010 30 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě Osnova přednášky Klient-Server vs. Peer-to-Peer • Klient-Server systemy • P2P systemy • Prekryvove sítě & P2P • Srovnání Klient-server vs. Peer-to-Peer 2^ Základní členení P2P systemů • Centralizovane P2P systemy • Decentralizovane P2P systemy • Hybridní P2P systemy rítove ad-hoc síte o Motivace • (Mobilní) Bezdrítove ad-hoc síte • Bezdrítove senzorove síte o MANETs vs. WSNs o MANETs vs. P2P 4fc Zdroje informací P2P networks Podzim 2010 31 / 51 Bezdrátové ad-hoc s ítě Motivace Bezdrátové sítě I. o Požadavek: jak přistupovat k výpočetním a komunikačním zdrojům/službám z mobilních zanzení? o bezdrátové síté o bezdratové site - tradiCne založený na tzv. bunečné infrastruktuře o dane ůzem í, ktere ma byt pokryto bezdratovym signalem, je rozdeleno do tzv. „bůnek" o kazda z bůnek je pak pokryta jednoů (zakladovoů) stanic í o zakladove stanice jsoů mezi seboů propojeny dratovoů s ít í o mobiln í ůzly se zakladovymi stanicemi komůnikůj í bezdratove o veskera komůnikace mezi mobiln ími ůzly je smerovana skrze zakladove stanice (a nasledne i dratovoů s ít) o podpora mobility je dosazena prep ínan ím mobiln ího klienta mezi zakladovymi stanicemi o napč., GSM, UMTS, WLAN, . . . Eva Hladká (Fl MU) P2P networks Podzim 2010 32 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě Motivace Bezdrátové sítě II. o co vsak delat, když: • není žádná infrastruktura dostupná? (napr., v oblastech živelných katastrof, záchranných operací, atd.) o napr. hurikán Cathrina (2005) poničil rozsáhlé oblasti New Orleans včetně komunikačních sítí • je prílis drahe infrastrukturu vybudovat? (napr. vždaiena/rožsáhia místa, staveniste, atd.) o není dostatek casu na její vybudovaní? (napr. vojenske operace) o == Wireless Ad-hoc Networks • snaží se vybudovat komunikacní sít bež nutnosti vybudovane infrastruktury, použe s využitím sítových schopností účastníků • ad-hoc sít = síť konstruovana na požídaní „pro specialižovane iícely" • termín „ad-hoc" latinsky značí „pro tento učel" P2P networks Podzim 2010 33 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě (Mobilní) Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátove ad-hoc síte Bezdrátové ad-hoc sítě o kolekce autonomn ích uzlu, ktere spolu komunikuj í skrze jimi zformovanou bezdratovou multihop sít, pricemz tato sít je spravovana/udrzovana decentralizovaným zpusobem o kazdý z uzlu v s íti výstupuje jak jako koncový uzel, tak jako sítovy směrovač o rízen ízformovanes íte je rozdeleno mezi participuj íc í uzlý o topologie zformovane s íte je obecne dýnamicka o konektivita mezi uzly se muže v case ménit v závislosti na odchodech existujících Ci příchodech novych uzlu, připadne v zavislosti na mobilite uzlu o == je zapotřebí efektivních smerovacích protokolu, ktere uzlum umozní efektivne komunikovat skrze multihop cesty o týto síte zahrnuj í mnoho komplexn ích problému == existuje v nich cela rada otevřených vedeckých problemu o bez centraln í organizace se totiz vsechný mechanismý stavaj í obt íznejs ími Eva Hladká (FIMU) P2P networks Podzim 2010 34 / 51 Bezdrátové ad-hoc site (Mobilní) Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátové ad-hoc sítě Jednoduchý příklad Obrázek: Jednoduchý příklad: notebooky v konferenční místnosti - tzv. single-hop ad-hoc sít (vSechny sítove uzly jsou navzájem v dosahu příme komunikace). P2P networks Podzim 2010 35 / 51 (Mobiln í) Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátové ad-hoc sítě Příklad multihop sítě Obrázek: Příklad multihop ad-hoc sítě. P2P networks Podzim 2010 36 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě (Mobilní) Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátové ad-hoc sítě Výhody o velmi rychlé vybudování o nen í potřeba táhnout žádné dráty/kábely zá Ucelem budován í infrastruktury o odolnost o neobsáhuj í žádny single point of failure (jáko nápř. zákládovou stánici) o efektivnejší využíván í rádioveho spektrá než u bunecnych (infrástrukturn ích) sít í o káždy z uzlu muže komunikovát s kterymkoliv jinym (v jistých přípádech dokonce i souCásne), tákže mohou lepe využít dostupne přenosove kápácity P2P networks Podzim 2010 37 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě (Mobilní) Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátové ad-hoc sítě Problémy/Výzvy o problémy vyvstávaj í d íky: o neexistenci centráln í entity organizuj íc í participuj íc í uzly o participuj íc í uzly se tak mus í organizovat samostatné == samoorganizace o omezenému dosahu bezdrátové komunikace o data tak musí být doruCovana po cestach zahrnuj íc ích v íce uzlU o == jsou nezbytné mechanismy pro dynamickou identifikaci a spravu smérovac ích cest o mobilite uzlu • s ítove uzly se mohou pohybovat o kvalitu s íte lze hodnotit podle rychlosti adaptace na změny v topologii o == Mobilní ad-hoc sítě (Mobile Ad-hoc Networks, MANETs) o mimo jine musí byt adresovany nasleduj íc í otazky: o řízení přístupu k médiu (medium access control) — jelikoz neexistuje zakladova stanice, ktera by urcovala opravnen í k přístupu ke sd ílenemu mediu, mus í byt toto rozhodovano distribuovaným zpusobem o smerovaní — hledaní cest mezi komunikuj íc ími uzly Eva Hladká (FIMU) P2P networks Podzim 2010 38 / 51 5350 Bezdrátové ad-hoc s ítě (Mobiln í) Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátové ad-hoc sítě Mozne aplikace o hledan í prazdnych parkovac ích m íst ve mestech (bez dotazu na centraln í server), vyhyban í se dopravn ím zacpam, atd. (= VANETs) o zachranne operace při pr írodn ích katastrofach • zas ítovan í osobn ích zařízen í (hodinky, bryle, PDA, medic ínske př ístroje, ...) o vojenske operace: komunikace mezi tanky, vojaky, o kolaborativn í a distribuovane vypocty Eva Hladká (FI MU) P2P networks 39 / 51 Podzim 2010 133^ Bezdrátové ad-hoc sítě (Mobilní) Bezdrátové ad-hoc sítě (Mobilní) Bezdrátové ad-hoc sítě Dopravn í ad-hoc s íté (Véhicular Ad-hoc Networks, VANETs) Dopravní ad-hoc sítě (Vehicular Ad-hoc Networks, VANETs) o technologie, ktera vyuZ íva pohybuj íc ích se aut jako uzlů/smérovaCů pro vytvořen í mobiln í s íte o aůta se mohoů vzajemně propojovat a spolů komunikovat (pokůd jsoů v dosahů svych bezdratovych signalů) a vytvaret tak komůnikaCní sít s velkym rozsahem O v porovnaní s MANETy, kde se ůzly pohybůjí nepředvídatelným způsobem, se ůzly VANET síte (tj. aůta) pohybůjí organizovanym způsobem (vetsinoů poůze po cestach :-)) o lze tak navíc pomerne presne popsat interakce se silnicním vybavením • == mozne vyůzit í specializovanych/specifickych (a tůd íz i efektivnějších) smerovacích protokolů 113^ Bezdrátové ad-hoc sítě (Mobilní) Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátové ad-hoc sítě Porovnaní s infrastrukturními sířmi Infrastructure-based network Ad hoc network Prerequisites Pre-deployed infrastructure, e.g. routers, switches, base stations, servers None Node properties End system only Duality of end system and network functions Connections Wired or wireless Usually wireless Topology Outlined by the pre-deployed infrastructure Self-organized topology maintained by the nodes Network functions Provided by the infrastructure Distributed to all participating nodes Obrázek: Srovnání infrastrukturních a ad-hoc sítí. P2P networks Podzim 2010 41 / 51 1139 Bezdrátové ad-hoc s ítě Bezdrátové senzorové s ítě Bezdrátové senzorové sítě o doposud představené sítě interagovaly (skrze nejrůznější zařízení) s lidmi o alternativní koncept: o místo interakce s lidmi interakce s prostředím • s ít je zasazena do urCeného prostred í (náhodné Ci pravidelné rozloZen í) o uzly téchto s ít í jsou vybaveny senzorem/ovladac ím prvkem pro méren í(sledovan í)/ovladan í daného prostred í o uzly zpracovavaj í z ískané informace a vzajemné bezdratové komunikuj í o Bezdrátové senzorové sítě (Wireless Sensor Networks, WSNs) • př ípadné Bezdrátové senzorové & ovládací sítě (Wireless Sensor & Actuator Networks, WSANs) P2P networks Podzim 2010 42 / 51 Bezdratove ad-hoc s íte Bezdratove senzorove s íte Bezdrátové senzorové sítě Příklady aplikací Záchranné akce O napr. rozhozen í senzorů na hor íc í objekt o kaZdý z ůzlů mer í teplotu okol í • t ímto lze z ískat „teplotn í mapu prostred í " Monitoring prostředí O napr. senzorove ůzlý pro sledovan í prirozeneho zv írec ího prostred í • Great Duck Island, ZebraNet, atd. Precizní zemědělství O umele přihnojovan í/zavlazovan í, atp. pouze v m ístech, kde je skůteCne zapotreb í Inteligentní budovy, mosty O redukce energetickeho plýtvan í ůdrzovan ím spravne vlhkosti, ventilace, klimatizace o výzadůje meren í obsazenosti m ístnost í, teploty, toků vzdůchů, atp. O monitoring mechanickeho namahan í po zemetresen ích Eva Hladka (FI MU) P2P networks Podzim 2010 43 / B1 Bezdrátové ad-hoc sítě Bezdrátové senzorové sítě Bezdrátové senzorové sítě DuleZitost efektivn ího vyuZ ívan í energie o často (avšak ne vždy) participuj ící užly (nejen senžorovych sít í) cerpaj í energii ž bateriového ždroje o je tak vhodne udržet co nejdelsí casovou dostupnost: o individualn ích užlu/žařížen í o s íte jako celku o obvykle vsak nejsou aplikače zavisle na dostupnosti vsečh jednotlivyčh uzlu, pokud je globaln í funkčionalita čele s íte stale dostupna • využite s ítove protokoly tak musí brat v uvahu omeženou energii s ítovych prvku a chovat se energeticky usporne o využ ívat cesty, ktere predstavuj í n ížkou energetickou spotřebu (energie per bit) • brat v uvahu dostupnou kapacitu bateri ívyužívanych s ítovych prvku o Otažka: Jak řesit konflikty meži rožd ílnymi optimaližacemi? o lže take využ ít nejakou ž forem dob íjen í (solarn í clanky, ž ískavan í energie ž prostřed í, atp.) P2P networks Podzim 2010 44 / 51 Bezdratove ad-hoc síte MANETs vs. WSNs MANETs (VANETs) vs. WSNs Mnoho podobností: o vsechny síte silne spolehají na samoorganizující mechanismy pro spravu vytvorene topologie o vsechny síte se musí vypořadat s omezenou zasobou energie na pripojenych zař ízen ích o dulezitou roli tak hraje zejmena energeticka efektivnost vyuzitych algoritmu a mechanismu o vsechny síte vyuzívají bezdratovou multi-hop komunikaci Mnoho rozdílů: Resources and properties MANET WSN Available energy High Low Processing power High Low Memory and storage High Low Density and scale Low High Mobility High Limited* Heterogeneity Medium* Low* Varying user demands High Low * Depending on the application scenario P2P networks Podzim 2010 45 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě MANETs vs. P2P MANETs vs. P2P systémy I. Bezdrátové ad-hoc site mají také mnoho podobností s P2P systémy: o stejne párádigmá o sámoorgánizuj íc í se sít o dynámická topologie o zodpovednost zá smerován í dotázu v distribuovánem prostred í o neexistence centráln í správuj íc í entity Nicméně, maji i mnoho rozdilU — P2P networks Podzim 2010 46 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě MANETs vs. P2P MANETs vs. P2P systémy II. Difference P2P Network MANET Motivation for creating the network Logical infra structure to provide a service A physical infra-structure to provide connectivity Connection Between two nodes Fixed medium and direct Wireless and indirect Connection confidence High (physical connections) Low (wireless connections) Peer location Any Internet point Restricted area Structure Physical apart from logical structure Physical structure corresponds to logical structure Routing reactive Proactive, reactive Peer behavior Fixed Mobile Broadcast Virtual, multiple unicasts Physical, to all nodes in transmission range area Eva Hladká (FI MU) P2P networks Podzim 2010 47 / 51 Bezdrátové ad-hoc sítě MANETs vs. P2P MANETs vs. P2P systémy III. o == MANETy jsou tak spíše platformou pro P2P aplikace o nicmene, existující přístupy/mechanismy pro P2P aplikace vybudovane nad Internetem nelze pro P2P aplikace vybudovane nad MANETy přímocaře vyuZít: o sousední uzly na aplikační úrovni (z P2P pohledu) nemusí nezbytne nutne byt sousedy na sítove urovni (z pohledu MANETu) o == pro efektivní vyuZití P2P aplikací nad MANETy tak musí byt existující řesení P2P sítí podrobeny dukladnym modifikacím (tak, aby byly prizpusobeny specifikum MANETu) P2P networks Podzim 2010 48 / 51 Zdroje informací Osnova přednášky .íl Klient-Server vs. Peer-to-Peer • Klient-Server systemy » P2P systemy a Překryvove site & P2P » Srovnáni Klient-server vs. Peer-to-Peer .2I Základni cleneni P2P systemů • Centralizovane P2P systemy • Decentralizovane P2P systemy • Hybridn i P2P systemy [51 Bezdratove ad-hoc s ite • Motivace » (Mobiln i) Bezdratove ad-hoc site • Bezdratove senzorove site • MANETs vs. WSNs • MANETs vs. P2P 4) Zdroje informaci P2P networks Podzim 2010 49 / 51 Zdroje informací P2P: Zdroje informací Fl kurzy: o PA159: Poc ítačové sítě a aplikace l. (doc. Hladká) o PB165: Grafy a sítě (prof. Matýska, doc. Hladka, doc. Rudova) o PA128: Similarity Searching in Multimedia Data (prof. Zezula) Literatura: o O. H. Vu at al. Peer-to-Peer Computing: Principles and Applications. Springer, 2010 o Milojicic et al. Peer-to-Peer Computing. HP Labs, 2002 o D. C. Verma. Legitimate Applications of P2P Networks. Wiley, 2004 o X. Shen, H. Yu, J. Buford, M. Akon. Handbook of Peer-to-Peer Networking. Spriger, 2010 o J. Buford, H. Yu, E. K. Lua. P2P Networking and Applications. Morgan Kaufmann, 2009 P2P networks Podzim 2010 50 / 51 Zdroje informací Ad-hoc, MANET: Zdroje informací FI kurzy: o PA159: Počítačové site a aplikace I. (doc. Hladká) o PA151: Soudobé pocítacové síté (doc. Staudek) Literatura: o Falko Dressler: Self-Organization in Sensor and Actor Networks. John Wiley & Sons, 2007. o Jon S. Wilson: Sensor technology handbook. Newnes, 2005. o Ananthram Swami: Wireless sensor networks: signal processing and communications perspectives. John Wiley & Sons, 2007. o Holger Karl, Andreas Willig: Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks. Wiley-Interscience, 2007. o Amiya Nayak, Ivan Stojmenovic: Wireless Sensor and Actuator Networks: Algorithms and Protocols for Scalable Coordination and Data Communication. Wiley-Interscience, 2009. P2P networks Podzim 2010 51 / 51