PB001: Úvod do informačních technologií Luděk Matýska Přednášející: Eva Hladká Fakulta informatiky Masarykovy univerzity podzim 2014 Hf—■ Vf, na Sa I E2r*lo ministerstvo školství, ^•"'Sř ■ fcndvCR evropskáunie íe a tělovýchovy mk^wkftpu *m(fA6* INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVANÍ Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 1 / 23 Ql Multimédia v sítích Q| Bezdrátové sítě Q| Distribuované systémy Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií I podzim 2014 2 / 23 ylultimédia v sítích Cíl: přenos zvuku a obrazu po počítačové síti Požadavky na kvalitu (vlastnosti) spojení • včasné doručení • nepříliš velký rozptyl doručení paketů Spojované sítě (telefony) • jednodušší řešení • nedostatečná koncová kapacita • potenciální plýtvání pásmem (musí být vyhrazeno, i když mlčíte) Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 3/23 Přepínané sítě • mohou dobře využít multicast • vyžadují kvalitu služby: rezervace • možná řešení • overprovision (dostatek kapacity bez ohledu na požadavky) • dedikované okruhy (ä la telefony): VPN • rezervace pro každý tok zvlášt: RSVP • agregace toků, rezervace (statická) pro agregace: DifFServ • pro současný Internet vhodné poslední řešení Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 4/23 Streaming • způsob doručení multimediálního obsahu klientům prostřednictvím sítě • live streaming • multimediální obsahu vzniká živě během streamování • Video on Demand vs. pasivní příjem • pasivní příjem obvykle pro příjem živých streamů • možné streamovat i multimediální archivy Videokonference • jednoznačný požadavek na interaktivitu • obousměrný provoz Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 5/23 Bezdrátové sítě Cíl: umožnit přístup k výpočetním a komunikačním zdrojům z mobilních zařízení • s infrastrukturou: buňková síť • bez infrastruktury: ad-hoc sítě Hlavní charakteristiky: • podstatně vyšší chybovost • oprava přímo na spojení, ne ve vyšších vrstvách • často kombinováno s redundancí • optické sítě (infra, laser) • silně závislé na vnějších podmínkách (mlha) • radiové • kapacita závislá na frekvenci, kvalita na kódování a vyzářené energii Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 6/23 Bezdrátové sítě • základové stanice pokrývají území signálem o základny jsou propojené drátovou sítí • veškerá komunikace mobilních agentů je směrována přes základové stanice 9 mobilní agent může plynule přecházet mezi základovými stanicemi Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 7/23 Bezdrátové sítě Motivace: vytvořit síť při absenci infrastruktury • živelné katastrofy, nedostatek financí/času • využívá pouze síťové vlastnosti účastníků Princip • kolekce autonomních uzlů komunikujících skrze decentralizovanou multi-hop síť • každý uzel zároveň koncovým uzlem i síťovým směrovačem o dynamická topologie sítě • řízení sítě rozděleno mezi jednotlivé uzly Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 8/23 Bezdrátové sítě Výhody • rychlé vybudování • odolnost - neobsahují single point of failure • efektivní využívání rádiového spektra Nevýhody • omezený dosah bezdrátové komunikace • komplikované řízení sítě díky neexistenci centrální entity • změny v topologii při pohybu mobilních uzlů Aplikace • záchranné operace při přírodních katastrofách • zasíťování osobních zařízení (hodinky, PDA, medicínské přístroje.. .) • vojenské operace • senzorové sítě 9 . .. Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií I podzim 2014 9 / 23 Bezdrátové sítě Možné realizace: • always on - bezdrátové sítě • přenos prostředí - realizované softwarově Mobilita s přenosem prostředí • např. čtení pošty přes webový prohlížeč • problémy • různost klientských systémů • bezpečnost - autentizace uživatele • vnímaná kvalita závislá na kvalitě připojení Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 10 / 23 • Počítač: několik vzájemně propojených komponent • Co se stane, když některé z propojení nahradíme sítí? Vznikne distribuovaný systém • Definice: • Systém, který je tvořen dvěma nebo více nezávislými počítači propojenými sítí a komunikujícími formou předávání zpráv. • Distribuovaný systém tvoří nezávislé počítače, které se uživateli jeví jako jeden celek [Tanenbaum]. Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 11 / 23 Distribi systém y o Internet 0 Telefonní systém (automatické ústředny) • Multimediální systémy (videokonference, e-Learning) • Mobilní systémy • Clustery • Gridy • Peer-to-peer systémy • Cloud Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 12 / 23 am Heterogenita jednotlivých složek • Middleware: skrýva heterogenitu (CORBA, Globus) • Mobilní kód (Java) Otevřenost/i nteropera bi lita • Nezbytné využití standardů Bezpečnost • Autentizace, autorizace, soukromí Zpracování výpadků • Detekce, maskování, tolerance Rozšiřitelnost Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 13 / 23 am Paralelismus • Nebezpečí např. „smrtelného objetí" (deadlock) • Závislosti (synchronní pohled) Transparence • Přístup • Místo • Replikace • Selhání • Mobilita/přenositelnost • Výkon • Škálovatelnost/rozšiřitelnost Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 14 / 23 Distribi systém y Motivace: sdílení výpočetních zdrojů za účelem zvýšení efektivity • inspirace z elektrické rozvodné sítě (power grid) Vlastnosti • rozsáhlé distribuované systémy • heterogenní • geograficky rozsáhlé • dynamické (z pohledu uživatele) • velký výkon (desítky tisíc procesorů) • velké datové objemy (PB a více) Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 15 / 23 Distribi systém y Data Gridy - zpracování velkých objemů dat, generovaných • zařízeními časticové fyziky • radioteleskopy • analýzou genomu • 3D snímky (mozek) Výpočetní Gridy - náročné výpočty • astronomie • vlastnosti materiálů • předpověď počasí (též Data Grid) • struktura a chování molekul Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 16 / 23 Distribi systém y • Nový přístup k nabídce výpočetních a úložných služeb • Postaven na virtualizaci zdrojů • Ta umožňuje nabídnout počítač nebo celou skupinu počítačů (cluster, grid) při zachování spravovatelnosti (manageability) • Uživatel dostává „holý" systém, který sám spravuje • Jednoduchý přístup, zpravidla přes webové rozhraní • Pay per use, tj. žádné počáteční investiční náklady Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 17 / 23 BI Amazon Elastic Cloud • přístup přes webové rozhraní • platba kreditní kartou • součástí nabídky i úložný prostor (Amazon S3) • nestrukturované objekty (upload/douwnload), blokový systém (holý disk), filesystém • platba i za přenos dat z/do S3, nikoliv za interní přesuny dat Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 18 / 23 Distribi systém y Cloudy nabízí flexibilníkapacity • Je možné okamžitě dokoupit další zdroje • Virtualizace podporuje navyšování výkonu poskytnutím kopií • Potenciál pro odolnost proti výpadku Otevřené bezpečnostní problémy • Nejistota, kde jsou skutečně data uložena • Data i výpočty de-facto outsourcovány - ztráta kontroly Vhodné zejména tam, kde bezpečnost není kritická a není možné předem odhadnout skutečnou potřebu zejména výpočetního výkonu (a ta silně kolísá v čase) Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 19 / 23 Distribi sys • decentralizovaný distribuovaný systém: klient-klient • tvořen vzájemně komunikujícími identickými entitami (peery) • opak modelu klient-server o každý peer je zároveň serverem i klientem • poskytuje služby ostatním peerům - role serveru • využívá služby ostatních peerů - role klienta Příklady • Skype - přenos hlasu a obrazu v reálném čase • BOINC - platforma pro distribuované výpočty • BitTorrent - sdílení dat o BitCoin - digitální měna «... Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 20 / 23 • distribuované řízení - neexistence centrální entity • samoorganizace • heterogenita - peerové běží na různých platformách • škálovatelnost - nehrozí přetížení centrální entity • dynamika - topologie systému se velmi rychle mění • sdílení zdrojů - každý peer se svými zdroji podílí na fungování P2P systému Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 21 / 23 Distribuo Náročnost zbudování • K-S využívá jednoduchých modelů komunikace • P2P vyžaduje komplexní interakce Spravovatelnost • správa K-S systému je přehlednější díky koncentraci komunikace v jednom bodě Škálovatelnost • K-S model limitován HW parametry serveru - využívá se vyvažování zátěže mezi několika fyzickými stroji • P2P systém škáluje z principu - s rostoucím počtem peerů roste kapacita systému Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 22 / 23 i Bi Bezpečnost • v K-S modelu je za bezpečnost zodpovědný server • v P2P systému je zodpovědnost rozložena mezi peery - nutnost komplexnějších bezpečnostních protokolů Spolehlivost • K-S systém je závislý na běhu serveru - single point of failure • P2P systém je do velké míry redundantní - jednu funkcionalitu poskytuje zároveň více peerů Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2014 23 / 23