Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo - Redes de Computadores I Prof. Mateus Raeder Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Cliente-servidor A Web é utilizada muito comumente utilizando o paradigma cliente-servidor Servidores centralizados executam serviços pedidos pelos clientes distribuídos Maioria usa o que a minoria tem Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Cliente-servidor Maioria das aplicações da Internet Correio eletrônico Transferência de arquivos Servidor de nomes Etc... Crescimento do número de clientes Carga e largura de banda do servidor aumenta Cliente não precisa muito poder computacional Cliente tem papel passivo Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Se todos os hosts (máquinas da rede) fizessem o papel de servidor e de cliente, evoluiríamos para uma arquitetura peer-to-peer (P2P) Máquinas individuais podem fornecer serviços a outras Não depende de servidor central Elimina problemas de falha de serviço Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Então: o que são sistemas P2P? Sistemas distribuídos sem uma organização hierárquica e tampouco centralizado Cada usuário (cada cliente, máquina) participa em troca de fornecer acesso a recursos que ele dispõe Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder O que é Definição P2P é um termo amplo: não há consenso sobre sua definição Uma é: “sistema totalmente descentralizado onde pares são iguais entre si”, mas isso exclui alguns esquemas P2P, como aqueles baseados em super-peer Outra é: “classe de aplicações que aproveita recursos nas bordas da Internet”, mas isso inclui esquemas que não são realmente considerados P2P, como SETI@home Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 7

O que é Características Uma tecnologia que permite a qualquer dispositivo com acesso a uma rede prover recursos a outros dispositivos da mesma rede. Um peer em uma rede P2P age como um cliente e como um servidor de uma arquitetura cliente/servidor tradicional. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 8

O que é Recursos compartilháveis Informações Recursos computacionais Espaço em disco Processamento Recursos de rede Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 9

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Algumas características: Não tem coordenação central Banco de dados (?) Sem gargalos Dados acessíveis por todos os componentes da rede Cooperação é possível sem custos adicionais de hardware para adição de servidores para coordenação São redes virtuais que funcionam na Internet com o objetivo de permitir o compartilhamento de recursos entre os participantes Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Principais classes de aplicações P2P Mensagem instantânea Possibilidade de poder enviar uma mensagem em tempo real pela internet (IM – Instant Messaging) Compartilhamento de arquivo Transferir arquivos entre os hosts Computação distribuída Utilização de recursos computacionais ociosos Trabalhos colaborativos Melhorar a produtividade de grupos que possuem interesses em comum Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Exemplos de aplicações Mensagens instantâneas: ICQ MSN Skype K-Lite Pichat Pidgin Usenet P2P Messenger SOULSEEK UfaSoft P2P Instant Messenger Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Exemplos de aplicações Compartilhamento de arquivos LimeWire Emule BearShare Kazaa Pichat Gnutella Deluge qBittorrent BitComet Azureus Utorrent Ares Galaxy Kademlia SOULSEEK YaCy FastTrack BitTorrent Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Exemplos de aplicações Computação distribuída SETI@Home (Search for Extraterrestrial Intelligence) Folding@home World Community Grid OurGrid DNS Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Aplicação de trabalho colaborativo Aplicações deste gênero são conhecidas como groupware application É um software que suporta diversos pontos, tais como: Comunicação e coordenação de usuários E-mail Calendário Espaço de trabalho Listas de discussão Gerência de documentos Vídeo conferência Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder P2P Exemplos de aplicações Trabalho colaborativo Lotus Notes Microsoft NetMeeting Groove Ikimbo Consilient Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Popularidade Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Por que usar Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 18

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Por que usar Objetivos Diminuir o custo de compartilhamento Agregação de recursos (melhor eficiência)‏ Escalabilidade e confiabilidade maior Aumento na autonomia Dinamismo Colaboração Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 19

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Por que usar Vantagens Eliminar o gargalo de fonte única, usando o P2P para distribuir dados e fazer o balanceamento de pedidos na rede; Eliminar o risco de um único ponto de falha. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 20

Elementos Fundamentais Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 21

Elementos Fundamentais Peer Um peer é o nodo em um sistema P2P. É a unidade fundamental de qualquer solução P2P; Cada peer possui um ID único; Cada peer pertence a um ou mais grupos (PeerGroups); Cada peer pode se comunicar com outros peers de seus grupos e também de outros grupos. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 22

Elementos Fundamentais Tipos de Peers Peer Simples É designado a servir um único usuário final, permitindo a este prover e consumir serviços da rede. Peer Rendezvous Fornece as localizações na rede para a descoberta de outros peers e de seus recursos disponíveis. Peer Router Fornece um mecanismo para que os peers se comuniquem através de firewalls ou NATs. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 23

Elementos Fundamentais PeerGroup Um grupo de peers com um conjunto de interesses ou objetivos comuns. Peer groups podem fornecer aos seus membros serviços que não estão diretamente acessíveis aos outros peers da rede. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 24

Elementos Fundamentais Serviços Fornecem a funcionalidade que os peers podem utilizar para executar uma tarefa em um peer remoto: Transferência de arquivos; Fornecimento de informações de estado; Execuções de algoritmos; Basicamente qualquer coisa que um peer de uma rede P2P seja capaz de fazer. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 25

Elementos Fundamentais Protocolos Precisam fazer: Procurar por peers da rede; Procurar por serviços que um peer oferece; Obter informações de estado de um peer; Invocar serviços de um peer; Criar, entrar e sair de peergroups; Criar conexões entre peers; Encaminhar mensagens a outros peers (roteamento)‏ Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 26

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Arquiteturas Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 27

Arquiteturas Cliente/Servidor O termo centralizado tem sido usado para descrever um sistema em que um único computador, o servidor, disponibiliza os serviços à rede. Em algum momento, o servidor poderá ser replicado a fim de tratar todo o volume de tráfego de todos os clientes. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 28

Arquiteturas Cliente/Servidor Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 29

Arquiteturas Cliente/Servidor Responsabilidades do cliente: Enviar pedidos de um serviço qualquer; Receber as respostas de um pedido feito a um serviço Responsabilidades do Servidor: Receber pedidos de serviço; Processar os pedidos e executar o serviço requerido; Enviar a resposta com os resultados do serviço requerido Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 30

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Arquiteturas Modelos de arquitetura Descentralizada: Não há um ponto central, cada nó tem o mesmo nível Todos os nós compartilham e gerenciam os recursos e tráfego Semicentralizada (ou parcialmente centralizados): Há um nó central para informações de controle (normalmente para controle de tráfego) Ou um conjunto de super-nós que fazem esta função (a queda de um destes super-nós afeta somente os inferiores diretamente ligados a eles Os demais nós são autônomos e equivalentes Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Arquiteturas Sistemas P2P - Descentralizado Não existe uma autoridade central, apenas computadores individuais que são capazes de se conectar e se comunicar entre si Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 32

Arquiteturas Sistemas P2P - Descentralizado Responsabilidades do peer, como cliente: Enviar pedidos de serviço a outros peers; Receber as respostas de pedidos de serviço feitos a outros peers; Responsabilidades do peer, como servidor: Receber pedidos de serviço de outros peers; Processar os pedidos e executar o serviço requerido; Enviar a resposta com os resultados do serviço requerido; Propagar os pedidos de serviço a outros peers Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 33

Arquiteturas Sistemas P2P – Parcialmente Centralizado Alguns peers possuem funções mais importantes que os demais (SuperPeers). Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 34

Arquiteturas Sistemas P2P – Parcialmente Centralizado Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 35

Arquiteturas Sistemas P2P – Parcialmente Centralizado Responsabilidades dos peers “normais” Enviar pedidos de serviço aos SuperPeers; Receber as respostas de pedidos de serviço feitas aos SuperPeers e encaminhadas aos peers de nível mais baixo; Enviar a resposta com os resultados do serviço requerido; Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 36

Arquiteturas Sistemas P2P – Parcialmente Centralizado Responsabilidades dos SuperPeers Receber pedidos de serviço dos peers “normais”; Encaminhar os pedidos de serviço aos peers que possuem o recurso; Manter um controle dos peers e recursos presentes no sistema. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Arquiteturas Sistemas P2P - Híbridos Os computadores são considerados clientes quando eles precisam de informação; O cliente que precisa de informação irá contatar um servidor central para obter uma referência a um outro cliente onde a informação necessária está guardada; O cliente que quer acessar a informação irá então contatar diretamente o computador que possui a informação. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 38

Arquiteturas Sistemas P2P - Híbridos Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 39

Arquiteturas Sistemas P2P - Híbridos Responsabilidades do Cliente: Registrar no servidor seus serviços disponíveis; Enviar ao servidor pedidos de busca por serviços e receber respostas contendo listas de peers com os serviços desejados; Enviar a outros peers pedidos de serviço e receber as respostas desses pedidos; Receber de outros peers pedidos de serviço, processar e executar o serviço requerido e enviar repostas a quem fez o pedido. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 40

Arquiteturas Sistemas P2P - Híbridos Responsabilidades do Servidor: Registrar serviços disponíveis nos peers; Receber pedidos de busca por serviços disponíveis, buscar por esses serviços e enviar respostas com as localizações dos serviços desejados. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 41

Arquiteturas Busca X Acesso Duas funções a serem desempenhadas por um sistema P2P: Busca de recursos ou serviços compartilhados pode ter problemas de escalabilidade Acesso a esses recursos ou serviços a comunicação direta entre os peers faz o acesso aos recursos inerentemente escalável Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 42

Arquiteturas Busca X Acesso – Inundação (Flooding)‏ Outra classificação utilizada é quanto a busca: centralizada, inundação e hash distribuída: Busca centralizada Na rede, existe um ponto central de buscas. Os nós, então, “perguntam” a este centralizador onde existe a informação desejada. Após esta busca, o centralizador informa o local, e a comunicação peer to peer é realizada. Por ser centralizado, é passível de falhas Desempenho baixo, devido a diversas consultas realizadas a um mesmo servidor É de fácil implementação Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Arquiteturas Busca X Acesso – Diretório Central Os peers se conectam à um servidor central onde publicam informações sobre o que estão disponibilizando O servidor central faz uma busca em seus registros pelo melhor peer que pode responder à requisição Problemas de escalabilidade Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 44

Arquiteturas Busca X Acesso – Inundação (Flooding)‏ Outra classificação utilizada é quanto a busca: centralizada, inundação e hash distribuída: Inundação Os nós são totalmente independentes. A busca, então, é realizada somente com os nós vizinhos. Mas por que inundação? Pois os nós que não possuem os dados da busca, realizam outra busca nos seus nós vizinhos, e assim sucessivamente Assim, traz a idéia de uma inundação de buscas pelos peers Quando a informação for encontrada, o local desta informação é repassado ao originador da busca Possui controle de TTL (time to live) da busca Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Arquiteturas Busca X Acesso – Inundação (Flooding)‏ Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Arquiteturas Busca X Acesso – Inundação (Flooding)‏ Não ocorre publicação dos recursos compartilhados Cada requisição é inundada (flooded) para os peers conectados diretamente Problema: Consome muita banda, escalabilidade SuperPeers podem ser usados para melhorar a eficiência Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 47

Arquiteturas Busca X Acesso – Funções Hash Outra classificação utilizada é quanto a busca: centralizada, inundação e hash distribuída: Tabela Hash Distribuída (DHT) Identificadores são atribuídos de acordo com uma determinada função hash. A idéia é mapear de maneira única todos os objetos e os nós. O hash é distribuído entre os peers. As tabelas hash são utilizadas para separar o espaço de buscas. Assim, quando uma consulta é realizada, a chave é consultada e a busca é repassada para o nós responsável, que saberá o caminho para o local da informação Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Arquiteturas Busca X Acesso – Funções Hash Cada peer possui um ID aleatório único e conhece alguns outros peers Cada recurso é representado por um ID, calculado a partir de uma função Hash Cada peer busca pelo documento nos peers com IDs mais próximos aos do recurso compartilhado Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 49

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Problemas Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 50

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Problemas Problemas que ainda não foram resolvidos no uso desse tipo de arquitetura: Propriedade Intelectual Custos de Banda de Rede Segurança Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 51

Problemas Propriedade Intelectual A internet permite que os usuários distribuam material com direitos autorais de forma inapropriada, de forma rápida e em grande proporção. Como o P2P ganhou fama? Distribuição ilegal de arquivos Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 52

Problemas Custos de Banda de Rede Aplicações P2P normalmente consomem uma grande quantidade de banda da rede. Muitos pacotes de broadcast poderiam influenciar na estabilidade da infraestrutura do provedor. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 53

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Problemas Segurança Aplicações Internet são bastante suscetíveis a falhas de segurança Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 54

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Aplicações Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 55

Aplicações SETI@home (Search for Extraterrestrial Intelligence)‏ Possui como objetivo procurar por emissões de rádio de civilizações extraterrestres; Computação Distribuída (processamento)‏; Os componentes principais são o servidor de dados e o próprio cliente; Descentralização e Escalabilidade; Performance; Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 56

Aplicações SETI@home (Search for Extraterrestrial Intelligence)‏ Utiliza ciclos ociosos dos computadores para realizar suas computações São computadores não-dedicados e dispersos mundialmente Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 57

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Aplicações Napster Primeiro programa de compartilhamento de arquivos que usou P2P; Pai dos atuais programas de compartilhamento de arquivos; Arquitetura Híbrida; Início dos problemas judiciais. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 58

Aplicações Napster – Funcionamento (1)‏ Lista de arquivos é enviada para o servidor Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 59

Aplicações Napster – Funcionamento (2)‏ Cliente faz uma busca que é enviada ao servidor Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 60

Aplicações Napster – Funcionamento (3)‏ Cliente dispara pings para os outros peers que aparentemente possuem o arquivo Procura pela melhor taxa de transferência Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 61

Aplicações Napster – Funcionamento (4)‏ Cliente recupera o arquivo Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 62

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Aplicações Gnutella Primeiro programa de compartilhamento de arquivos completamente distribuído; Busca realizada por flooding: Requisição é enviada a todos os vizinhos; Os vizinhos propagam a requisição; Caso a máquina alcançada pela requisição possua o arquivo, pode responder diretamente ao solicitante; Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 63

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Aplicações Gnutella “Hino do grêmio.mp3” Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Aplicações Skype Programa de VoIP parcialmente centralizado Mesmos criadores do Kazaa; Recentemente comprado pelo Ebay; Capacidade de transpor Firewalls e NATs; Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder 65

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder Exercícios Qual a diferença entre aplicações cliente/servidor e aplicações P2P? Se existisse uma, qual seria a característica mais importante de um sistema P2P, aquela que o define. Por que tal característica é importante. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder