Seminar: Information Management in the Web
Vortragende: Désirée Zillmann Betreuer: Dr. Artur Andrzejak, ZIB Vortragsdatum: 08.05.2003
Distributed Hash Tables (DHTs) and Plaxton-Type Routing
Vortrag:
Désirée Zillmann: DHTs and Plaxton-Type Routing
208.05.2003
Inhaltsverzeichnis
1. Distributed Hash Tables 2. Plaxton 3. Pastry 4. Tapestry 5. Übersicht Literatur
Désirée Zillmann: DHTs and Plaxton-Type Routing
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Distributed Hash Tables
Dateien sind über einen eindeutigen Hash-Schlüssel (key) erreichbar
Knoten bekommen auch einen Schlüssel (z.B. IP-Adresse) aus demselben Namensraum
Die Hash-Funktionen sind jedem Teilnehmer bekannt Jeder Knoten ist root-Knoten für mehrere Dateien Jeder Knoten hält eine Tabelle mit (key, Id)- Paaren, wobei Id
auf den Knoten zeigt, der die Datei zur Verfügung stellt Anfragen werden an einen Knoten weitergeleitet, dessen
KnotenId dem Schlüssel des Objekts “am nächsten” ist
im Gegensatz zu Napster und Gnutella Suche nach Schlüsselworten setzen voraus, dass Dateien in erster Linie auf dem Knoten
des Publishers gespeichert sind
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Unterschiede bei DHT-Systemen
Aufbau des Overlay-Netzwerks Aufrechterhaltung des Netzwerks Suchalgorithmus lookup(key)
Wichtig: Man kann die lookup-Anfrage an einen beliebigen Knoten schicken, und diese wird an den root-Knoten korrekt weitergeleitet.
DHT-Systeme: Plaxton Pastry Tapestry
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P2P Overlay-Netzwerk
P2P-Layer
IP-Layer
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Plaxton
Jeder Knoten ist Server für die bei ihm gespeicherten Objekte Router, der Nachrichten weiterleitet Client, von dem Suchanfragen ausgehen
Besonderheiten: Von jedem Objekt gibt es ggf. mehrere Kopien
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Routing
zu dem Knoten mit Schlüssel 5AC84B
*****B ****4B ***84B **C84B
*AC84B 5AC84B
Bei jedem Schritt wird von rechts nach links eine Stelle des Schlüssels angepasst.
*: zufällige Werte
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Neighbor table
1. Stelle 1200 3201 -- 0023 2. Stelle 2302 0112 1022 -- 3. Stelle -- 3132 0232 1332 4. Stelle 0032 -- 2032 3032
Für Knoten 1032 (b=4):
-- Stellen, die direkt mit dem lokalen Knoten-Schlüssel übereinstimmen. Bei der Suche kann gleich in die nächste Zeile gesprungen werden.
b
b: Basis des Schlüsselsn: Anzahl der Stellen der Schlüssel
n
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Beispiel: Routing-Schritt
1. Stelle 1200 3201 -- 0023 2. Stelle 2302 0112 1022 -- 3. Stelle -- 3132 0232 1332 4. Stelle 0032 -- 2032 3032
Knoten 1032 erhält eine Nachricht für den Knoten 1232An welchen Knoten wird die Nachricht weitergeleitet?
1032 <-> 1232 => 0232
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Pointer list
Ein Zeiger ist ein Tripel (Aid, y, c(x,y) ) aus dem ID Aid des Objekt dem Knoten y, welcher eine Kopie des Objektes
besitzt der „Entfernung“ c(x,y) von x nach y (=Kosten für das Senden einer Ein-Wort-Nachricht von x
nach y)
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Wichtige Prozeduren bei Plaxton
Suchen nach einem Objekt Einfügen eines Objekts Löschen eines Objekts
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Suchen nach einem Objekt (Plaxton)
Knoten 197E sucht Objekt 4378• routed in Richtung root• jeder Knoten überprüft auf Zeiger auf genügend nahe Kopien des Objekts
root
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Einfügen eines Objekts (Plaxton)
Einfügen des Objekts 4378 durch Knoten 39AA (Server) • sendet Wunsch an root• hinterlässt einen Zeiger zu sich bei jedem Schritt (falls neue Kopie näher)
root
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Zu guter Letzt (1)
Fehlerbehandlung Verbindungs- oder Knotenfehler:
ausweichen auf die secondary neighbors zur Not zurückgreifen auf einen Knoten aus einer niedrigeren
Ebene Ausfall des root-Knotens:
ein echtes Problem, da ohne ihn ein Routing zu einem existierenden Objekt nicht sichergestellt ist
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Zu guter Letzt (2)
Lokalität Ausgangsvoraussetzung:
der erste Kontakt zum Netzwerk über e. Knoten in der Nähe
Ausnutzen der Entfernungsfunktion c Plaxton erreicht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass
eine nahe Kopie des Objekts gefunden wird (falls diese existiert).
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Zusammenfassung Plaxton
+ Die pointer list ist eindeutig + Versucht, die möglichst nahe Kopie eines Objektes zu
finden+ ortsunabhängiges Routing (jeder root ist die Wurzel eines spannenden Baumes im
Graphen, der die Topologie des Netzwerks beschreibt)
- Statische Menge von teilnehmenden Knoten- Viel Vorarbeit, um die Knotenmenge für den Routing-Prozess
zu erzeugen- Plaxton geht von gefüllten neighbor tables aus- Fällt ein root-Knoten aus, dann können einige Objekte nicht
mehr erreichbar sein
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Pastry
ähnlich aufgebautes Overlay-Netzwerk wie Plaxton
selbst-organisierend fehlertolerant
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Pseudo-Code Pastry Routing-Prozedur (1)
(1) if( ){(2) // D is within range of our leaf set(3) forward to , s.th. is minimal;(4) } else {(5) // use the routing table(6) Let ;(7) if ( ) {(8) forward to ;(9) }Rli: Eintrag in der routing table, i-te Spalte, l-te ZeileLi : i-te nächste KnotenId
2/2/ LL LDL
iL iLD
),( ADshll
nullR lDl
lDlR
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Pseudo-Code Pastry Routing-Prozedur (2)
(10) else {(11) // rare case (12) forward to , s.th. (13) (14) (14) }(16) }
Dl : der Wert der l Zeichen im Schlüssel Dshl(A,B): Anzahl d. Zeichen des gemeinsamen Präfixes von A u. B
MRLT
lDTshl ),(
DADT
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Beispiel (Pastry) (1)
1. Stelle 0221 -- 2230 3120 2. Stelle -- 1130 1223 1302 3. Stelle 1003 1013 -- 1032 4. Stelle 1020 1022 --
KnotenId 1023 (b=4):routing table
-- Stellen, die direkt mit dem lokalen Knoten-Schlüssel übereinstimmen.(es kann auch leere Einträge geben)
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Beispiel (Pastry) (2)
1302 1020 1130 3130 0221 2230 3120 3321
KnotenId 1023 (b=4):leaf set
neighborhood set
Die zugehörigen IP-Adressen sind hier nicht mit angegeben.
kleiner größer
1019 1021 1025 1031 1001 1014 1030 1029
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Selbstorganisation bei Pastry
Einfügen eines Knotens Löschen eines Knotens
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Zu guter Letzt (1)
Fehlerbehandlung Ausfall eines Knotens:
Selbstreparatur Knoten, die eine Nachricht nicht korrekt weiterleiten:
Pastry ist hier anfällig Abhilfe: mehrmaliges Senden der Nachricht durch client, bis
evtl. eine andere Route gefunden Abhilfe: Erweitern der Selbstorganisation
IP routing Anomalien im Internet: eine Herausforderung, wenngleich Pastry hier relativ tolerant
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Zu guter Letzt (2)
Lokalität ein Knoten sendet eine Nachricht an den (nicht
ausgefallenen) Knoten mit einer KnotenID, die dem Schlüssel numerisch am nächsten liegt
alle Einträge der routing table verweisen auf einen nahen Knoten mit geeignetem Präfix
Désirée Zillmann: DHTs and Plaxton-Type Routing 2508.05.2003
Zusammenfassung Pastry
vollständig dezentralisiert effizient, gut skalierbar selbstorganisierend fehlertolerant anpassungsfähig an Knoten-Fehler zuverlässig im Senden einer Nachricht an den
live Knoten mit einer KnotenID, die dem Schlüssel numerisch am nächsten liegt
gute Lokalität
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Tapestry
beruht im Wesentlichen auf dem Plaxton-Algorithmus
Zuordnung mehrerer root-Knoten für ein Objekt Frage nach nahegelegenstem Nachbar bei
ähnlichen Kosten neues Konzept zur Integration neuer Knoten Verschieben eines Objekts zwischen zwei
Knoten
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Tapestry Routing Mesh
Jeder Knoten hat neighbor-Links zu anderen Knoten.Li: Eintrag in der Zeile i der neighbor table
Désirée Zillmann: DHTs and Plaxton-Type Routing 2808.05.2003
Selbstorganisation bei Tapestry (1)
Erzeugung von Ersatz-root-Knoten Problem: das Netzwerk ist nicht konstant Ziel: ein Objekt bleibt erreichbar, auch wenn ein root-
Knoten ausgefallen ist Idee: „Löcher“ umrunden, indem man zu dem
nächsten Eintrag in derselben Zeile der neighbor table routed
gibt es nur noch einen Eintrag in der Zeile (den aktuellen Knoten), dann ist dieser Knoten der root-Knoten.
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Selbstorganisation bei Tapestry (2)
Integration mehrerer neuer Knoten gleichzeitig Problem: x hat ein Loch, wo y hingehört Lösung:
jeder neue Knoten versendet eine “wish list” (Bit-Vektor der Länge b) von nichterreichbaren Präfixen
jeder Rezipient überprüft, ob er einen der gewünschten Knoten erreichen kann, ggf. sendet er den multicast zurück, Präfix und Löcher können angepasst werden
Désirée Zillmann: DHTs and Plaxton-Type Routing 3008.05.2003
Zusammenfassung Tapestry
Fokussierung auf proximity findet tatsächlich die ungefähr nächste Kopie eines
Objekts und den nahegelegensten Nachbarn Nachteil: gestiegene Komplexität Die Frage, welche Bedeutung proximity in einem P2P-
System haben sollte, bleibt offen ermöglicht simultanes Einfügen von Knoten
Berücksichtigung eines weitreichenden Netzwerks Anpassungsfähigkeit an eine sich verändernde
Menge von Knoten
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Übersicht
A l g o r i t h m u s M o d e l l S u c h e S p e i c h e r
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T a p e s t r y n e i g h b o r t a b l e , p o i n t e r l i s t Nblog Nb blog
P a s t r y r o u t i n g t a b l e , l e a f s e t , n e i g h b o r h o o d s e t
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b: Basis des SchlüsselsN: Anzahl der Schlüssel
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Fazit
Es gibt noch viele offene Fragen in P2P-Systemen.
Désirée Zillmann: DHTs and Plaxton-Type Routing 3308.05.2003
Literatur(1)
[1] H. Balakrishnan et al.: Looking Up Data in P2P Systems, Communications of the ACM, February 2003/Vo. 46, No. 2
[2] Kirsten Hildrum, John D. Kubiatowicz, Satish Rao, Ben Y. Zhao: Distributed Data Location in a Dynamic Network, Proc. of ACM SPAA, 2002)
[3] C. Greg Plaxton, Rajmohan Rajaraman, Andrea W. Richa: Accessing Nearby Copies of Replicated Objects in a Distributed Environment, ACM Symposium on Parallel Algorithms and Architectures 1997
[4] Antony Rowstron, Peter Druschel: Pastry: Scalable, distributed object location and routing for large-scale peer-to-peer systems, Middleware, 2001
Désirée Zillmann: DHTs and Plaxton-Type Routing 3408.05.2003
Literatur(2)
[5] Julian Bart: Routing in Peer-to-Peer Systemen. Universität Stuttgart. Hauptseminar: Internettechnologien der nächsten Generation. Januar 2003
http://www.informatik.uni-stuttgart.de/ipvr/vs/de/teaching/ ws0203/seminars/NGI/folien/Routing_P2P-Folien.pdf
[6] Marko Tomljenovic: Vergleich von Routing-Algorithmen in “Peer to Peer” – und “Mobile Ad Hoc” - Netzwerken. Universität Stuttgart. Hauptseminar: Internettechnologien der nächsten Generation. Januar 2003
http://www.informatik.uni-stuttgart.de/ipvr/vs/de/teaching/ ws0203/seminars/NGI/folien/Vergleich_P2P_Ad-Hoc-Routing.pdf
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