Transcript P2Pネットワークの最適化

修士研究計画
P2Pネットワークの最適化
kuro
2015/4/13
1
問題
2015/4/13
2
P2Pネットワークの問題
• トランザクションが把握できない
– 見えない通信・ネットワーク
• 無駄なトラフィックの生成
– ネットワーク・トポロジ
• 無駄なコピー経路
• 通信コストが大きな経路
2015/4/13
3
P2Pによるトラフィック
• インターネットの全トラフィックの4～9割
– バックボーンの圧迫
– 他のアプリケーションと比べて膨大なトラフィック
• 原因
– すべてのトラフィックがインターネット上を流れる
• 物理トポロジと論理トポロジのミスマッチ
– P2Pネットワークの管理機能の欠如
• 冗長な経路、必要のない通信
• 通信効率の悪化
2015/4/13
4
ネットワークの最適化の必要性
論理トポロジと物理トポロジの不整合
Internet
1
3
2015/4/13
1
2
3
4
2
4
5
ネットワークの最適化の必要性
• 物理トポロジを考慮しない論理トポロジ
– インターネット上のトラフィックが増える
– バックボーンへの負荷が増大
• P2Pネットワーク（論理的トポロジ）レベルでの
制御・管理が必要
– ネットワークのノードの配置を工夫することで、
ノード間の物理トポロジを論理的トポロジに反映
• ネットワークの最適化によりトラフィックが減少
2015/4/13
6
問題点
• トランジットのトラフィック集中
– 複数のAS（インターネット）への影響
• Internet eXchange
• Tier 1 Network
• トランジットのトラフィックを減らすための要素
– 余分なトラフィックの抑制
• P2Pネットワークの最適化
• 冗長なデータの抑制
– トポロジを考慮しない中継ノードの排除
2015/4/13
7
解決
2015/4/13
8
解決方法
• マルチレイヤモデル
– スーパーノードとリーフノードで役割を分ける
• 経路の集約
– 例: Skype
• P2Pルーティング
– 物理トポロジを考慮した論理的トポロジの構築
– 例: Location-Aware Topology Matching[1]
• クラスタリング
– AS、IX単位などでトラフィックの集約を行う
2015/4/13
9
ネットワークの最適化
• クラスタリング
– 物理トポロジを考慮した論理トポロジの構築
– Autonomous System（AS）ごとにクラスタリング
• AS内でトラフィックを集約・完結させることが可能
• IXなどのインターネットバックボーンへの負荷が減少
• マルチレイヤモデルの採用
– スーパーノードを設置する
• ファイル検索の際のトラフィックを軽減
• ネットワーク全体の管理を可能に
2015/4/13
10
ネットワークを最適化する（1/2）
• ノードがネットワークに参加する場合
1. 最初にネットワーク全体を把握しているサーバ
に接続
2. サーバがノードの物理トポロジを考慮し、接続
先ノードを選択
3. ノードがネットワークに参加
2015/4/13
11
ノードがネットワークに参加する場合
Control Server
①
Super Node
②
AS: XXX3
③
Node
1. ネットワーク全体を把握している
サーバに接続
2. サーバがノードの物理トポロジを
考慮し、接続先ノードを選択
3. ノードがネットワークに参加
2015/4/13
AS: XXX3
12
ノードがネットワークに参加する場合
Control Server
Super Node
Node
1. ネットワーク全体を把握している
サーバに接続
2. サーバがノードの物理トポロジを
考慮し、接続先ノードを選択
3. ノードがネットワークに参加
2015/4/13
AS: XXX3
13
ネットワークを最適化する（2/2）
• ファイル検索を行う場合
– AS内であらかじめスーパーノードを選択
– インターネット全体での検索はスーパーノードへ
問い合わせることで完了
• ゲートウェイがネットワークの状態を把握することで、
AS内のクエリを集約、トラフィックの増大を防ぐ
• ファイルをダウンロードする場合
– 直接接続
– 同一AS内のノードを経由してダウンロード
2015/4/13
14
最適化の流れ
• ノードがサーバへ接続する
– サーバ側でノードのASを判断
• 例:
i123-12-123-123.s12.a123.ap.plala.or.jp
softbank220030088052.bbtec.net
– AS毎にスーパーノードを設定し、そこへ案内
• スーパーノードがAS間通信を中継
• スーパーノードはノード数に応じて増減
– 負荷が分散するようにノードを配置（サーバーの役割）
2015/4/13
15
ネットワークイメージ
Control Server
Super Node
Node
AS: XXX1
2015/4/13
AS: XXX2
AS: XXX3
17
ネットワークイメージ
Control Server
Super Node Network
Management
Layer
Leaf Node Network
File Transfer
Layer
2015/4/13
18
P2P without AS optimization
AS1
Edge Network
Regional Routers
Internet Transit
Search & File Transfer
Regional Routers
Edge Network
2015/4/13
AS2
19
P2P with AS optimization
AS1
Edge Network
Regional Routers
Internet Transit
Regional Routers
Search
File Transfer
Edge Network
AS2
Super Node
2015/4/13
20
P2P specificなissue
• ファイル検索
– スーパーノードの配置方法
• データの同期
• 十分なノード数が確保できないAS
• ファイル転送
– 一次配布ノードからのデータ転送
• リソースが十分なAS内ノード？
• クラスタリング？
• 人気のあるファイル？
2015/4/13
21
関連研究
Survey
2015/4/13
22
[1] Location-Aware Topology Matching
in P2P Systems
• Location aware Topology Matching （LTM）
– TTL2-detector flooding
• 2ホップ先までのノード情報を保持する
– Low productive connection cutting
• 冗長な（非効率的）経路を閉じる
– Source peer probing
• （新しい）経路の調査を行う
– より小さいコストの経路を探す
• 検索クエリの応答速度を65%高速化
– Gnutella
2015/4/13
23
[2] P2Pサービスにおける物理ネットワーク
を考慮した論理的トポロジー構築手法
• トラフィック計測によるパラメータ抽出
– メッセージ到達範囲（TTL）
– 同時接続ピア数の効果
– メッセージトラフィックによる影響
• ネットワーク特性を考慮したピア接続手法
1. ホップ数
2. 共有リンク数
3. ピア生存時間
4. ピア間の帯域
5. ピア間往復伝播遅延
2015/4/13
24
[3] 高速なファイル検索、取得のための
障害回復力のあるP2P論理網構築手法
• 直径が小さく、かつ物理網特性を考慮した
論理網の構築手法
– BAモデル
• 次数分布がパワー則にしたがうネットワーク成長モデル
• 優先的選択（Preferential Attachment）に基づく
– Location aware Topology Matching （LTM）と同等の
性能
• ピアのランダム消失・悪意のあるユーザからの
攻撃に対しての障害回復力がある
2015/4/13
25
[4] Brocade: Landmark Routing on
Overlay Networks
• Landmarkをネットワークの適所に配置
– 階層的なネットワーク構成
– ルーティングテーブルが縮小
最適なルーティングが可能
• 特徴
– Structured P2Pを想定
• 仮想ノード番号を2b進数で表記
• 共有するprefixの桁数が増加する方へメッセージ転送
2015/4/13
26
[5] Brocade: Landmark Routing on Peer to
Peer Networks
http://roc.cs.berkeley.edu/retreats/summer_02/slides/hling.pdf
2015/4/13
27