Programmation des Applications Réparties. Introduction P2P

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1 Programmation des Applications Réparties Introduction P2P Luiz Angelo Steffenel Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

2 Motivation Informatique Grand Public Terminal (PC), Connexion quasi permanente (Forfait ADSL, Modem Cable, ) Usage A la fois client A la fois serveur (de ressources) Exemples Calcul massivement distribué (SETI@home, XtremWeb,...) Partage de fichiers Napster, GnuTella, Kazaa, BitTorrent Plate-forme de développement (JXTA) Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

3 Définitions Un «peer» est un «individu du réseau» qui peut recevoir et traiter des messages issus des autres «peers» mais aussi envoyer ses messages à ces peers. Un système P2P n'est rien qu'un réseau où des pairs échangent des messages selon les besoins d'une application réseau : partage de fichiers, traitement de données, messagerie instantanée Une application est vraiment P2P? Elle adresse les aspects liés à la volatilité de la connection et des adresses du réseau? Les noeuds sont suffisamment autonomes lorsqu'ils se retrouvent partiellement ou totalement déconnectés du réseau? Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

4 Modèle Client-Serveur Modèle assez courant dans l'internet Distinction claire (?) entre les rôles Exemples accès à un serveur Web FTP DNS mail (?) Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

5 Modèle P2P Ressources partagées Communications bidirectionnelles Exemples : partage fichier gnutella calcul distribué seti@home messagerie instantanée ICQ Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

6 Un peu d'histoire années 1970 à 1980 début d'internet avec une architecture P2P (ARPANet) années 1990 standardisation de l'architecture et des protocoles Internet dissémination de services client-serveur Fin des années 1990 jusqu'à présent le partage de fichiers reouvre l'intérêt sur le P2P actuellement, ce sont les applications les plus populaires de l'internet étude sur les réseaux P2P comme possible évolution de l'internet Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

7 L'Internet aujourd'hui Internet aujourd hui Zone IP Stable Ordinateurs (nœud) connectés de manière permanente au réseau Principalement les serveurs d entreprise mais aussi des PC des particuliers (abonnement illimité ) Zone IP Non Stable Ordinateurs connectés de manière intermittente au réseau Dispositifs mobiles (téléphone cellulaire, PDAs, ordinateurs portables) Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

8 P2P «pur» Une vraie application P2P doit implémenter des protocoles qui ne font aucune distinction entre les pairs Ne pas reconnaître les concepts de «serveur» et «client» Telles applications sont très rares La plupart des réseaux et applications P2P contient ou utilise des éléments non-p2p, comme par exemple un serveur DNS DNS est un service qui fait la traduction entre nom et IP. DNS est un service fondé sur une hiérarchie de serveurs qui sont contactés lorsqu'on a besoin de traduire un nom de machine en une adresse IP Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

9 P2P avec Index Centralisé Index centralisé (en zone stable) Stockage décentralisé (en zone instable) Principe Chaque pair annonce à l index la liste des ressource qu il sert Un pair requête l index pour connaître la liste des pairs qui servent une ressources Le chargement des données se fait de pair à pair Exemples Napster SoulSeek Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

10 P2P avec Index Centralisé Avantages Performance Contrôle d'accès (facturation?, bannissement) Inconvénients Single point of failure peut être résolu avec des serveurs qui se relayent Passage à l'échelle Modèle abandonné surtout à cause des implications légales Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

11 P2P avec Index décentralisé / Données décentralisées Index décentralisés (en zone instable/stable) Stockage décentralisé (en zone instable) Principe Découverte des pairs qui servent l index inondation du réseau (flooding) Les pairs qui servent d index peuvent s annoncer Avantages : environnement P2P pur, scalabilité, tolérance aux fautes Inconvénients : Performance dégradée sur des grands réseaux, sécurité, disponibilité, fiabilité Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

12 P2P avec Index décentralisé / Données décentralisées Exemple : le réseau GnuTella Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

13 P2P décentralisé avec sélection de routes Pour pallier au problème du flooding, certaines applications P2P font de la sélection des routes sur lesquelles les messages sont relayés principe des «supernodes» stockage temporaire de données (cache) un peer devient automatiquement supernode s'il a le débit et la puissance nécessaire exemple : FastTrack Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

14 P2P avec Hachage des Index Décentralisé (DHT) Principe : les index sont décentralisés une application de hachage permet de connaître le peer qui a la plus grande probabilité de connâitre le index pour les informations demandées exemples Chord Pastry Tapestry Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

15 P2P avec Hachage des Index Décentralisé (DHT) Chord les noeuds et les clés partagent un espace d'identification les clés sont stockés dans les noeuds avec l'id immédiatement supérieur Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

16 P2P avec Hachage des Index Décentralisé (DHT) Chord lors d'une requête, la demande est relayé dans l'ordre croissante des noeuds jusqu'à trouver le noeud avec l'index demandé Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

17 Pros et Contres Avantages scalabilité équilibrage de charge qualité de service Inconvénients coût pour garder les états à jour indisponibilité partielle des index lors d'une défaillance sécurité (attaques genre «man in the middle») Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

18 Résume P2P - Avantages Échanges plus rapides connexion directe Optimisation de l utilisation de la bande passante du réseau équilibrage de la charge du réseau Maintenance et coûts réduits ressources réparties Tolérance aux pannes réplication des ressources Extensibilité Utilisation des ressources inutilisées CPU, Stockage, Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

19 Résume P2P - Inconvénients Sécurité Virus, backdoors (spyware) Distributed Denial of Service (DDoS) Confidentialité, Authentification Contenu trompeur Consistance Contradiction Loi : Wild Wild Web Droit d auteurs Contenu immoral Régulation / Répression Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

20 Un autre problème des réseaux P2P Intéroperabilité la plupart des applications P2P ne sont pas compatibles Solution : une plate-forme P2P générique Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

21 JXTA un framework pour P2P introduit par SUN en 2001 objectif : une plate-forme commune pour le développement d'applicaitons P2P JXTA définit Concepts Peers, peergroups, advertisements, modules, pipes, security 6 protocoles centraux Discovery, Resolver, Information, Endpoint Routing, Rendezvous, Pipe Binding Une architecture réseau Modèles de communication (unicast, diffusion) Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

22 Avec JXTA on peut Localiser dynamiquement d'autres peers même à travers des pare-feux Envoyer des messages et partages des ressources Retrouver des ressources Créer groupes de peers pour fournir des services Contrôler l'activité d'autres peers Échanger des messages avec sécurité et cryptographie Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

23 Les Peers JXTA Processus ou dispositifs sur le réseau qui implémentent un ou plusieurs protocoles JXTA Peuvent opérer indépendamment et asychronement par rapport aux autres peers Identifiés par un Peer ID unique Leur interface réseau est publiée comme un seul point d'accès sur le réseau (endpoints) les points d'accès sont utilisés pour établir une connexion point-àpoint entre deux peers Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

24 Les Groupes JXTA Un groupe de peers qui se sont mis d'accord sur un ensemble commun de services Les peers s'organisent naturellement en peer-groups, chacun identifié par un peer group ID unique Les peergroups peuvent déterminer leur propre politique d'appartenance (membership) Un peer peut appartenir à plusieurs groupes simultanément Les peergroups permettent la création de environnements sécurisés environnements ciblés environnements d'observation Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

25 Les Advertisements (Annonces) Utilisés pour décrire toutes les ressources dans un réseau JXTA Description en langage neutre - XML documents Les protocoles JXTA utilisent des advertisements pour décrire et annoncer les ressources d'un peer Les protocoles JXTA définissent 8 advertisements de base dont : Peer Advertisement PeerGroup Advertisement Pipe Advertisement Rendezvous Advertisement Peer Info Advertisement... Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

26 Les «Pipes» (communication) Les Pipes sont des canaux de communication virtuelle qui peuvent connecter des peers qui n'ont pas une liaison directe exemple : peers en réseaux différents Plusieurs types de pipes Point-to-point Pipes Propagate Pipes (diffusion) Secure Unicast Pipes Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

27 Les Messages Unité de base pour l'échange de données entre peers Les messages transms peuvent être en format Binaire en format Textuel (XML ou pas) Les protocoles JXTA sont spécifiés comme des ensembles de messages échangés entre les peers Par exemple, un advertisement est encapsulé dans un message Chaque implémentation définit comment un message est traduit vers la structure native des données (objets Java, structures C,...) Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

28 La Sécurité Cinq services de sécurité de base doivent être garantis : Confidentialité Authentification Autorisation Intégrité des données Refutabilité un message transmit ne peut jamais être la retransmission d'un message précédent Ces services de sécurité s'appliquent sur les couches de transport le membership des groupes Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

29 Les IDs Chaque ressource ou peer sont identifiés de manière unique avec un ID array de 64 octets indépendant du système d'identification du réseau (IP, MAC) Six types d'id ont été définis peers, peergroup, pipes, contents, module classes et module specifications Un ID est représenté comme un Uniform Resource Name (URN) Exemple de peer ID JXTA: urn:jxta:uuid a f3bc76 FF13C2414CBC0AB663666DA53903 Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

30 L'Architecture JXTA Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

31 La Pile des Protocoles Endpoint Routing Protocol (ERP) Utilisé pour trouver des routes pour contacter d'autres peers La route découverte inclut la liste des peers utilisés pour relayer les messages jusqu'à leur destination Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

32 La Pile des Protocoles Rendezvous Protocol (RVP) Établit la connexion entre les peers et les services Contrôle la propagation des messages dans le réseau Time To Live Détection de Loopbacks Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

33 La Pile des Protocoles Peer Resolver Protocol (PRP) Permet à un peer de lancer une requête générique et de recevoir la réponse associée Requêtes/Réponses peuvent être envoyées à tout le groupe ou à un peer spécifique à l'intérieur d'un groupe Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

34 La Pile des Protocoles Pipe Binding Protocol (PBP) Utilisé par les peers pour établir un canal de communication virtuel (le pipe) entre un ou plusieurs peers Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

35 La Pile des Protocoles Peer Information Protocol (PIP) Utilisé par les peers pour obtenir des informations sur d'autres peers état uptime trafic récent etc. Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

36 La Pile des Protocoles Peer Discovery Protocol (PDP) Utilisé pour les peers pour annoncer leurs propres ressources (peer ID, peergroups, pipes, services) et pour découvrir les ressources des autres peers Chaque ressource est décrit et publié dans un Advertisement Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M

37 Exemple d'utilisation - BibShare Groupe de peers qui partagent des références bibliographiques Les peers peuvent recherches des références spécifiques ou faire une requête pour tout le groupe à la recherche d'entrées qui correspondent à un critère donné Les entrées bibliographiques de chaque peer sont disponibles uniquement si le peer est conecté Les requêtes au groupe sont faites à l'aide du Peer Discovery Protocol L'acquisition d'une référence spécifique est faite à l'aide du Peer Resolver Protocol Steffenel Programmation des Applications Réparties Master M