Ένα πρωτόκολλο εκμισθώσεων για την ενημέρωση δεδομένων. προσωρινών μνημών peer-to-peer δικτύων. Αγγελής Σαρμπάνης ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 Ένα πρωτόκολλο εκμισθώσεων για την ενημέρωση δεδομένων προσωρινών μνημών peer-to-peer δικτύων Αγγελής Σαρμπάνης ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Πανεπιστήμιο Κρήτης Σχολή Θετικών & Τεχνολογικών Επιστημών Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Ηράκλειο, Σεπτέμβριος 2004

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ένα πρωτόκολλο εκμισθώσεων για την ενημέρωση δεδομένων προσωρινών μνημών peer-to-peer δικτύων Εργασία που υποβλήθηκε από τον Αγγελή Σαρμπάνη ως μερική εκπλήρωση των απαιτήσεων για την απόκτηση Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης στην Επιστήμη Υπολογιστών ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ: Σαρμπάνης Αγγελής ΕΙΣΗΓΗΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ: Επόπτης: Ευάγγελος Μαρκάτος, Ανπληρωτής Καθηγητής Μέλος: Απόστολος Τραγανίτης, Καθηγητής Μέλος: Άγγελος Μπίλας, Αναπληρωτής Καθηγητής ΔΕΚΤΗ: Δημήτρης Πλεξουσάκης, Αναπληρωτής Καθηγητής Πρόεδρος Επιτροπής Μεταπτυχιακών Σπουδών Ηράκλειο, Σεπτέμβριος

3 Στους γονείς μου... 3

4 Ευχαριστίες Καταρχάς θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ.μαραζάκη για την συνεργασία μας, καθώς σε μια πολύ δύσκολη περίοδο δέχτηκε να με βοηθήσει και έκανε τα πάντα για να προλάβουμε τις προθεσμίες. Επίσης θα ήθελα να τον ευχαριστήσω για τις εύστοχες συμβουλές και παρατηρήσεις του κατά τη διάρκεια της εργασίας, οι οποίες με βοήθησαν να προχωρήσω παρακάτω σε πολλές περιπτώσεις. Η βοήθεια που μου πρόσφερε ήταν πραγματικά ανεκτίμητη και τον ευχαριστώ βαθύτατα. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ.μαρκάτο, ο οποίος δέχτηκε να γίνει επόπτης μου, αν και με γνώριζε ελάχιστα, λύνοντας πολλά τυπικά, αλλα ουσιαστικά προβλήματα. Ακόμη την κ.ρουσσοπούλου, η οποία με βοήθησε λύνοντάς μου πολλές απορίες στα αρχικά στάδια της εργασίας. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω την γραμματέα του τμήματος μας κ.καλαϊτζάκη στην οποία νιώθω υποχρεωμένος για την βοήθεια που μου παρείχε λύνοντας πολλά γραφειοκρατικά προβλήματα. Για τα επτά υπέροχα χρόνια που πέρασα στο Ηράκλειο θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Βαγγέλη, τον αδερφούλη μου, το Νίκο, το Στέφανο, το Δημήτρη, τον Γιάννη, το Μανόλη, την Ειρήνη, τη Λένα, τον Παναγιώτη, καθώς και πολούς άλλους, οι οποίοι μου συμπαραστάθηκαν και ήταν εκεί όταν τους χρειάστηκα. Τέλος πάνω απ όλα θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου, οι οποίοι στερήθηκαν πολλά για να μου προσφέρουν κάθε δυνατή βοήθεια. Μου συμπαραστάθηκαν στο έπακρο και ελπίζω να μπορέσω κάποτε να τους το ανταποδώσω. Γιώργο και Νίκη, σας ευχαριστώ... 4

5 Περιεχόμενα Περίληψη Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Καθορισμός του προβλήματος Αναζήτηση σε ένα δίκτυο peer-to-peer Μειώνοντας το χρόνο αναζήτησης Συνεισφορά της εργασίας Οργάνωση της εργασίας Κεφάλαιο 2: Προηγούμενη Έρευνα Μελέτη των συστημάτων peer-to-peer Εκμισθώσεις Το πρωτόκολλο Το πρωτόκολλο Κεφάλαιο 3: Το πρωτόκολλο εκμίσθωσης Επισκόπηση του Χειρισμός επερωτήσεων Χειρισμός ενημερώσεων Εισαγωγή και διαγραφή κόμβων Σύγκριση των πρωτοκόλλων Κεφάλαιο 4: Αξιολόγηση Ο εξομοιωτής μας Σχεδιασμός πειραμάτων Επίδραση της περιόδου εκμίσθωσης Αφίξεις επερωτήσεων με κατανομή Poisson Αφίξεις επερωτήσεων με κατανομή Pareto Αφίξεις επερωτήσεων κατανομής Zipf-like Κεφάλαιο 5: Συμπεράσματα και μελλοντική εργασία Συμπεράσματα Μελλοντική εργασία ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Παράρτημα Α: Πίνακες αποτελεσμάτων για την μελέτη της περιόδου εκμίσθωσης Παράρτημα Β: Πίνακες αποτελεσμάτων για την μελέτη αφίξεων κατανομής Poisson Παράρτημα Γ: Πίνακες αποτελεσμάτων για την μελέτη αφίξεων κατανομής Pareto Παράρτημα Δ: Πίνακες αποτελεσμάτων για την μελέτη αφίξεων κατανομής Zipf- Like

6 Περίληψη Το θέμα της αναζήτησης περιεχομένου σε δίκτυα peer-to-peer έχει γίνει πολύ δημοφιλές πρόσφατα με την σημαντική αύξηση ενδιαφέροντος που παρουσιάζουν τα δίκτυα αυτά. Προηγούμενες μελέτες δείχνουν ότι η χρησιμοποίηση προσωρινών μνημών για την προσωρινή αποθήκευση καταχωρήσεων ευρετηρίων στους ενδιάμεσους κόμβους του μονοπατιού που διανύει μια επερώτηση είναι εξαιρετικά χρήσιμη. Ακόμη πιο χρήσιμη όμως είναι η ενημέρωση των ενδιάμεσων προσωρινών μνημών έτσι ώστε να επιμηκύνεται η διάρκεια ζωής τους και να βελτιώνεται η απόδοση του συστήματος. Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής προτείνουμε ένα πρωτόκολλο εκμίσθωσης για την ενημέρωση προσωρινών μνημών σε δίκτυα peer-topeer. Το πρωτόκολλο αυτό δημιουργεί και ανανεώνει προσωρινές μνήμες καταχωρήσεων ευρετηρίου και είναι ανεξάρτητο από τον μηχανισμό αναζήτησης που χρησιμοποιείται στο δίκτυο. Στόχος του πρωτoκόλλου εκμίσθωσης που προτείνουμε είναι η ενημέρωση των προσωρινών μνημών έτσι ώστε μελλοντικές επερωτήσεις να μπορούν να απαντηθούν άμεσα χωρίς να είναι απαραίτητη η διάσχιση όλου του μονοπατιού αναζήτησης. Η ενημέρωση αυτή γίνεται έτσι ώστε το κόστος της να μην είναι υπερβολικό καταντώντας ασύμφορο και χρησιμοποιούνται περίοδοι εκμίσθωσης για να καθοριστεί το χρονικό διάστημα κατά το οποίο οι προσωρινές μνήμες δέχονται ενημερώσεις. Συγκρίνουμε το πρωτόκολλο με την τεχνική Path Caching with Expiration () και το πρωτόκολλο Controlled Update Propagation () και δείχνουμε ότι μειώνει σημαντικά τη μέση των αναζητήσεων σε σχέση με το, ενώ πλησιάζει αρκετά και τις επιδόσεις του όσο αφορά την στην απάντηση των επερωτήσεων. Το σημαντικότερο όμως είναι πετυχαίνει τη μείωση αυτή ελαττώνοντας σημαντικά τον όγκο μηνυμάτων που απαιτείται εξοικονομώντας bandwidth και πετυχαίνοντας υψηλές ταχύτητες μετάδοσης. 6

7 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Καθορισμός του προβλήματος Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί μια αύξηση του ενδιαφέροντος για τα δίκτυα peer-to-peer. Τα δίκτυα αυτά είναι κατανεμημένα συστήματα στα οποία οι κόμβοι που συμμετέχουν ταυτόχρονα παρέχουν και χρησιμοποιούν υπηρεσίες, δηλαδή δεν υπάρχουν διακριτοί ρόλοι εξυπηρετητή και πελάτη. Καθώς τα δίκτυα αυτά διαθέτουν σημαντικά χαρακτηριστικά τα οποία προσφέρουν στις εφαρμογές που τα χρησιμοποιούν έχουν τύχει ιδιαίτερης προσοχής. Μερικά από τα χαρακτηριστικά αυτά είναι η μη-κεντρικοποιημένη διαχείριση, η ικανότητα τους για κλιμακώσιμη εξάπλωση (scalability), η διαθεσιμότητα που παρέχουν καθώς όλοι οι κόμβοι είναι ίσοι μεταξύ τους, η ανθεκτικότητά τους στα λάθη που προέρχεται από την μηκεντρικοποιημένη διαχείριση τους και η ανωνυμία που παρέχουν στους χρήστες τους. Όμως τα δίκτυα αυτά παρουσιάζουν και σημαντικά προβλήματα, τα οποία προέρχονται κυρίως από το γεγονός ότι δημιουργούν ένα δίκτυο υπερθέσεως (overlay network) το οποίο απεικονίζεται στο φυσικό δίκτυο. Η απεικόνιση αυτή δημιουργεί προβλήματα καθώς δεν υπάρχει μεγάλη αντιστοιχία μεταξύ των δύο δικτύων [2], με αποτέλεσμα κόμβοι που είναι γειτονικοί στο δίκτυο υπερθέσεως να απέχουν σημαντικά στο φυσικό δίκτυο. Αυτό έχει ως συνέπεια να προκαλούνται μεγάλες καθυστερήσεις στη ροή μηνυμάτων μεταξύ δύο γειτονικών κόμβων, που όμως στην πραγματικότητα δεν είναι γειτονικοί, καθώς στη ροή συμμετέχουν δρομολογητές και διακόπτες του φυσικού. Εξαιτίας αυτού του γεγονότος είναι απαραίτητη η εύρεση μεθόδων που θα μειώνουν τις καθυστερήσεις και θα αποτρέπουν την καταπόνηση του φυσικού λόγω των μεγάλων αποστάσεων που πρέπει να διανύουν τα μηνύματα του υπερθέσεως. 1.2 Αναζήτηση σε ένα δίκτυο peer-to-peer Η πιο σημαντική δυνατότητα που παρέχουν τα δίκτυα peer-to-peer στους χρήστες τους είναι η συνένωση της υπολογιστικής ισχύς και των αποθηκευτικών ικανοτήτων των κόμβων που συμμετέχουν σε αυτά. Σήμερα η πιο διαδεδομένη χρήση των δικτύων peer-to-peer είναι για ανταλλαγή των αρχείων τους. Μάλιστα επιτρέπουν 7

8 την ύπαρξη αντιγράφων ενός αντικειμένου σε διάφορους κόμβους του έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η διαθεσιμότητα που αναφέραμε παραπάνω. Η αναζήτηση αντικειμένων σε ένα σύστημα peer-to-peer γίνεται με τη χρήση μεταδεδομένων, ένα σύνολο λέξεων-κλειδιών που καθορίζουν μοναδικά ένα αντικείμενο. Υπάρχουν διάφοροι αλγόριθμοι αναζήτησης οι οποίοι διαφέρουν από σύστημα σε σύστημα. Σε δομημένα συστήματα, όπως το CAN[4], ο αλγόριθμος αναζήτησης χρησιμοποιεί ένα κατανεμημένο πίνακα κατακερματισμού που επιτρέπει την αναζήτηση ενός αντικειμένου μέσω ενός καθορισμένου μονοπατιού, του μονοπατιού αναζήτησης, μεταξύ του κόμβου που ξεκινά την αναζήτηση και του κόμβου που αποτελεί τον ιδιοκτήτη του αντικειμένου που αναζητείται. Υπάρχουν όμως και μη-δομημένα συστήματα, όπως το Gnutella[3], στα οποία δεν υπάρχει καμία οργάνωση και η αναζήτηση ενός αντικειμένου γίνεται μέσω τυχαίων μονοπατιών αναζήτησης ή πλημμυρίζοντας το δίκτυο με μηνύματα αναζήτησης, δημιουργώντας έτσι πολλαπλά μονοπάτια αναζήτησης, μέχρι να εντοπιστεί το αντικείμενο. Αφού όμως εντοπιστεί το αντικείμενο προκύπτει το πρόβλημα της μεταφοράς του. Η μεταφορά του μέσω των ενδιάμεσων κόμβων του αντίστροφου μονοπατιού αναζήτησης που ακολουθήθηκε από τον κόμβο που ξεκίνησε την αναζήτηση μέχρι τον κόμβο-ιδιοκτήτη θα επιβάρυνε πολύ το φυσικό δίκτυο με αχρείαστες μεταφορές του αντικειμένου σε μεγάλες αποστάσεις και θα υπήρχαν μεγάλες καθυστερήσεις. Μια άλλη λύση είναι η απευθείας σύνδεση των δύο κόμβων, η οποία όμως θα προκαλούσε μεγάλο φόρτο στον κόμβο-ιδιοκτήτη, ιδιαίτερα αν το αντικείμενο είναι δημοφιλές. Επίσης δεν θα αξιοποιούσε το γεγονός ότι υπάρχουν κόμβοι που διατηρούν αντίγραφα του αντικειμένου. Η λύση που προτάθηκε και χρησιμοποιείται σήμερα από τα περισσότερα συστήματα είναι η χρήση καταχωρήσεων ευρετηρίου (index entry). Η καταχώρηση ευρετηρίου δημιουργείται και συντηρείται από τον κόμβο-ιδιοκτήτη και περιέχει τη διεύθυνση όλων των κόμβων που διατηρούν ένα αντίγραφο του αντικειμένου. Όταν δέχεται μια αίτηση για το αντικείμενο ο κόμβοςιδιοκτήτης απαντά με αυτή την καταχώρηση και στη συνέχεια ο κόμβος που ξεκίνησε την αναζήτηση είναι σε θέση να συνδεθεί απευθείας με κάποιον από τους κόμβους που περιέχονται στην καταχώρηση και να λάβει το αντικείμενο. Παρόλα αυτά η διαδικασία της αναζήτησης διαρκεί αρκετό χρόνο, ιδιαίτερα στην περίπτωση που το μέγεθος του είναι μεγάλο. Ανακύπτει λοιπόν ένα 8

9 ενδιαφέρον πρόβλημα: πώς είναι δυνατό να μειωθεί ο χρόνος που χρειάζεται για την περάτωση μιας αίτησης αναζήτησης; 1.3 Μειώνοντας το χρόνο αναζήτησης Έρευνες έδειξαν ότι οι αναζητήσεις σε ένα σύστημα peer-to-peer επηρεάζουν αρνητικά την απόδοση του. Όπως είπαμε δύο γειτονικοί κόμβοι σε ένα δίκτυο peerto-peer δεν είναι απαραίτητο να είναι γειτονικοί και στο κατώτερο φυσικό δίκτυο. Δεδομένου ότι για την περάτωση μιας αναζήτησης απαιτείται η αποστολή ενός μηνύματος μέσω αρκετών ενδιάμεσων κόμβων μέχρι τον κόμβο που μπορεί να απαντήσει την επερώτηση γίνεται προφανές ότι κάθε αναζήτηση μπορεί να διαρκέσει ένα αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα. Εκτός όμως από τη χρονική που οφείλεται στη φυσική απόσταση μεταξύ γειτονικών κόμβων του υπάρχει και το πολύ σημαντικό θέμα της κατανάλωσης του bandwidth. Καθώς τα μηνύματα αναζήτησης αποτελούν την πλειοψηφία των μηνυμάτων που κυκλοφορούν στο δίκτυο, το μεγαλύτερο μέρος του bandwidth διατίθεται στην αποστολή αυτών των μηνυμάτων. Δεδομένου ότι το bandwidth αποτελεί το σημαντικότερο κομμάτι του, καθώς είναι ακριβό και περιορισμένο, η κατανάλωση του στο μεγαλύτερο μέρος για την αποστολή μηνυμάτων αναζήτησης δεν είναι επιθυμητή καθώς δεν συμβάλλει στην καλύτερη αξιοποίησή του. Όμως και οι ενδείξεις που έχουμε για το μέλλον των δικτύων peer-to-peer καταδεικνύουν τα παραπάνω προβλήματα ακόμη περισσότερο. Έρευνες έχουν δείξει ότι ο αριθμός των χρηστών των δικτύων peer-to-peer αυξάνεται με ραγδαίους ρυθμούς [2]. Νέοι χρήστες προστίθενται καθημερινά και αυτό έχει ως συνέπεια την κατακόρυφη αύξηση των μηνυμάτων αναζήτησης τα οποία συμβάλλουν αρνητικά στην κατανάλωση του bandwidth και στην απόδοση του συστήματος. Επίσης λόγω της αύξησης των χρηστών υπάρχει και μια αναπόφευκτη αύξηση της κλίμακας των δικτύων. Η διάμετρός τους, δηλαδή η μέγιστη απόσταση μεταξύ δύο οποιονδήποτε κόμβων τους, αυξάνεται και οι μέση απόσταση μεταξύ των κόμβων μεγαλώνει, το οποίο σημαίνει και μεγαλύτερη χρονική για την πραγματοποίηση μιας αναζήτησης. Τέλος πρέπει να λάβουμε υπόψιν και την ολοένα αυξανόμενη χρήση δυναμικού περιεχομένου. Οι δυναμικές σελίδες, που παράγονται από προγράμματα σε εξυπηρετητές, είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για περιεχόμενο που αλλάζει συχνά. Όμως 9

10 αυτή η συνεχής αλλαγή του περιεχομένου έχει ως συνέπεια την αδυναμία αποθήκευσης του σε προσωρινές μνήμες, καθώς είναι πολύ πιθανό να αλλάξει σύντομα και οι προσωρινές μνήμες να εξυπηρετούν τους χρήστες τους από ένα αντίγραφο το οποίο δεν ισχύει. Επομένως είναι απαραίτητη μία μέθοδος για την ενημέρωση των μνημών, όπως είναι αυτή που περιγράφεται στο [16]. Όλα αυτά κάνουν επιτακτική την ανάγκη για την βελτίωση της μεθόδου της αναζήτησης και την εύρεση τρόπων για την μείωση του χρόνου και την καλύτερη αξιοποίηση του bandwidth, τα οποία θα συμβάλλουν στην συνολική βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων peer-to-peer. Για να μειωθεί ο χρόνος που απαιτείται για την διαδικασία αναζήτησης οι σχεδιαστές των συστημάτων peer-to-peer χρησιμοποιούν την αποθήκευση των καταχωρήσεων ευρετηρίου σε προσωρινές μνήμες. Οι ενδιάμεσοι κόμβοι ενός μονοπατιού αναζήτησης αποθηκεύουν ένα προσωρινό αντίγραφο της καταχώρησης και είναι σε θέση να απαντήσει σε μελλοντικές αιτήσεις για ένα περιορισμένο διάστημα, τη διάρκεια ζωής της προσωρινής μνήμης, κατά το οποίο το αντίγραφο θεωρείται έγκυρο ενώ μετά τη λήξη του διαστήματος αυτού το αντίγραφο ακυρώνεται. Η τεχνική αυτή ονομάζεται Path Caching with Expiration (). Το προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα καθώς προσφέρει τη δυνατότητα δημοφιλή αντικείμενα να αποθηκεύονται προσωρινά σε ένα σύνολο κόμβων με αποτέλεσμα να διαμοιράζεται ο φόρτος εργασίας, που διαφορετικά θα αναλάμβαναν οι κόμβοι-ιδιοκτήτες των αντικειμένων. Επίσης περιορίζεται το χρονικό διάστημα που χρειάζονται οι αιτήσεις για να διεκπεραιωθούν, καθώς είναι πολύ πιθανό μια αίτηση να μπορεί να απαντηθεί από έναν ενδιάμεσο κόμβο του μονοπατιού αναζήτησης. Παρά τα πλεονεκτήματά του όμως η προσφορά του περιορίζεται από το γεγονός ότι η διάρκεια ζωής της προσωρινής μνήμης πρέπει να είναι μικρή καθώς στο δυναμικό περιβάλλον ενός συστήματος peer-to-peer κόμβοι εισέρχονται και φεύγουν συνέχεια από το δίκτυο, ενώ και τα αντικείμενα που εξυπηρετούν οι κόμβοι του αλλάζουν καθώς διάφοροι κόμβοι ξεκινούν ή παύουν να διατηρούν αντίγραφα αντικειμένων ανάλογα με τις ανάγκες του συστήματος. Συνέπεια αυτού είναι ότι οι καταχωρήσεις ευρετηρίου του κόμβου-ιδιοκτήτη αλλάζουν πολύ συχνά, σε διάστημα λίγων λεπτών. Συγχρόνως όμως οι καταχωρήσεις που υπάρχουν σε προσωρινές μνήμες δεν παύουν να είναι έγκυρες παρόλο που η διάρκεια ζωής της προσωρινής μνήμης δεν έχει λήξει. Το γεγονός αυτό έχει αρνητικές συνέπειες στην 10

11 απόδοση του συστήματος και για αυτό το λόγο η διάρκεια ζωής της προσωρινής μνήμης πρέπει να είναι μικρή για να περιορίζονται αυτές οι συνέπειες. Επίσης όπως είπαμε το δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στην περίπτωση δυναμικού περιεχομένου. Μια άλλη προσέγγιση για τη λύση αυτού του προβλήματος είναι η ενημέρωση των προσωρινών μνημών στην περίπτωση που κάποια από τις καταχωρήσεις που περιέχουν αλλάξει. Το είναι ένα τέτοιο πρωτόκολλο που ενημερώνει τις προσωρινές μνήμες κατά τη διάρκεια του χρόνου στέλνοντας ενημερώσεις για τις αλλαγές που παρουσιάστηκαν. Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε ένα πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί εκμισθώσεις (leases) και υιοθετεί τις βασικές ιδέες που πρότεινε το. Χρησιμοποιώντας τυπικούς εργασιακούς φόρτους (workload) που παρουσιάζονται σε δίκτυα peer-to-peer μελετούμε και συγκρίνουμε τα τρία πρωτόκολλα, παρουσιάζοντας τα πλεονεκτήματά και τα μειονεκτήματά τους. 1.4 Συνεισφορά της εργασίας Οι συνεισφορές της εργασίας αυτής είναι οι εξής : Προτείνουμε και υλοποιούμε ένα νέο πρωτόκολλο για την ανανέωση προσωρινών μνημών σε δίκτυα peer-to-peer, σκοπεύοντας στην βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων. Παρουσιάζεται μια μελέτη των πρωτοκόλλων, και του εκμίσθωσης (πρωτόκολλο ) που προτείνουμε υπό διάφορους εργασιακούς φόρτους. Μέσω των πειραμάτων που πραγματοποιήσαμε καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι: Το πρωτόκολλο επιτυγχάνει τη μεγαλύτερη μείωση της μέσης απόστασης που πρέπει να διανύσουν οι αναζητήσεις για να απαντηθούν. Το πρωτόκολλο πλησιάζει τις επιδόσεις του όσον αφορά τη μέση απόσταση, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνει να περιορίσει σημαντικά τον αριθμό των μηνυμάτων, αφαιρώντας από το φυσικό δίκτυο ένα σημαντικό μέρος του φόρτου του, και αυξάνει τη μέση ταχύτητα με την οποία προωθούνται τα μηνύματα, μειώνοντας το χρόνο ς 1.5 Οργάνωση της εργασίας Το υπόλοιπο κομμάτι της εργασίας είναι οργανωμένο ως εξής: 11

12 Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται η προηγούμενη έρευνα που έχει γίνει σε δίκτυα peer-to-peer. Επίσης παρουσιάζονται τα πρωτόκολλα, που χρησιμοποιείται στα περισσότερα σημερινά δίκτυα, και, του οποίου τις βασικές αρχές υιοθετεί το πρωτόκολλο εκμίσθωσης.. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται αναλυτικά το πρωτόκολλο εκμίσθωσης που προτείνουμε. Στο Κεφάλαιο 4 συγκρίνουμε και αξιολογούμε τις επιδόσεις του εκμίσθωσης με τις επιδόσεις των πρωτοκόλλων και υπό διάφορους εργασιακούς φόρτους χρησιμοποιώντας ένα δομημένο δίκτυο τύπου CAN (Content Addressable Network). Συγκεκριμένα στην παράγραφο 4.1 παρουσιάζεται ο εξομοιωτής που χρησιμοποιήσαμε, στην παράγραφο 4.2 γίνεται μια περιγραφή των πειραμάτων, ενώ στις παραγράφους 4.3 ως 4.6 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων και ο σχολιασμός τους. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται μία σύνοψη των αποτελεσμάτων και προτείνονται κάποιες κατευθύνσεις προς τις οποίες μπορεί να κινηθεί η μελλοντική εργασία. 12

13 Κεφάλαιο 2 Προηγούμενη Έρευνα 2.1 Μελέτη των συστημάτων peer-to-peer Καθώς τα συστήματα peer-to-peer εμφανίστηκαν σχετικά πρόσφατα υπάρχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την μελέτη τους. Ειδικά το σύστημα Gnutella, ένα από τα δημοφιλέστερα συστήματα διαμοιρασμού αρχείων, έχει γίνει αντικείμενο μελέτης πολλών ερευνητών. Στο [10] πραγματοποιήθηκε μια μελέτη του Gnutella για μια περίοδο 1 ώρας χρησιμοποιώντας μια τροποποιημένη έκδοση του gnut. Βρέθηκε ότι η κίνηση που οφείλεται στα μηνύματα αναζήτησης και απάντησης παρουσιάζει εξάρσεις σε διάφορες χρονικές κλίμακες. Επίσης διαπιστώθηκε ότι οι αναζητήσεις παρουσιάζουν μια χρονική τοπικότητα, καθώς πολλές αναζητήσεις παρουσιάστηκαν περισσότερες από μία φορά κατά τη διάρκεια της μελέτης. Στο [2] πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στο Gnutella και βρέθηκε ότι η τοπολογία του δεν ταιριάζει με την τοπολογία του φυσικού με αποτέλεσμα να μην υπάρχει αποτελεσματική χρήση της υποδομής. Διαπιστώθηκε ακόμη ότι η κίνηση που οφείλεται στο Gnutella αποτελεί ένα μεγάλο μέρος της συνολικής κίνησης του καθιστώντας τη μελλοντική του εξάπλωση άμεσα εξαρτημένη από την αποδοτική χρήση της υπάρχουσας υποδομής. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνονται στο [12], στο οποίο βρέθηκε ότι η κίνηση που οφείλεται σε συστήματα peer-to-peer έχει αυξηθεί ραγδαία, κυρίως λόγω του πολύ μεγαλύτερου μεγέθους των αρχείων που μεταφέρονται σε ένα σύστημα peer-to-peer από ότι τα αντικείμενα του WWW. Στο [13] πραγματοποιήθηκε μια μελέτη του Gnutella και του Napster ως προς την, τη διάρκεια ζωής των κόμβων και του bandwidth αυτών. Αυτό που διαπιστώθηκε είναι ότι υπάρχει μεγάλη ετερογένεια όσον αφορά τους τομείς αυτούς. Στο [14] γίνεται μια μελέτη της συνδεσμολογίας του Gnutella και αποκαλύπτονται κάποια σημαντικά προβλήματα απόδοσης. Παρόμοια εργασία γίνεται και στο [15], όπου παρουσιάζεται μια ανάλυση τριών δημοφιλών συστημάτων ανταλλαγής αρχείων, μεταξύ των οποίων και το Gnutella, γίνεται μια προσπάθεια 13

14 εντοπισμού των λαθών στο σχεδιασμό τους και προτείνονται κάποιες βελτιστοποιήσεις για την βελτίωση της απόδοσής τους. 2.2 Εκμισθώσεις Οι εκμισθώσεις αποτελούν μια ενδιάμεση μορφή μεταξύ των στρατηγικών push-based και pull-based, προσπαθώντας να ισορροπήσει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των δύο στρατηγικών. Μία εκμίσθωση αποτελεί μια υπόσχεση από την πλευρά του κόμβου που ενημερώνει, είτε είναι ο εξυπηρετητής σε κάποιο σύστημα εξυπηρετητή-πελάτη, είτε κάποιος κόμβος σε ένα κατανεμημένο σύστημα, προς τον πελάτη ότι θα τον ενημερώνει για κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, την περίοδο εκμίσθωσης. Όταν η περίοδος εκμίσθωσης λήξει ο πελάτης είναι υποχρεωμένος να αποστείλει νέο μήνυμα και να λάβει τα τροποποιημένα δεδομένα ή να ζητήσει την απόδοση νέας εκμίσθωσης. Οι εκμισθώσεις παρουσιάστηκαν αρχικά στο [20] ως ένας τρόπος για να εξασφαλιστεί η συνέπεια μεταξύ των αρχείων και των αντιγράφων τους σε προσωρινές μνήμες σε ένα κατανεμημένο σύστημα αρχείων. Στα [21] και [22] περιγράφεται ένα ευέλικτο σύστημα εκμισθώσεων το οποίο επιτρέπει τη δυναμική ρύθμιση της περιόδου ως συνάρτηση κάποιων κριτηρίων. Στο [23] παρουσιάζεται μια νέα μορφή εκμισθώσεων, οι εκμισθώσεις όγκου (volume leases), για την βελτίωση της απόδοσης των εκμισθώσεων σε ένα δίκτυο ευρείας περιοχής (Wide Area Network). Οι εκμισθώσεις αυτές συνδυάζουν μικρές περιόδους εκμίσθωσης σε μία ομάδα αρχείων με μεγάλες περιόδους σε μεμονωμένα αρχεία. Παρόμοια εργασία γίνεται στο [24], όπου παρουσιάζονται οι εκμισθώσεις συνεργασίας (cooperative leases), έτσι ώστε να προσαρμοσθεί ο μηχανισμός των εκμισθώσεων στα δίκτυα μετάδοσης περιεχομένου (Content Distribution Networks). Οι εκμισθώσεις αυτές έχουν μια παράμετρο ρυθμού Δ, η οποία καθορίζει το ρυθμό με τον οποίο ο εξυπηρετητής ενημερώνει ένα proxy, και επίσης επιτρέπουν σε έναν εξυπηρετητή να παραχωρήσει μία μοναδική εκμίσθωση σε ένα σύνολο από proxies, αντί να παραχωρήσει ξεχωριστή εκμίσθωση σε κάθε ένα proxy. Τέλος στο [25] παρουσιάζεται το FARSITE, ένα κλιμακωτό σύστημα αρχείων το οποίο λειτουργεί ως ένας κεντρικός εξυπηρετητής αρχείων, αλλά κατανέμεται σε ένα σύνολο από μη έμπιστους υπολογιστές. Το FARSITE χρησιμοποιεί τεσσάρων 14

15 ειδών εκμισθώσεις για να επιτύχει την συνέπεια των αρχείων: τις εκμισθώσεις περιεχομένου (content leases), οι οποίες καθορίζουν ποιος έχει έλεγχο στο περιεχόμενο ενός αρχείου, τις εκμισθώσεις ονόματος (name leases), οι οποίες καθορίζουν ποιος έχει έλεγχο σε ένα όνομα στο namespace του καταλόγου, τις εκμισθώσεις μεθόδου (mode leases), οι οποίες καθορίζουν τον τρόπο προσπέλασης (access mode) και τον τρόπο διαμοιρασμού (sharing mode) κατά το άνοιγμα ενός αρχείου, και τις εκμισθώσεις προσπέλασης (access leases), οι οποίες υπάρχουν για να υποστηρίξουν το περίπλοκο σημασιολογικό σύστημα διαγραφής των Windows. 2.3 Το πρωτόκολλο To είναι το απλούστερο πρωτόκολλο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει την απόδοση ενός συστήματος peer-to-peer στον τομέα της αναζήτησης. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως και σε άλλες περιπτώσεις για να βελτιώσει την απόδοση σε συστήματα εξυπηρετητή-πελάτη, όπως web servers. Η ιδέα του είναι ότι κάθε κόμβος διατηρεί μια προσωρινή μνήμη στην οποία αποθηκεύει καταχωρήσεις, έτσι ώστε να έχει τη δυνατότητα να απαντήσει στο εγγύς μέλλον επερωτήσεις που αφορούν τις συγκεκριμένες καταχωρήσεις, χωρίς να χρειαστεί να προωθήσει τις επερωτήσεις προς τον αρμόδιο κόμβο-ιδιοκτήτη. Όταν ένας κόμβος του δεχτεί μια επερώτηση ελέγχει αν το αντικείμενο της επερώτησης περιέχεται στην προσωρινή μνήμη του. Στην περίπτωση που η μνήμη διατηρεί μια ευσταθής καταχώρηση του αντικειμένου, δηλαδή μια καταχώρηση της οποίας η διάρκεια ζωής δεν έχει λήξει, απαντά απευθείας στην επερώτηση. Στην περίπτωση που δεν περιέχει μια καταχώρηση του αντικειμένου ή η διάρκεια ζωής της καταχώρησης έχει λήξει, προωθεί κανονικά την επερώτηση προς τον κόμβο-ιδιοκτήτη και όταν λάβει την απάντηση την αποθηκεύει στην προσωρινή μνήμη. Οι σχεδιαστές των συστημάτων peer-to-peer, όπως το Gnutella [3], το Chord [6], το CAN [4] και το Pastry [7], χρησιμοποιούν το για να βελτιώσουν την απόδοση των συστημάτων. Το σύστημα Terradir [5] χρησιμοποιεί μια προσωρινή μνήμη LRU σε κάθε κόμβο για να αποθηκεύει δείκτες προς άλλους κόμβους οι οποίοι έχουν συμμετάσχει ως τώρα στο μονοπάτι αναζήτησης. To CFS [8], το οποίο χρησιμοποιεί τους μηχανισμούς του Chord, αποθηκεύει ολόκληρα αντικείμενα και 15

16 όχι δείκτες. Παρόμοια συμπεριφορά έχει το Freenet [9] που χρησιμοποιεί προσωρινές μνήμες LRU για να αποθηκεύει ολόκληρα αρχεία. 2.4 Το πρωτόκολλο Η πρώτη προσπάθεια για τη δημιουργία ενός το οποίο θα βελτίωνε την αποδοτικότητα των συστημάτων peer-to-peer και θα μείωνε το χρόνο αναζήτησης είναι το [1][11]. Το είναι ένα πρωτόκολλο το οποίο δημιουργεί ευρετήρια αναφορών σε προσωρινές μνήμες, όπως και το, ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζει ότι οι αναφορές αυτές θα ανανεώνονται όποτε υπάρξει κάποια αλλαγή. Η βασική ιδέα του είναι ότι κάθε κόμβος του διατηρεί δύο λογικά κανάλια για κάθε γείτονά του: το κανάλι αναζήτησης και το κανάλι ενημέρωσης. Το κανάλι αναζήτησης χρησιμοποιείται για την προώθηση ερωτήσεων προς τον κόμβο που αποτελεί τον ιδιοκτήτη του αντικειμένου που αναζητείται, ενώ το κανάλι ενημέρωσης χρησιμοποιείται για τη λήψη των απαντήσεων στις ερωτήσεις αυτές αλλά και μετέπειτα ενημερώσεων. Το κανάλι αναζήτησης δίνει τη δυνατότητα σε ένα κόμβο να συνενώνει πολλαπλές επερωτήσεις που δέχεται για ένα αντικείμενο σε μια μόνο επερώτηση. Αυτό είναι δυνατό με μια απλή λογιστική διαδικασία κατά την οποία ο κόμβος θέτει ένα bit ενδιαφέροντος για το αντικείμενο. Έτσι όταν αργότερα δεχτεί επερωτήσεις οι οποίες αφορούν το ίδιο αντικείμενο ελέγχοντας αν το bit ενδιαφέροντος είναι αληθές δεν χρειάζεται να προωθήσουν την επερώτηση παραπέρα καθώς μια απάντηση για αυτό το αντικείμενο αναμένεται. Με αυτό τον τρόπο περιορίζεται ο αριθμός των μηνυμάτων στο δίκτυο και αποφεύγονται οι συμφορήσεις. Σημαντικά πλεονεκτήματα όμως παρέχει και το κανάλι ενημέρωσης. Όταν κάποιος κόμβος δεχτεί μια αίτηση από κάποιο γείτονά του για κάποιο αντικείμενο θέτει ένα bit που δηλώνει ότι αυτός ο κόμβος ενδιαφέρεται για το αντικείμενο και στη συνέχεια απαντά την ερώτηση, αν έχει τη δυνατότητα από τις αναφορές που περιέχονται στην προσωρινή μνήμη του, ή προωθεί την επερώτηση παραπέρα. Μόλις όμως ο κόμβος δεχτεί μια ενημέρωση για αυτό το αντικείμενο προωθεί την ενημέρωση σε όλους τους γείτονές του οι οποίοι ενδιαφέρονται για το αντικείμενο αυτό. Η διαδικασία αυτή έχει ως αποτέλεσμα ότι μια ανανέωση που θα ξεκινήσει από τον κόμβο ιδιοκτήτη του αντικειμένου θα προωθηθεί κατά μήκος μονοπατιών ανανεώνοντας τις προσωρινές μνήμες και αποτρέποντας τη λήξη του περιεχομένου 16

17 τους, η οποία οδηγεί στη δημιουργία νέων επερωτήσεων. Επίσης ο κόμβος που στέλνει την ανανέωση μειώνει το μελλοντικό φόρτο που παράγεται από τους γείτονές του στους οποίους στέλνει την ενημέρωση. Τέλος όσο περισσότερο εξαπλωθεί μια ανανέωση τόσο λιγότερο θα χρειαστεί να προωθηθεί μια μελλοντική αίτηση μέχρι να βρεθεί μια απάντηση σε προσωρινή μνήμη που δεν έχει λήξει με συνέπεια να μειώνεται σημαντικά η των μελλοντικών αιτήσεων. Το δίνει τη δυνατότητα στους κόμβους να αποφασίζουν για ποια αντικείμενα δέχονται ενημερώσεις καθώς για να δεχτούν κάποια ενημέρωση πρέπει να δηλώσουν το ενδιαφέρον τους για αυτό το αντικείμενο. Επίσης δίνεται η δυνατότητα στους κόμβους πότε να διακόψουν τη ροή ενημερώσεων για κάποιο αντικείμενο. Η δυνατότητα αυτή παρέχεται μέσω της πολιτικής αποκοπής την οποία εξασκεί κάθε κόμβος. Έτσι κάθε κόμβος είναι σε θέση να διακόψει την ενημέρωση του από κάποιο γείτονά του, στέλνοντας ένα ειδικό μήνυμα εκκαθάρισης ενδιαφέροντος (clear-bit message) όταν κρίνει ότι η ενημέρωση αυτή δεν είναι πλέον αποδοτική. Στο [11] περιγράφονται διάφορες πολιτικές αποκοπής οι οποίες είναι δύο ειδών: πολιτικές που βασίζονται στην απόσταση του κόμβου που δέχεται την ενημέρωση από τον κόμβο-ιδιοκτήτη του αντικειμένου και πολιτικές που βασίζονται στην πρόσφατη ιστορία των τελευταίων ενημερώσεων στον κόμβο. Η πολιτική που επιλέγεται ως καλύτερη και την οποία θα χρησιμοποιήσουμε αργότερα στα πειράματά μας είναι η πολιτική της δεύτερης ευκαιρίας. Η πολιτική αυτή χρησιμοποιεί τη δημοτικότητα ενός αντικειμένου, η οποία ορίζεται ως ο αριθμός των επερωτήσεων που έχει δεχθεί για αυτό το αντικείμενο από τη στιγμή που δέχτηκε την τελευταία ενημέρωση για αυτό. Έτσι όταν ένας κόμβος δέχεται μια ενημέρωση για κάποιο αντικείμενο και η δημοτικότητα αυτού του αντικειμένου είναι μηδενική, δηλαδή ο κόμβος δεν έχει δεχτεί επερωτήσεις για αυτό το αντικείμενο, του παρέχει μια δεύτερη ευκαιρία. Αν στην επόμενη ενημέρωση η δημοτικότητα παραμένει μηδενική τότε ο κόμβος στέλνει ένα μήνυμα εκκαθάρισης στον κόμβο που του στέλνει τις ενημερώσεις. Η φιλοσοφία αυτής της πολιτικής είναι ότι η αποστολή δύο μηνυμάτων ανανέωσης κοστίζει το ίδιο με το να αποτύχει ο κόμβος να απαντήσει σε μια επερώτηση και να αναγκαστεί να στείλει ένα μήνυμα στο γείτονά του για να προωθήσει την ερώτηση και στη συνέχεια να λάβει την απάντηση. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζουμε ένα νέο πρωτόκολλο το οποίο υιοθετεί τις βασικές αρχές που εισήγαγε το, όπως είναι η ύπαρξη δύο ξεχωριστών 17

18 λογικών καναλιών για την αναζήτηση και την ενημέρωση των κόμβων, όμως χρησιμοποιεί μια διαφορετική προσέγγιση στο θέμα της χρονικής διάρκειας που διαρκεί η ενημέρωση των προσωρινών μνημών. Ενώ το χρησιμοποιεί μια δυναμική πολιτική αποκοπής, η οποία επιτρέπει σε κάθε κόμβο που δέχεται ανανεώσεις να προσαρμόζει το χρονικό διάστημα ανάλογα με το φόρτο επερωτήσεων που δέχεται για ένα συγκεκριμένο αντικείμενο, το πρωτόκολλο που προτείνουμε υιοθετεί μια στατική πολιτική, η οποία καθορίζει ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα κατά το οποίο θα διαρκεί η ενημέρωση. 18

19 Κεφάλαιο 3 Το πρωτόκολλο εκμίσθωσης 3.1 Επισκόπηση του Όπως και το το πρωτόκολλο εκμίσθωσης, ή πρωτόκολλο, που προτείνουμε είναι ένα πρωτόκολλο για τη διατήρηση προσωρινών μνημών σε δίκτυα peer-to-peer. Χρησιμοποιεί τις βασικές ιδέες που εισήγαγε το και η διαφορά των δύο πρωτοκόλλων έγκειται στην πολιτική που χρησιμοποιούν για να καθορίσουν τη διάρκεια της ενημέρωσης ενός κόμβου από κάποιον γείτονά του. Ενώ το δίνει τον έλεγχο στον κόμβο που δέχεται την ενημέρωση, το πρωτόκολλο δίνει αυτό τον έλεγχο στον κόμβο που πραγματοποιεί την ενημέρωση. Στο πρωτόκολλο πραγματοποιείται μια συμφωνία εκμίσθωσης μεταξύ του κόμβου Α που πραγματοποιεί την ενημέρωση και του κόμβου Β που τη δέχεται. Η συμφωνία αυτή καθορίζει ότι ο κόμβος Α θα ενημερώνει τον κόμβο Β για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα μετά τη λήξη του οποίου ο κόμβος Β θα πρέπει να ζητήσει να του παραχωρηθεί νέα εκμίσθωση. Κατά τη διάρκεια του διαστήματος αυτού, του οποίου την ευθύνη της μέτρησης έχει ο κόμβος Α που παραχωρεί την εκμίσθωση, εάν ο κόμβος Α δεχτεί ενημέρωση για κάποιο αντικείμενο για το οποίο ο κόμβος Β έχει δηλώσει ενδιαφέρον προωθεί την ενημέρωση στον κόμβο αυτό ανανεώνοντας τη διάρκεια ζωής της προσωρινής μνήμης του. Από τη μεριά του ο κόμβος Β όποτε δεχτεί επερώτηση για το συγκεκριμένο αντικείμενο ελέγχει μόνο αν η προσωρινή του μνήμη περιέχει κάποια έγκυρη αναφορά και μόνο αν δεν περιέχει κάποια τέτοια αναφορά προωθεί την επερώτηση στον κόμβο Α. Ακολουθώντας το, το πρωτόκολλο διατηρεί για κάθε κόμβο του δύο λογικά κανάλια για κάθε γείτονά του: το κανάλι επερώτησης και το κανάλι ενημέρωσης. Το κανάλι επερώτησης χρησιμοποιείται για να προωθούνται επερωτήσεις προς τον κόμβο-ιδιοκτήτη του αντικειμένου και το κανάλι ενημέρωσης χρησιμοποιείται για να προωθούνται οι απαντήσεις και οι ενημερώσεις ακολουθώντας το αντίστροφο μονοπάτι που ακολούθησε η επερώτηση. Όπως αναφέραμε προηγουμένως τα δύο κανάλια προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Το κανάλι επερώτησης επιτρέπει τη συνένωση επερωτήσεων στην περίπτωση που ένας κόμβος δεχθεί δύο ή περισσότερες επερωτήσεις για ένα αντικείμενο για το οποίο δεν διατηρεί κάποια έγκυρη αναφορά σε αυτό στην 19

20 προσωρινή του μνήμη. Ο κόμβος αυτός καταγράφει το ενδιαφέρον των κόμβων που στείλανε τις επερωτήσεις θέτοντας αληθή τα bit ενδιαφέροντος και προωθεί μία μόνο επερώτηση. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η κατάσταση κατά την οποία το δίκτυο πλημμυρίζεται από επερωτήσεις για το ίδιο αντικείμενο, με αποτέλεσμα να βελτιώνεται η κίνηση. Το κανάλι ενημέρωσης προσφέρει επίσης σημαντικά πλεονεκτήματα καθώς κατά τη διαδοχική ενημέρωση των κόμβων κατά μήκος του αντίστροφου μονοπατιού που ακολούθησε η επερώτηση, ανανεώνεται η διάρκεια ζωής της προσωρινής μνήμης τους επιτρέποντας τους να είναι σε θέση να απαντούν σε επερωτήσεις χωρίς να χρειάζονται να στείλουν καινούριες επερωτήσεις. Επίσης οι κόμβοι που προωθούν τις ενημερώσεις μειώνουν το μελλοντικό φόρτο τους καθώς μειώνουν τον αριθμό των μελλοντικών επερωτήσεων που θα δεχτούν από τους γείτονες τους που ενημέρωσαν. Τέλος μειώνεται η απόσταση που πρέπει να διανύσουν μελλοντικές επερωτήσεις για να φτάσουν σε μια έγκυρη απάντηση. Σε αντίθεση με το που χρησιμοποιεί πολιτικές αποκοπής σε κάθε κόμβο ξεχωριστά για να καθορίσει πότε θα διακοπεί η ροή ενημερώσεων από τους γείτονες του, το πρωτόκολλο χρησιμοποιεί μια στατική μέθοδο. Η πολιτική του είναι πιο δυναμική καθώς ο κόμβος που δέχεται την ενημέρωση αποφασίζει αν θα την διακόψει, στέλνοντας ένα μήνυμα εκκαθάρισης, και έχει την ευχέρεια να διατηρήσει τη ροή ενημερώσεων όσο θεωρεί ότι η ροή αυτή είναι λειτουργική και το κόστος της είναι μικρότερο από τα οφέλη που παρέχει. Αντίθετα το πρωτόκολλο κάθε φόρα που κάποιος κόμβος δέχεται μια επερώτηση από κάποιο γείτονά του, του αναθέτει μια περίοδο εκμίσθωσης κατά τη διάρκεια της οποίας ο κόμβος θα ενημερώνει το γείτονά του. Η διαφοροποίηση της πολιτικής του αποσκοπεί καταρχάς στην μείωση των μηνυμάτων που ενημερώνουν τις προσωρινές μνήμες. Σε αντίθεση με το που ενημερώνει ένα κόμβο μέχρι αυτός να διακόψει την ενημέρωση το ενημερώνει ένα κόμβο για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα με αποτέλεσμα να περιορίζεται σημαντικά ο αριθμός μηνυμάτων. Βέβαια με τη μέθοδο αυτή περιμένουμε να έχουμε χειρότερα αποτελέσματα όσον αφορά την μέση καθώς οι προσωρινές μνήμες λήγουν συχνότερα με αποτέλεσμα να απαιτείται η αποστολή καινούριων μηνυμάτων αναζήτησης δημιουργώντας μεγαλύτερες καθυστερήσεις. 20

21 Επίσης η πολιτική αποκοπής του δεν παρουσιάζει ορισμένα από τα προβλήματα που παρουσιάζει η πολιτική αποκοπής του που στηρίζεται στη δημοτικότητα ενός αντικειμένου. Σε ένα μη-δομημένο δίκτυο, όπου η αναζήτηση γίνεται μέσω της αποστολής πολλαπλών μηνυμάτων, πλημμυρίζοντας το δίκτυο, είναι πιθανό η αναζήτηση ενός αντικειμένου από ένα κόμβο να διαφοροποιήσει τη δημοτικότητά του σε πολλούς κόμβους και την εξαγωγή εσφαλμένων συμπερασμάτων όταν καταφθάσει μία ανανέωση. Ακόμη είναι πιθανή η αποστολή ενημερώσεων μέσω πολλαπλών μονοπατιών, γεγονός που ίσως δημιουργήσει παρενέργειες, όπως την αποστολή μηνυμάτων εκκαθάρισης, εκτός και αν λήφθούν ειδικά μέτρα. Για την αποφυγή τέτοιων προβλημάτων είναι απαραίτητη η διαφοροποίηση του, γεγονός που αυξάνει την πολυπλοκότητά του. Το πρωτόκολλο δεν αντιμετωπίζει τέτοια προβλήματα καθώς δεν στηρίζει την πολιτική αποκοπής του στην δημοτικότητα ενός αντικειμένου και επομένως δεν χρειάζεται να ενισχυθεί έτσι ώστε να αποτραπούν τέτοιες καταστάσεις. 3.2 Χειρισμός επερωτήσεων Όταν ένας κόμβος δέχεται μια επερώτηση για ένα αντικείμενο, το οποίο χαρακτηρίζεται από ένα κλειδί Κ, τότε απαντά στην επερώτηση από την προσωρινή του μνήμη αν διαθέτει ένα αντίγραφο του οποίου η διάρκεια δεν έχει λήξει ή πρέπει να προωθήσει την επερώτηση αν δεν έχει προωθηθεί ήδη μια προηγούμενη ερώτηση η οποία αναφέρεται στο ίδιο αντικείμενο και για την οποία αναμένεται απάντηση. Στην περίπτωση ενός δομημένου αυτή η προώθηση γίνεται μόνο προς τον γείτονά του που βρίσκεται κοντύτερα στον κόμβο ιδιοκτήτη του αντικειμένου ενώ στην περίπτωση ενός μη-δομημένου η προώθηση γίνεται προς όλους τους γείτονές εκτός από αυτόν που έστειλε την επερώτηση. Οπότε πρέπει να λάβουμε υπόψιν τρεις περιπτώσεις : Υπάρχει μια έγκυρη καταχώρηση για το κλειδί Κ στην προσωρινή μνήμη οπότε σε αυτή την περίπτωση ο κόμβος απαντά απευθείας στον γείτονα που ρώτησε ή στον τοπικό πελάτη, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.2. Το κλειδί Κ δεν περιέχεται στην προσωρινή μνήμη οπότε ο κόμβος πρέπει να προσθέσει μια καινούρια καταχώρηση για το κλειδί Κ, να προωθήσει την επερώτηση και να χαρακτηρίσει την καταχώρηση ως εκκρεμή. Ο χαρακτηρισμός αυτός γίνεται έτσι ώστε σε περίπτωση που αφιχθούν νέες 21

22 Σχήμα 3.1 : Επεξήγηση των σχημάτων που χρησιμοποιούνται παρακάτω. Κ1 Κ1 Κ1 (Β, Κ1, Τ) Κόμβος Α Κ1 Κ2, Κ3 (Β,Κ2,300) : Έγκυρη καταχώρηση στην προσωρινή μνήμη. : Ληγμένη καταχώρηση στην προσωρινή μνήμη. : Εκκρεμής καταχώρηση στην οποία αναμένεται απάντηση και για την οποία δε χρειάζεται η αποστολή νέας επερώτησης. : Εκμίσθωση διάρκειας Τ που έχει παραχωρηθεί στον κόμβο Β για το αντικείμενο Κ1. Όνομα Κόμβου Αντικείμενα που ανήκουν στον κόμβο Αντικείμενα που περιέχονται στην προσωρινή μνήμη Εκμισθώσεις που έχουν παραχωρηθεί Κόμβος Α Κ1 K4 (Α) Σχήμα 3.2 : (Α) Ο κόμβος Β στέλνει στον κόμβο Α επερώτηση ζητώντας το αντικείμενο Request(K4) με κλειδί Κ4, ενώ ταυτόχρονα δημιουργεί μια νέα καταχώρηση για Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 το Κ4 και την σημειώνει ως εκκρεμή. (Β) Ο κόμβος Α περιέχει ένα έγκυρο αντίγραφο του αντικειμένου στην προσωρινή του μνήμη και είναι σε Κόμβος Α Κ1 K4 (B,K4,T) (Β) θέση να απαντήσει άμεσα στον κόμβο Β και να του παραχωρήσει μια νέα εκμίσθωση. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Update(K4) Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 22

23 Κόμβος Α Κ1 (Α) Σχήμα 3.3 : (Α) Ο κόμβος Β στέλνει στον κόμβο Α επερώτηση ζητώντας το αντικείμενο με Request(K4) κλειδί Κ4, ενώ ταυτόχρονα δημιουργεί μια νέα καταχώρηση για το Κ4 και την Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 σημειώνει ως εκκρεμή. (Β) Ο κόμβος Α δεν περιέχει κανένα αντίγραφο του αντικειμένου στην προσωρινή του μνήμη και προωθεί την επερώτηση στον κόμβο Δ. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) Κόμβος Γ Κ3 (Β) Request(K4) Κόμβος Δ Κ4 Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) (Γ) Update(K4) (Γ) Ο κόμβος Δ είναι ο ιδιοκτήτης του Κ4, οπότε απαντάει στον κόμβο Α και του παραχωρεί μια νέα εκμίσθωση. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) (Δ) Ο κόμβος Α προωθεί την ενημέρωση στον κόμβο Β και σημειώνει ότι η καταχώρηση του Κ4 δεν είναι πλέον εκκρεμής. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Update(K4) Κόμβος Α Κ1 K4 (B,K4,T1) Κόμβος Γ Κ3 (Δ) Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) 23

24 χαρακτηρισμός αυτός γίνεται έτσι ώστε σε περίπτωση που αφιχθούν νέες επερωτήσεις για το συγκεκριμένο κλειδί να μην προωθηθούν παραπέρα, όπως φαίνεται στο σχήμα Το κλειδί Κ περιέχεται στην προσωρινή μνήμη όμως η καταχώρηση έχει λήξει. Στην περίπτωση αυτή πρέπει να αποκτηθεί μια έγκυρη έκδοση της καταχώρησης, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.4. Στην περίπτωση που η καταχώρηση έχει χαρακτηριστεί ως εκκρεμής δεν χρειάζεται να προωθηθεί η επερώτηση καθώς μια απάντηση αναμένεται αλλιώς η καταχώρηση χαρακτηρίζεται ως εκκρεμή και προωθείται η επερώτηση. Ταυτόχρονα με την απάντηση του στις τρεις αυτές περιπτώσεις ο κόμβος σημειώνει το ενδιαφέρον του γείτονα του για το Κ και του παραχωρεί μια περίοδο εκμίσθωσης, για τη διάρκεια της οποίας θα τον ενημερώνει για νέες ενημερώσεις για το Κ. 24

25 Κόμβος Α Κ1 Κ4 (Α) Σχήμα 3.4 : (Α) Ο κόμβος Β στέλνει στον κόμβο Α επερώτηση ζητώντας το αντικείμενο με Request(K4) κλειδί Κ4, ενώ ταυτόχρονα δημιουργεί μια νέα καταχώρηση για το Κ4 και την Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 σημειώνει ως εκκρεμή. (Β) Ο κόμβος Α δεν περιέχει έγκυρο αντίγραφο του αντικειμένου στην προσωρινή του μνήμη και προωθεί την επερώτηση στον κόμβο Δ. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) Κόμβος Γ Κ3 (Β) Request(K4) Κόμβος Δ Κ4 Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) (Γ) Update(K4) (Γ) Ο κόμβος Δ είναι ο ιδιοκτήτης του Κ4, οπότε απαντάει στον κόμβο Α και του παραχωρεί μια νέα εκμίσθωση. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) (Δ) Ο κόμβος Α προωθεί την ενημέρωση στον κόμβο Β και σημειώνει ότι η καταχώρηση του Κ4 δεν είναι πλέον εκκρεμής. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Update(K4) Κόμβος Α Κ1 K4 (B,K4,T1) Κόμβος Γ Κ3 (Δ) Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) 25

26 3.3 Χειρισμός ενημερώσεων Οι ενημερώσεις σε ένα δίκτυο peer-to-peer είναι είτε μια απευθείας απάντηση σε μια επερώτηση είτε είναι ανανεώσεις της αναφοράς που οφείλονται σε κάποια αλλαγή σε κάποιο αντίγραφο του αυθεντικού αντικειμένου. Οι ανανεώσεις αυτές προέρχονται από τον κόμβο-ιδιοκτήτη του αντικειμένου, ο οποίος αναλαμβάνει την ευθύνη να παρακολουθεί τους κόμβους που διατηρούν αντίγραφα του αντικειμένου και να ενημερώνει για οποιαδήποτε αλλαγή στην κατάσταση τους. Τέτοιες αλλαγές οφείλονται στο ότι ένας κόμβος παύει να εξυπηρετεί ένα αντικείμενο διατηρώντας ένα αντίγραφο ή ο κόμβος υπέστη κάποια βλάβη και δεν μπορεί πλέον να εξυπηρετήσει κανέναν. Στην περίπτωση αυτή ο κόμβος-ιδιοκτήτης πρέπει να αφαιρέσει τον κόμβο από την αναφορά εξυπηρέτησης του αντικειμένου και να προωθήσει την αλλαγή στους γείτονες που ενδιαφέρονται. Επίσης αν κάποιος κόμβος ζητήσει να εξυπηρετεί ένα αντικείμενο διατηρώντας ένα αντίγραφο τότε ο κόμβος- Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) (Α) Σχήμα 3.5 : (Α) Ο κόμβος Δ προωθεί μια απάντηση για το αντικείμενο Κ4, του Update(K4) οποίου είναι ο ιδιοκτήτης στον κόμβο Α. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) (Β) Ο κόμβος Α ενημερώνει το αντίγραφο του αντικειμένου που διατηρεί στην προσωρινή μνήμη και προωθεί την ενημέρωση στον κόμβο Β, στον οποίο έχει παραχωρηθεί Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) (Β) εκμίσθωση η οποία δεν έχει λήξει. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Update(K4) Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) 26

27 ιδιοκτήτης πρέπει να προσθέσει τον κόμβο στην αναφορά εξυπηρέτησης του αντικειμένου και να προωθήσει την αλλαγή. Στο πρωτόκολλο, όπως και στο, ένας κόμβος προωθεί τις ενημερώσεις για ένα κλειδί Κ μόνο στους γείτονές του οι οποίοι έχουν δηλώσει το ενδιαφέρον τους για το κλειδί. Με τον τρόπο αυτό εξοικονομείται σημαντικό bandwidth καθώς δεν προωθούνται ενημερώσεις προς κόμβους που δεν τις χρειάζονται. Οπότε στην περίπτωση που ένας κόμβος λάβει μία ενημέρωση για ένα κλειδί Κ πρέπει να λάβουμε υπόψιν τις εξής περιπτώσεις : Αν η καταχώρηση για το κλειδί Κ στην προσωρινή μνήμη έχει χαρακτηριστεί ως εκκρεμής η ενημέρωση έρχεται ως απάντηση μιας προηγούμενης επερώτησης. Στην περίπτωση αυτή η καταχώρηση αποχαρακτηρίζεται από εκκρεμής και η ενημέρωση για το κλειδί προωθείται στους γείτονές του που έχουν δηλώσει ενδιαφέρον και των οποίων η περίοδος εκμίσθωσης δεν έχει λήξει και στους τοπικούς πελάτες που ξεκίνησαν την επερώτηση, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.5. Αν η καταχώρηση για το κλειδί Κ στην προσωρινή μνήμη δεν έχει χαρακτηριστεί ως εκκρεμής η ενημέρωση έρχεται ως ανανέωση της κατάστασης, εξαιτίας κάποιας αλλαγής. Στην περίπτωση αυτή ο κόμβος ενημερώνει την καταχώρηση του κλειδιού Κ στην προσωρινή μνήμη και προωθεί την ενημέρωση στους γείτονές του που έχουν δηλώσει ενδιαφέρον για το συγκεκριμένο κλειδί και των οποίων η περίοδος εκμίσθωσης δεν έχει λήξει, όπως φαίνεται στο σχήμα

28 Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) (Α) Σχήμα 3.6 : (Α) Ο κόμβος Δ προωθεί μια ενημέρωση για το αντικείμενο Κ4, του Update(K4) οποίου είναι ο ιδιοκτήτης, στον κόμβο Α. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) (Β) Ο κόμβος Α ενημερώνει το αντίγραφο του αντικειμένου που διατηρεί στην προσωρινή μνήμη και προωθεί την ενημέρωση στον κόμβο Β, στον οποίο έχει παραχωρηθεί Κόμβος Α Κ1 Κ4 (B,K4,T1) (Β) εκμίσθωση η οποία δεν έχει λήξει. Κόμβος Β Κ2 Κ4 Update(K4) Κόμβος Γ Κ3 Κόμβος Δ Κ4 (A,K4,T2) 3.4 Εισαγωγή και διαγραφή κόμβων Στην περίπτωση της εισαγωγής και της διαγραφής κόμβων από το δίκτυο peer-to-peer η αντίδραση του εξαρτάται από την πολιτική του κάθε συστήματος. Υπάρχουν συστήματα όπως το CAN στα οποία όταν ένας κόμβος προστίθεται στο δίκτυο αναλαμβάνει ένα μέρος των αντικειμένων που υπάρχουν στο δίκτυο, σύμφωνα με μια συνάρτηση κατακερματισμού που καθορίζει ποιος κόμβος εξυπηρετεί ποια αντικείμενα. Στην περίπτωση αυτή είναι θεμιτή η αποστολή ενός μηνύματος ενημέρωσης για να πληροφορηθούν οι κόμβοι που διατηρούν προσωρινά αντίγραφα για τις αλλαγές. Όμως και η μη αποστολή ενός τέτοιου μηνύματος δεν θα είναι καταστροφική καθώς μετά τη λήξη της προσωρινής μνήμης θα αποσταλούν μηνύματα αναζήτησης και το σύστημα τελικά θα επανέλθει σε μια κατάσταση ισορροπίας. Σε συστήματα στα οποία η είσοδος ενός κόμβου δεν προκαλεί κάποια 28

29 αλλαγή στο περιεχόμενο των ήδη υπαρχόντων κόμβων δεν είναι απαραίτητη η αποστολή κάποιου μηνύματος. Ανάλογη είναι η κατάσταση στην περίπτωση διαγραφής κάποιου κόμβου όπου τα αντικείμενα που εξυπηρετεί ο κόμβος που διαγράφεται πρέπει να ανατεθούν σε κάποιον άλλο κόμβο. Στην περίπτωση αυτή ο νέος ιδιοκτήτης πρέπει να αποστείλει ένα μήνυμα ενημερώνοντας για την αλλαγή. Εάν το σύστημα δεν υποστηρίζει κάποια τέτοια ανάθεση σε περίπτωση διαγραφής κάποιου κόμβου ή εάν ο νέος ιδιοκτήτης δεν αποστείλει το μήνυμα τότε το σύστημα θα επανέλθει σε κατάσταση ισορροπίας ύστερα από ένα διάστημα στο οποίο θα παρατηρηθούν κάποια λάθη λόγω της ύπαρξης εσφαλμένων καταχωρήσεων σε ορισμένες προσωρινές μνήμες. Πίνακας 3.1 : Χαρακτηριστικά των τριών πρωτοκόλλων. Χρησιμοποίηση προσωρινών μνημών στους ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ ενδιάμεσους κόμβους Ενημέρωση προσωρινών ΟΧΙ ΝΑΙ ΝΑΙ μνημών Πολιτική αποκοπής - Δυναμική Στατική της ενημέρωση Έλεγχος της αποκοπής Λογιστικές διεργασίες - Κόμβος που ενημερώνεται Κόμβος που ενημερώνει ΟΧΙ ΝΑΙ ΝΑΙ 3.5 Σύγκριση των πρωτοκόλλων Στον πίνακα 3.1 παρουσιάζονται συνοπτικά τα χαρακτηριστικά των τριών πρωτοκόλλων. Συγκρίνοντας το με τα πρωτόκολλα και, παρατηρούμε ότι το μόνο κοινό σημείο είναι ότι και τα τρία πρωτόκολλα χρησιμοποιούν προσωρινές μνήμες στους ενδιάμεσους κόμβους του μονοπατιού αναζήτησης για την βελτίωση της απόδοσης του συστήματος. Ενώ όμως το αρκείται στην ύπαρξη των προσωρινών μνημών, τα πρωτόκολλα και προχωρούν ένα βήμα παρακάτω, καθώς ενημερώνουν τις μνήμες όταν υπάρξουν αλλαγές έτσι ώστε να επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής τους και να αυξήσουν το χρονικό 29

30 διάστημα κατά το οποίο οι μνήμες λειτουργούν και βελτιώνουν την απόδοση, μειώνοντας το χρόνο αναζήτησης. Τα πρωτόκολλα και έχουν πολλά κοινά σημεία, καθώς και στα δύο πρωτόκολλα συναντάται η ύπαρξη των δύο ξεχωριστών λογικών καναλιών και η συνένωση πολλαπλών επερωτήσεων. Η ουσιαστική διαφορά των δύο πρωτοκόλλων είναι η πολιτική που χρησιμοποιούν για τον καθορισμό του χρονικού διαστήματος κατά το οποίο θα πραγματοποιείται ανανέωση των προσωρινών μνημών. Όπως προαναφέραμε το υιοθετεί μια δυναμική πολιτική προσπαθώντας να διατηρεί τη ροή των ενημερώσεων όσο ο κόμβος που δέχεται τις ενημερώσεις, ο οποίος έχει και τον έλεγχο της αποκοπής, επωφελείται αυτών δεχόμενος επερωτήσεις. Αντίθετα το πρωτόκολλο καθορίζει ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα κατά το οποίο προωθούνται οι ενημερώσεις ενός αντικειμένου από έναν κόμβο προς έναν άλλο. Με αυτή την πολιτική ο έλεγχος της αποκοπής δίνεται στον κόμβο που στέλνει τις ενημερώσεις. Η διαφορά στην πολιτική αποκοπής έχει επίδραση στην μέση των μηνυμάτων αναζήτησης, δηλαδή στην απόσταση που πρέπει να διανύσουν στο δίκτυο μέχρι να απαντηθούν, στο πλήθος των μηνυμάτων που παράγονται, αλλά και στις λογιστικές διαδικασίες που πρέπει να πραγματοποιούν τα δύο πρωτόκολλα. Για την υλοποίηση της πολιτικής αποκοπής του, κάθε κόμβος πρέπει να διατηρεί την δημοτικότητα κάθε αντικειμένου έτσι ώστε να μπορεί να κρίνει πότε μια ανανέωση είναι δικαιολογημένη, ενώ αν υλοποιείται η πολιτική της δεύτερης ευκαιρίας είναι απαραίτητη και η αποθήκευση της κατάστασης, δηλαδή αν έχει δοθεί ή όχι η δεύτερη ευκαιρία. Το πρωτόκολλο απαιτεί μόνο την αποθήκευση του εναπομείναντος χρονικού διαστήματος της εκμίσθωσης, η οποία μπορεί να χρησιμεύσει και για την εύρεση των κόμβων που πρέπει να ενημερωθούν, το οποίο είναι απαραίτητο και στα δύο πρωτόκολλα. 30

31 Κεφάλαιο 4 Αξιολόγηση Στο κεφάλαιο αυτό θα περιγράψουμε την μέθοδο πειραματικής αποτίμησης του που προτείνουμε σε σύγκριση με τα ήδη υπάρχοντα πρωτόκολλα και. Για την πραγματοποίηση της σύγκρισης αυτής πραγματοποιήσαμε πειράματα με τη χρήση εξομοιωτή που υλοποιήσαμε για το σκοπό αυτό. 4.1 Ο εξομοιωτής μας Για την πραγματοποίηση των πειραμάτων σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε έναν εξομοιωτή σε Java που εξομοιώνει τη ροή των μηνυμάτων στο δίκτυο. Καθώς το δίκτυο peer-to-peer επικάθεται του φυσικού η εξομοίωση στο επίπεδο μηνυμάτων μας παρέχει πιο ασφαλή συμπεράσματα από μια εξομοίωση σε χαμηλότερο επίπεδο, δηλαδή σε επίπεδο πακέτων, όπως κάνει ο ns[17] καθώς αυτό που μας ενδιαφέρει πρώτιστα δεν είναι η μελέτη της πορείας ξεχωριστών πακέτων, στην οποία συμμετέχουν δρομολογητές και διακόπτες που είναι δύσκολο και ακριβό να μοντελοποιηθούν, αλλά η μελέτη των ροών μηνυμάτων. Από αυτή την άποψη λοιπόν ο εξομοιωτής μας πλησιάζει περισσότερο στον Narses[18], που χρησιμοποιήθηκε στην αξιολόγηση του, αν και δεν φτάνει στα επίπεδα λεπτομέρειάς του καθώς υλοποιήθηκε για να καλύψει τις ανάγκες της παρούσας εργασίας. Ο εξομοιωτής δέχεται ως είσοδο : ένα γράφο, ο οποίος αναπαριστά το δίκτυο peer-to-peer που εξομοιώνεται. το χρονικό διάστημα της εξομοίωσης, που χωρίζεται σε ένα διάστημα στο οποίο το σύστημα ισορροπεί και ένα διάστημα στο οποίο πραγματοποιούνται οι μετρήσεις. το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται καθώς και τις παραμέτρους που χρειάζεται. Οι παράμετροι αυτοί στην περίπτωση των πρωτοκόλλων και είναι η διάρκεια ζωής της προσωρινής μνήμης, ενώ στην περίπτωση του περιλαμβάνεται και η περίοδος εκμίσθωσης. τη κατανομή των αιτήσεων στα αντικείμενα. τη κατανομή των ενδιάμεσων διαστημάτων μεταξύ των αιτήσεων. 31

32 τον αριθμό των ενημερώσεων των αντικειμένων στη διάρκεια της ενημέρωσης. Μια γεννήτρια παραγωγής φόρτου εργασίας αναλαμβάνει να δημιουργήσει τα αρχικά μηνύματα, σύμφωνα με την κατανομή των αιτήσεων στα αντικείμενα και την κατανομή των ενδιάμεσων διαστημάτων. Ο εξομοιωτής χωρίζει το χρονικό διάστημα της εξομοίωσης σε περιόδους του 1 ms. Σε κάθε περίοδο ελέγχει ποια μηνύματα πρέπει να προωθηθούν και αναλαμβάνει την προώθησή τους. Θεωρούμε ότι κάθε μήνυμα έχει μέγεθος 1500 bytes και σε κάθε περίοδο του αναλογεί ένα συγκεκριμένο bandwidth που εξαρτάται τόσο από τον κόμβο αποστολής όσο και από τον κόμβο λήψης. Κάθε κόμβος ισοκατανείμει το bandwidth που διαθέτει σε όλα τα μηνύματα που θέλει να προωθήσει. Σε κάθε μήνυμα ανατίθεται bandwidth ίσο με το μικρότερη τιμή που του διατίθεται από τον αποστολέα και το λήπτη. Δηλαδή αν με band(x) συμβολίσουμε το bandwidth ενός κόμβου ή ενός μηνύματος και με total(x) τον αριθμό των μηνυμάτων που θέλει να προωθήσει ή να λάβει ένα κόμβος, τότε για ένα μήνυμα Μ που προωθείται από τον κόμβο Α στον κόμβο Β ισχύει ότι : band( A) band ( M ) = min, total( A) band( B) total( B) Με βάση αυτό το bandwidth, σε κάθε χρονική περίοδο 1 ms προωθείται ένα ποσοστό του μηνύματος και όταν συμπληρωθεί όλο το μήνυμα το παραλαμβάνει ο λήπτης και αναλόγως με το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί και την κατάσταση της προσωρινής μνήμης του ενεργεί ανάλογα. 4.2 Σχεδιασμός πειραμάτων Στα πειράματα που πραγματοποιήσαμε χρησιμοποιήσαμε ένα CAN (Content- Addressable Network). Το CAN αποτελεί ουσιαστικά ένα κατανεμημένο, μεγάλης κλίμακας πίνακα κατακερματισμού. Κάθε κόμβος του CAN αποθηκεύει ένα κομμάτι, ζώνη, του πίνακα και κρατάει πληροφορίες για τις διπλανές ζώνες. Κάθε αντικείμενο που περιέχεται στο δίκτυο αντιστοιχεί σε ένα μοναδικό κλειδί το οποίο περιέχεται σε μια από αυτές τις ζώνες. Ουσιαστικά κάθε ζώνη είναι ένα κομμάτι ενός d-διάστατου Καρτεσιανού χώρου σε ένα d-torus. Κάθε αντικείμενο απεικονίζεται, με βάση ένα μοναδικό κλειδί Κ, σε ένα σημείο P του χώρου χρησιμοποιώντας μια ενιαία συνάρτηση κατακερματισμού και στη συνέχεια αποθηκεύεται στον κόμβο που 32