Belépés címtáras azonosítással
magyar nyelvű adatlap
Peer-to-peer hálózatok és alkalmazások
A tantárgy angol neve: Peer-to-peer Networks and Applications
Adatlap utolsó módosítása: 2014. március 21.
Tantárgy lejárati dátuma: 2018. június 30.
Mérnök informatikus szak
Villamosmérnök szak
Szabadon választható tantárgy
Számítógép hálózatok (nem kizáró ok)
Java programozás (alapszint)
A tárgyat nem veheti fel az a hallgató, aki korábban hallgatta a "Peer-to-peer (P2P) hálózatok" (VITT9176, VITMJV76) és “P2P alkalmazások a gyakoraltban” (VITMBV13) tárgyakat.
Az Internet forgalmát manapság jelentős mértékben az új generációs elosztott peer-to-peer (P2P; egyenrangú) rendszerek generálják. Széles körben használják a P2P-alapú fájlcserélő (BitTorrent), VoIP (Voice over IP, „internettelefon”, pl. Skype), streaming (médiaszórás, pl. SopCast, Spotify) alkalmazásokat. Az ilyen rendszerek résztvevői elosztott módon kommunikálnak egymással anélkül, hogy egy központilag menedzselt és ellenőrzött rendszer vezérelné a kapcsolattartást. Éppen emiatt az ezen alkalmazások által generált forgalmat nehezebb jellemezni, megfigyelni, mint a klasszikus kliens-szerver architektúrákban.
A jövő hálózatait a jelenleginél nagyságrendekkel nagyobb számú, többnyire mobil, vezetéknélküli eszköz ad hoc kommunikációja jellemzi majd. A P2P típusú elosztott rendszerek, a ma létező megoldásokkal ellentétben, jól illeszkednek ezen hálózatok elvárásaihoz.
1. Bevezető fogalmak. Definició. A peer-to-peer hálózatok sajátosságai, tulajdonságai. Az Internet fejlődése és a P2P alkalmazások kialakulásának háttere. Napster - első generációs fájlcserélő, központosított architektúrával.
2. DirectConnect, DC++. Előnyök, hátrányok. A keresés kezelése. Elárasztás alapú fájlcserélő megoldások. Gnutella – működés, üzenetfejléc felépítése, üzenettípusok, többszöri kézbesítés elkerülése, előnyök, hátrányok, freeriding, freeloading kérdése.
3. Hierarchikus rendszerek. Kazaa architektúra, topológia felépítés, supernode választás, keresés, üzenettípusok, részvételi szint figyelembe vétele. Kazaa kliensek. Jogi kérdések. Anonimitást biztosító P2P rendszerek. Freenet – üzenet típusok, Data Store szerepe, működése, a keresések továbbítása, lavina effektus, slashdot effektus.
4. Elosztott letöltésre épülő megoldások. A BitTorrent alkalmazás működése: rendszerelemek, choking – unchoking mechanizmus, letöltési szabályok, Tracker nélküli BitTorrent megoldások. Jogi kérdések. A Pirate Bay per.
5. Különbségek a strukturált és a strukturálatlan rendszerek között. Elosztott hash táblák (DHT). DHT rendszerek szerepe a P2P hálózatok útválasztásában és a tartalom kereső eljárások javításában – alapelvek. Chord gyűrűk. Mutató táblák szerepe, feltöltése, a keresés gyorsítása.
6. Utótag, előtag alapú útválasztás – Tapestry és Pastry. Címzés, szomszédossági térkép szerepe, feltöltése, a gyökér csomópont szerepe, surrogate routing, hibatűrő útválasztás.
7. XOR metrika alapú keresés – Kademlia. A Chrod típusú megoldások hátrányai. A Kademlia rugalmas útválasztási mechanizmusa. A k-vödrök szerepe, párhuzamos keresés, új csomópont érkezésének és távozásának kezelése.
8. Hierarchikus DHT-k. Felépítés, hierachikus keresés, előnyök. DHT rendszerek alkalmazása mobilitás kezelésére. DHT-k alkalmazása szolgáltatásmegtagadásos (Denial of Service) támadások kivédésére.
9. Peer-to-peer alapú beszédátvitel alapelvei, kihívásai, a tűzfalak és címfordító eszközök hatásai ezekre a rendszerekre. A Skype alkalmazás működése: rendszerelemek, belépési folyamat, supernode választás, keresés a rendszerben. Skype jellemzői, teljesítménye, supernode-ok megoszlása a világban. A Skype üzleti modellje, SkypeIn, SkyepOut, egyéb Skype szolgáltatások.
10. Peer-to-peer műsorszóró, médialejátszó (p2p streaming, P2PTV) modell előnyei és hátrányai, összehasonlítás az IPTV rendszerekkel. Fájlcserélő és műsorszóró peer-to-peer rendszerek közti különbségek. Gyakorlatban elterjedt P2PTV rendszerek sajátosságai, jellemző paraméterei. A Zattoo technológia ismertetése. A Zattoo üzleti modellje és annak technológiai következményei, IPTV vs. Zattoo.
11. Peer-to-peer video streaming alkalmazások: A CoolStreaming és Anysee architektúrák, overlay és pletykálás. Anysee alkalmazás mint hibrid megoldás, vezérlési és média-továbbítási overlay közti optimalizálás. A SopCast alkalmazás működése: szövevényes topológia, rendszer inicializálása és működése.
12. Peer-to-peer alapú tartalomelosztó szolgáltatások, szoftverfrissítő megoldások. P2P zeneszolgáltató megoldás: Spotify. A Spotify architektúrája. A Spotify üzleti modellje, rendelkezésre állás és összehasonlítás hasonló szolgáltatásokkal (iTunes és DAAP, Deezer).
13. Elosztott heterogén hálózatok támogatása P2P megodlásokkal. Elosztott P2P hálózatok robosztusságának növelése kódolási eljárásokkal. Cache-elési politika, a cache-elés jogi vonatkozásai, cachelési stratégiák értékelése P2P környezetben. Intelligens P2P rendszerek az ISP-k terhelésének csökkentésére - Proactive network Provider Participation for P2P (P4P).
14. Forgalmi jellegzetességek, P2P forgalom azonosítása. Beavatkozás a P2P rendszerek működésébe. High churn támadások, Fájlszennyezés és indexmérgezés. Támadási példák a FastTrack és az Overnet hálózatban. Hogyan lehet védekezni ilyen támadásokkal szemben? Internet szolgáltatók (ISP) viszonya a P2P alkalmazásokhoz. Tartalom szolgáltatók viszonya a P2P alkalmazásokhoz. Támadni vagy együttműködni?
LABOR
1. Ismerkedés a hálózati környezettel, alkalmazásokkal, melyeket a félév során használunk majd a gyakorlatok során. Wireshark (korábban Etherreal) a hálózati forgalom megfigyelésére. Házi feladatok bemutatása és kiosztása.
2. A PlanetLab hálózat, mint egy globális kutatói teszthálózat elosztott (peer-to-peer) alkalmazások működésének tesztelésére, elemzésére. A PlanetLab működése, szeletek kiosztása, kezelése. Programok feltöltése, futtatása, eredmények begyűjtése, kiértékelése. Teszt alkalmazások írása.
3. A Skype VoIP alkalmazás működésének bemutatása. A supernode választás hatása a mások, illetve a saját teljesítményre. A Skype által generált forgalom detektálása, szűrése. Tűzfal kikerülése.
4. A BitTorrent működése a gyakorlatban. .torrent file szerkesztése, hirdetés. Trükközés a rátákkal (choking/unchoking sorrend befolyásolása). "Valós" BitTorrent felhasználók megfigyelése (pl. hány kérés érkezik be és melyik peerről).
5. Trackerless BitTorrent megoldások – Vuze (korábban Azureus). Miben tud segíteni egy elosztott hash táblára (DHT) épülő megoldás? Hogyan változik a keresés hatékonysága, összehasonlítva a „klasszikus" BitTorrent-tel? Mennyire befolyásolja a hatékonyságot a nagy peer dinamika, a gyakori ki- és becsatlakozások (churn)?
6. A SopCast P2P streaming alkalmazás hatékonyságának elemzése, a hagyományos kliens-szerver megoldásokhoz (pl. vlc) képest. Pufferelési tulajdonságok. Hány peer kell a normális működéshez? Mit jelent egy peer kiesése?
7. Elosztott heterogén vezetéknélküli hálózatok támogatása P2P módszerekkel. Hálózati kódolás (network coding) alapú streaming média továbbítás peerek között.
8. A cache alapú megoldások működésének elemzése, a szolgáltató és a felhasználó szempontjából. Hogyan gyorsíthatja a fájlcserélő megoldásokat? Milyen hatása van a streaming megoldásokra? Hogyan méretezzük optimálisan a cache-t? Mit, meddig, és hol érdemes eltárolni?
9. openChord, JChord – nyílt forráskódú Chord DHT megvalósítások megismerése. Egy saját Chord kliens készítése egy JVM-en (Java Virtual Machine), a működés tesztelése és vizualizálása. P2P minta alkalmazás tervezése, fejlesztése.
10-11-12. Egy P2P tartalommegosztó alkalmazás fejlesztése és vizsgálata Android okos telefonokra. Android platformon szerezett programozási gyakorlat előny, de az órákon a Java programozási ismeretekkel rendelkező hallgatók is meg tudják oldani a feladatokat, mert az órák elején mindenki megkapja a korábbi lépéseket megvalósító mintaprogramot. A cél a peerek adattárolási és kommunikációs moduljainak egyszerű megvalósítása. A hallgatókat tapasztalati úton szembesítjük a peereket egy elosztott hálózatba szerevező alkalmazások fejlesztése során felmerülő problémákkal.
13. Kutatási feladatok P2P hálózatokban. Kitekintés jövőbeli alkalmazásokra, kísérleti P2P teszthálózat bemutatása.
14. Házi feladatok bemutatása, értékelése.
· A szorgalmi időszakban: 1 házi feladat az aláírás feltétele (min. 50%-os eredménnyel)
· A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga
· A laboratóriumi gyakorlatok legalább 70%-án való részvétel (a TVSZ-nek megfelelően)
Elővizsga: van
A szorgalmi időszakban a zárthelyihez kapcsolódik pótlási (javítási) lehetőség. A pótolható zárthelyi pótlására további lehetőség is van a pótlásra kijelölt időszakban. Javítási céllal írt pótzárthelyi esetén a (javító) pótzárthelyi eredménye felülírja a javítandó zárthelyi eredményét.
Előadások előtt és után, valamint az oktatók meghirdetett fogadóórájában előzetes e-mail egyeztetéssel.
Az előadások prezentációs anyagát a tantárgy honlapján elhelyezzük a hallgatók számára.
Ajánlott irodalom:
[1] A. Oram (ed.), “Peer-to-Peer: Harnessing the Power of Disruptive Technologies”, O'Reilly & Associates, 2001.
[2] J. Buford, H. Yu, E. K. Lua, "P2P Networking and Applications", Morgan Kaufmann Series in Networking, 2009.
