Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Számítógép hálózatok alapismeretek

A tartalom elosztó hálózatok (Content Delivery Networks) egyre fontosabb szerepet játszanak az internet működésében. Az internetezők egyre nagyobb méretű adatokat akarnak elérni, ráadásul minél rövidebb idő alatt. Ennek érdekében a tartalomszolgáltatók igénybe veszik a tartalom elosztó hálózatok szolgáltatásait, így a kérdéses állományok hamarabb elérhetőek. A tantárgy célja, hogy a hallgatók megismerjék a tartalom elosztó hálózatok alapvető funkciót, felépítését, működési elvét.

1. hét

Bevezetés, a tartalom elosztó rendszerek alapvető tulajdonságainak ismertetése. A tartalmak szétosztása az Internet korai időszakában, ezen megoldások problémái: egyre nagyobb minőségi követelmények, melyeket a hagyományos architektúrák már nem tudtak teljesíteni. A tartalom elosztás új architektúrái, a jelenleg működő modern rendszerek felépítésének rövid áttekintése.

2. hét

A tartalom elosztó hálózatok általános felépítése. A rendszerek komponenseinek feladata, felépítése, funkciója. A tartalmak továbbításához használt szállítási protokollok előnyei és hátrányai. A tartalom elosztó hálózatok felosztása a működési elvük szerint: központosított vagy elosztott működés.

3. hét

A tartalom elosztó hálózatokban alkalmazott replikációs technikák. A replikációs technikák kiemelt szerepe a CDN rendszerekben, a tervezési döntések hatása a rendszer teljesítményére. A replikációs módszerek skálázhatósága, hatékonysága, dinamikus beállításának lehetősége. A replikációs probléma matematikai háttere, modellezése.

4. hét

A tartalom elosztó hálózatok menedzselése és üzemeltetése. A tartalmak továbbítása a hálózat különböző pontjaira. A tartalmak ideiglenes tárolásának (caching) módszerei, ezek hatása a hálózat teljesítményére. A felhasználók kéréseinek dinamikus továbbítása (redirection) a tartalom elosztó hálózatokban, ennek elméleti háttere és gyakorlati megvalósítása.

5. hét

Laboratóriumi foglalkozás keretében: szabadon hozzáférhető tartalom elosztó hálózati szoftverek gyakorlati megismerése. A rendszerek telepítése, beállítása és működtetése a laboratóriumi gépeken. A rendszer paramétereinek hatása a hálózat működésére, a hálózat teljesítményének mérése.

6. hét

Peer-to-peer (P2P) elven működő tartalom elosztó hálózatok ismertetése. Az elosztott működési elvből fakadó rendszertervezési következmények. Az elosztott CDN rendszerek előnyei, a jelenleg működő rendszerek egyéni jellegzetességei. Egy elosztott CDN rendszer részletes elemzése: a Bittorrent rendszer.

7. hét

A tartalom elosztó hálózatok matematikai modellezése, elemzése. Matematikai modell a CDN rendszerek erőforrásainak menedzselésére. Az erőforrások lefoglalásának modellezése, kidolgozott algoritmusok ismertetése. Egy erőforrás allokációs módszertan részletes tárgyalása: aukciós eljárások. Az aukciós módszerek elméleti háttere.

8. hét

ZH írás

A tartalom elosztó hálózatok árazása. Az árazás mint ösztönző módszer, az árképzés elméleti háttere, példák különböző árképzési algoritmusokra. Más, nem árazás alapú együttműködést elősegítő ösztönző rendszer tartalom elosztó hálózatokban.

9. hét

Laboratóriumi foglalkozás keretében: peer-to-peer elven működő tartalom elosztó hálózatok a gyakorlatban. A rendszerek telepítése, a hálózatok kialakítása, üzemeltetése. A hálózatok teljesítményének vizsgálata. Tartalom elosztás a Bittorrent rendszerben: a tartalom előállítása, elérhetővé tétele, továbbítása. Különböző kiegészítések hatása a hálózati forgalomra.

10. hét

Alkalmazás specifikus tartalom elosztó hálózatok. Médiatartalmak elosztására szolgáló CDN rendszerek, ezek speciális követelménye, felépítése. Élő illetve igény szerinti (on-demand) videó-tartalmak továbbítása tartalom elosztó hálózatokon. Tartalom elosztó rendszerek mobil eszközökön. Különböző tartalom elosztó hálózatok együttműködési lehetősége.

11. hét

Tartalom elosztó hálózatok Magyarországon. A hazai ipari szereplők hálózatának tulajdonságai: felépítés, menedzselés, teljesítmény. A hálózatok üzemeltetése, bővítésének megtervezése, kivitelezése.  A magyarországi CDN hálózatok szerepe a hazai interneten. Az előadásokat meghívott ipari szereplők munkatársai tartják.

12. hét

Tartalom elosztó hálózatok a világban. Globális tartalom elosztó hálózatok szerepe, ezen rendszerek működési elvének ismertetése (Akamai, Limelight, CDNetworks). A rendszerek felépítése, összehasonlító elemzése. Az egyes rendszereken megvalósított szolgáltatások bemutatása. Mérési módszerek, melyek lehetővé teszik a globális CDN rendszerek topológiájának megismerését.

13. hét

Legújabb kutatási irányok a tartalom elosztó hálózatokban. A CDN rendszerek jelenlegi hibái, továbbfejlesztési lehetőségei. Azon architektúrák, illetve működési elvek bemutatása, amelyek ezen a problémákat orvosolják. Az áttekintés alapját az utóbbi években megjelent, elismert nemzetközi konferenciákon publikált cikkek adják.

14. hét

Összefoglalás, a tartalom elosztó hálózatok további felhasználási lehetőségei. A tanszéki CDN témájú kutatások bemutatása, konzultáció.

A zárthelyi pótlása, elővizsga

• A szorgalmi időszakban: egy zárthelyi dolgozat és egy egyéni házi feladat megoldása (egy kiválasztott CDN rendszer részletes ismertetése vagy CDN-hez kapcsolódó implementációs feladat megoldása)
• A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga
• Elővizsga: az utolsó órán.
  

A zárthelyi dolgozat a pótlási időszakban, különeljárási díj fizetése mellett, másodszor is pótolható. Pótzárthelyi dolgozatok megírására a pótlási időszakban van lehetőség. A házi feladat a pótlási időszakban pótolható. A zárthelyi első alkalommal szorgalmi időszakban pótolható, és egy ismételt alkalommal pótlási időszakban pótolható.

.

Igény szerint, az oktatóval egyeztetve.

1. Rajkumar Buyya, Mukaddim Pathan, Athena Vakali (Editors): Content Delivery Networks (Lecture Notes in Electrical Engineering), Springer, 2008, 418 p., ISBN: 978-3540778868
2. Markus Hofmann, Leland R. Beaumont: Content Networking: Architecture, Protocols, and Practive, Morgen Kaufman, 2005, 352 p., ISBN: 978-1558608344
3. Stefan Saroiu, Krishna P. Gummadi, Richard J. Dunn, Steven D. Gribble, and Henry M. Levy: An Analysis of Internet Content Delivery Systems, OSDI’02, 2002.
4. George Pallis, Athena Vakali: Insight and perspectives for content delivery networks, Communications of the ACM, January, 2006.
5. Guillaume Pierre and Maarten van Steen: Globule: A Collaborative Content Delivery Network, IEEE Communications Magazine, August, 2006.