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PTP Flashcards

1
Q

Beispiel für PTP-Systeme

A

E-Mail, BitTorrent, Skype, Streaming-Lösungen

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Q

Merkmale von PTP-Systemen

A
  • Peers (“Clients”) sind meist Teil eines Overlay Netzwerks (bilden in einem anderen Netzwerk logische Verbindungen)
    • Kommunizieren direkt und übernehmen Client -und Serveraufgaben
    • Peers haben wechselnde Adressen im darüberliegenden Netzwerk
    • Sind gleichberechtigte Partner im System
    • Können ausfallen, sind nicht zuverlässig verfügbar
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Q

Napster

A
  • Kein richtiges PTP System, da Indexserver
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4
Q

Gnutella 0.4

A
  • Bootstrapping mit Liste stabiler peers + gwebcache (server mit liste aktuell aktiver peers)
    • Ping mit ID, TTL und Hop-Count
    • Join
      ○ Pings werden weitergeleitet, Duplikate vermieden, bei TTL=0 verworfen
      ○ Pongs werden zurückgeroutet, anhand es Weges des zugehörigen Pings
    • Suche
      ○ Query und QueryHit ähnlich wie Ping und Pong, Download direkt via HTTP
    • Lange antwortzeiten, sucherfolg mit glück
    • Hat small world eigenschaften
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5
Q

Gnutella 0.6

A
  • Hierarchisches overlay mit ultrapeers
    • Query Routing Protocol:
      ○ Dateiregistrierung beim Ultrapeer, Suche nur im Ultrapeer-Netzwerk
      ○ Dynamic Querying: 1. lokale Suche, 2. kleine Suche, 3. große Suche mit geschätztem TTL aus kleiner Suche
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6
Q

Clustering-Koeffizient

A
  • Kanten zwischen Nachbarn / mögliche Kanten zwischen Nachbarn
    • Bedeutet wahrscheinlichkeit, dass zwei nachbarn selbst nachbarn sind
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7
Q

Zufallsgraphen

A
  • Haben oft viel kleineren clustering-koeffizienten als reale netze
    • Kennzahlen: Knotengrad, Durchschnittliche Pfadlänge
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8
Q

Small world (Graph)

A
  • Kleine durchschn. Pfadlänge, hoher Clustering Koeffizient

- Gitter, Konten mit 4 Nachbarn + 1 Fernkante vernetzt

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9
Q

Skalenfreie Netze

A
  • Wenige stark vernetzte, viele schwach vernetzte Knoten
    • Pareto-Verteilung
    • Entsteht, wenn neu hinzukommende knoten sich mit einem knoten mit hohem knotengrad verbinden
    • Robustheit bei zufälligen ausfällen, aber anfällig für gezielte angriffe
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10
Q

DHT + Beispiele

A

Beispiele: Gnutella, CAN, CHORD, Distance Halving und Kademlia

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11
Q

CAN

A
  • Zustand: O(d)⁆, Routing O(dn^(1/d) )
    • Konstanter Grad, polynomieller Durchmesser
    • Quadrat, Schlüssel in 0..1 + 0..1, erst horizontal dann vertikal teilen
    • Soft state
    • Variationen:
      ○ Dimensionen: mehr Routingeffizienz
      ○ Realitäten: mehr Robustheit, da Schlüssel bei anderen Peers, und auch etwas mehr Routingeffizienz
      ○ Underlay-aware-routing mir RTT (roundtriptime): bessere Latenz
      ○ Überladen von Zonen: reduziert pfadlänge (wegen größerer gebiete) und latenz und robustheit, aber komplexer
      ○ Mehrere Hashfunktionen: Robustheit, Pfadlänge, Latenzoptimierung mit simultanen Anfragen möglich
    • Caching und Replikation möglich: Hot Spots vermeiden
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12
Q

Chord

A
  • Ring, 0..2^m−1
    • Zustand O(log n), Routing O(log n)
    • Logarithmischer Durchmesser, logarithmischer Grad
    • Predecessor/Successor
    • Successor-Routing O(n), Größe der Fingertabelle: O(log n)
    • Stabilize: Nachfolger nach Vorgänger fragen
    • Fix Fingers
    • Check Predecessor
    • Variationen:
      ○ Successor-Listen: Robustheit und dabei sogar effizient
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13
Q

Overlay Prinzipielle Schranken

A
  • Bei d ausgehenden kanten in höchstens h Schritten < d^(h1) Knoten erreichbar
    • Tradeoff zwischen Grad und Durchmesser
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14
Q

Distance Halving

A

Gradminimierte Netzwerke: Kontinuierliche Graphen: Distance Halving

- Konstanter Grad, logarithmischer Durchmesser
- Routing in O(log n) Schritten, Nachbarschaftsgröße O(1)
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15
Q

Kademlia

A
  • UDP basiert, daher ist Zustandsgröße kein großes Problem: k-Buckets
    • ID ist Bitstring (160 im Original-Paper)
    • XOR als Abstandsmetrik, max. k Einträge in einem Bucket
    • Nutzt fremden datenverkehr um routinginformationen zu gewinnen
    • Logarithmisches Routing
    • Schlüssel werden auf k Peers abgelegt für Redundanz
    • Suche nach k nächsten Peers einer ID
      ○ K nächste peers aufstellen und alpha=3 Peers eine Find_Node anfrage schicken (Parallel)
      ○ Antworten in liste einsortieren und immer alpha=3 anfragen parallel verschicken an die nächsten peers der aktuellen liste
      ○ Alpha=1 wie chord, höher desto schneller aber auch mit mehr last
    • Caching als soft-state bei dem nächsten peer, der den schlüssel nicht hatte
    • Join: 1. Suche nach eigener ID für nachbarn und dann Suche nach zufälligen Ids der jeweiligen Buckets zur Befüllung der Buckets und zum Bekanntmachen
    • Republish alle Stunde: lokale suche und replizierung der schlüssel auf k nächste peers
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16
Q

BubbleStorm

A
  • Keine DHT, ermöglicht unstrukturierte Suche (Dateiname, Größe, Format …)
    • Daten und Anfrage sollen sich in mindestens einem Punkt treffen
    • Sucherfolgswahrdscheinlichkeit ≥1−e^(−dq/n)
    • Zufälliger Graph, Knotengrad abhängig von verfügbarer Bandbreite, immer eine gerade Zahl, konstant
    • Neuer knoten hängt sich zwischen zufällig ausgewählte kanten
    • Wahl der kanten mit random walks
    • Wenn ausreichend lang, ist der endpunkt zufällig
    • Zum platzieren von kopien: bubblecast: erstellen von w kopien, 1 bei jedem besuchten knoten, verbleibende an nachbarn aufteilen
    • Zufällige soft-state replikation
17
Q

NAT Eigenschaften / Techniken

A 
Full cone
restricted cone
Hairpin-Translation
Symmetrisch/Asymmetrisch
UPnP/Statische Portweiterleitungen
18
Q

Restricted cone

A

Ausgehende Anfrage erlaubt nur antwort von gleicher ziel-Adresse

19
Q

Port restricted cone

A

Ausgehende Anfrage erlaubt nur antwort von gleicher ziel-adresse und port

20
Q

Relaying:

A

viel Datenverkehr, Latenz

21
Q

Hole-Punching

A

ermitteln öffentlicher und privater adressen mit rendevouz-punkt
○ Gleichzeitiger verbindungsaufbau über denselben socket (so hoffentlich selbe Portnummer wie vorher)
○ Bei tcp: min. 3 sockets mit demselben port: server, client zu rendevous, client zum peer
○ Voraussetzung: bei selbem internen ip+port auch extern selber port

22
Q

Hairpin-translation

A

○ Bei zwei peers hinter demselben nat: doppelte anwendung von NAT (ein und ausgehend)

23
Q

Symmetrischer nat

A

Unterschiedliche ports bei gleichem internen ip+port je nach externer ip
§ Lösung dort: Intelligentes raten

24
Q

Angriffsmöglichkeiten

A
  • Denial of Service
    ○ Gegenmaßnahmen: Kryptografische Puzzles, Captchas, Syn-Cookies
    • Poisoning Angriffe
      ○ Verbreitung falscher Routinginformationen oder Daten
      ○ Gegenmaßnahmen: Einflussbereich einschränken, z.B. ID abhängig von IP Adresse
    • Fehlerhaftes Weiterleiten
      ○ Gegenmaßnahme: Kontrolle beim Anfragenden belassen, iterativ statt rekursiv
    • Eclipse-Angriffe
      ○ Isolierung von Peers (kooperativ)
      ○ Gegenmaßnahmen: feste IDs
    • Sybil Angriffe
      ○ Viele Identitäten annehmen für Mehrheits-Einflüsse
      ○ Gegenmaßnahmen: Zertifizierte Identitäten, Existenz-Nachweise mit Puzzles o.ä., Reputationssysteme
25
Q

Reputationssysteme

A
  • Symmetrisch
    ○ Alle teilnehmer sind gleichwertig
    • Asymmetrisch
      ○ Besonders vertrauenswürdige instanzen
26
Q

Auditing

A
  • Berichte über Verhalten wird von anderen Peers kontrolliert, beispiel Speicherplatznutzung
27
Q

Spieltheorie

A
  • Nimmt Streng rational handelnde personen an
    • Eine Strategie ist strikt dominant, wenn sie stets einen höheren Nutzen bringt
    • Strategieprofil ist Nash-Gleichgewicht, wenn kein Spieler durch das Ändern seiner Strategie einen Vorteil erlangen kann
    • Strategieprofil ist gegenüber einem anderen Pareto-Überlegen, wenn mind. Ein Spieler einen Vorteil hat und gleichzeitig kein anderer einen Nachteil hat.
    • Stategieprofil ist pareto-optimal, wenn es kein pareto-überlegenes Strategieprofil gibt
    • Gefangenendilemma - Payoff Matrix: schweigen/gestehen A/B
      ○ Einer verrät, beide halten dicht oder beide gestehen
    • Mechanism Design: Inverse Spieltheorie, funktionierende Anreizsysteme schaffen
28
Q

BitTorrent

A

kooperativer Dateidownload
- .torrent Datei
○ Datei-Metainformationen
○ Tracker-URL
○ SHA1-Hashwert aller Teile
- Tracker für zufälliges Bootstraping mit aktiven Peers -> unstrukturiertes Overlay, gibt auch eine trackerless–basierte Lösung
○ Kademlia DHT, speichern der aktiven peers als liste an schlüsselposition (datei-id)
- Initial-Seeder
- Einteilung in Pieces (256KB) und Subpieces (16KB)
- Anfragen von Subpieces:
1. Angefangenes Vervollständigen
2. Seltenes Zuerst
3. Zufällige Teile zu Beginn
4. Endspiel Modus
i. SobaldallenochfehlendenUnterteileirgendwoangefragt sind,wirdjederUnterteilbeijedemNachbarnangefragt
- Peer kann uploaden (“Kooperieren”) oder nicht (“choken”): Währung
- Unchoking-Strategie soll pareto-effizient sein:
○ Belohnen von peers mit upload, die mir daten senden
§ Stabile Verbindungen
○ Ungenutzte Bandbreite für das Anweben neuer Kooperationen
○ Upload nur zu vier besten Nachbarn (höchste Datenrate) + 1 Zufällig
○ Anti-Snubbing: wenn lange kein vollständiger Teil, dann stattdessen zusätzliches Anwerben

29
Q

Streaming

A

Rechtzeitige Übertragung
○ Live-Streaming
§ Aufteilung in Chunks
§ Ein Baum
§ Mehrere Bäume
§ Vermaschtes Netz wie BitTorrent mit Angebot-Nachfrage oder anderer Steuerung
○ Video on Demand: Asynchronität
§ Patches und regelmäßiger Streaming-Start
□ Patches Download auf separatem Weg
§ Intervall-Caching
□ Vorhalten der letzten x Minuten und weiterübertragung
§ Vermaschtes Netz wie Bittorrent: Angebot-Nachfrage funktioniert nicht , stattdessen Reputationssystem

30
Q

DHT-Vergleichskriterien

A

Kommunikationsaufwand
für das Routing (Lookup-Pfadlänge)
für die Verwaltung der Datenstruktur (Join/Leave,
Reparaturen,. . . )
Robustheit,Zuverlässigkeit
gegen Ausfälle
gegen Angreifer
Fairness
bezüglich der Schlüsselverteilung
bezüglich der Routing-Last
Zustandsgröße
insbes. die Zahl der Verbindungen im Overlay (Grad)

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