修士研究計画 P2Pネットワークの最適化 kuro must: Survey ○テクニカルにチャレンジング ・マルチレイヤー（スーパーノードとリーフで） ・P2P - ルーティング 問題点をきっちり トランジットのトラフィックを減らすための要素 ・ CDNとP2Pの考え方？ （CDNの考えをP2Pに、それだけ？） ○誰がうれしいのか？ 仕組みがあって。。。 ゲートウェイモデル（の組み方にトリックがあればいい） クラスタリング どういう単位で AS IX トランジットへのトラフィックの集中がどれくらい問題なのか？ きちんと P2P specificなissue ファイル転送の抑制 問題点をハッキリ 3つの要素 トポロジの構成 ファイル検索 ファイルダウンロード 2018/11/29

問題 2018/11/29

P2Pネットワークの問題 トランザクションが把握できない 無駄なトラフィックの生成 見えない通信・ネットワーク ネットワーク・トポロジ 無駄なコピー経路 通信コストが大きな経路 トラフィック全体の84％がデータ転送量の多いユーザー上位20％によって使用されているという結果となっている 2018/11/29

P2Pによるトラフィック インターネットの全トラフィックの4～9割 原因 バックボーンの圧迫 他のアプリケーションと比べて膨大なトラフィック すべてのトラフィックがインターネット上を流れる 物理トポロジと論理トポロジのミスマッチ P2Pネットワークの管理機能の欠如 冗長な経路、必要のない通信 通信効率の悪化 2018/11/29

ネットワークの最適化の必要性 論理トポロジと物理トポロジの不整合 Internet 2 1 3 4 1 2 3 4 余分な中継 2018/11/29

ネットワークの最適化の必要性 物理トポロジを考慮しない論理トポロジ P2Pネットワーク（論理的トポロジ）レベルでの制御・管理が必要 インターネット上のトラフィックが増える バックボーンへの負荷が増大 P2Pネットワーク（論理的トポロジ）レベルでの制御・管理が必要 ネットワークのノードの配置を工夫することで、ノード間の物理トポロジを論理的トポロジに反映 ネットワークの最適化によりトラフィックが減少 2018/11/29

問題点 トランジットのトラフィック集中 トランジットのトラフィックを減らすための要素 複数のAS（インターネット）への影響 Internet eXchange Tier 1 Network トランジットのトラフィックを減らすための要素 余分なトラフィックの抑制 P2Pネットワークの最適化 冗長なデータの抑制 トポロジを考慮しない中継ノードの排除 2018/11/29

解決 2018/11/29

解決方法 マルチレイヤモデル P2Pルーティング クラスタリング スーパーノードとリーフノードで役割を分ける 例: Skype 経路の集約 例: Skype P2Pルーティング 物理トポロジを考慮した論理的トポロジの構築 例: Location-Aware Topology Matching[1] クラスタリング AS、IX単位などでトラフィックの集約を行う 2018/11/29

ネットワークの最適化 クラスタリング マルチレイヤモデルの採用 物理トポロジを考慮した論理トポロジの構築 Autonomous System（AS）ごとにクラスタリング AS内でトラフィックを集約・完結させることが可能 IXなどのインターネットバックボーンへの負荷が減少 マルチレイヤモデルの採用 スーパーノードを設置する ファイル検索の際のトラフィックを軽減 ネットワーク全体の管理を可能に 2018/11/29

ネットワークを最適化する（1/2） ノードがネットワークに参加する場合 最初にネットワーク全体を把握しているサーバに接続 サーバがノードの物理トポロジを考慮し、接続先ノードを選択 ノードがネットワークに参加 2018/11/29

ノードがネットワークに参加する場合 ネットワーク全体を把握しているサーバに接続 サーバがノードの物理トポロジを考慮し、接続先ノードを選択 Control Server ① Super Node ② AS: XXX3 ③ Node ネットワーク全体を把握しているサーバに接続 サーバがノードの物理トポロジを考慮し、接続先ノードを選択 ノードがネットワークに参加 AS: XXX3 2018/11/29

ノードがネットワークに参加する場合 ネットワーク全体を把握しているサーバに接続 サーバがノードの物理トポロジを考慮し、接続先ノードを選択 Control Server Super Node Node ネットワーク全体を把握しているサーバに接続 サーバがノードの物理トポロジを考慮し、接続先ノードを選択 ノードがネットワークに参加 AS: XXX3 2018/11/29

ネットワークを最適化する（2/2） ファイル検索を行う場合 ファイルをダウンロードする場合 AS内であらかじめスーパーノードを選択 インターネット全体での検索はスーパーノードへ問い合わせることで完了 ゲートウェイがネットワークの状態を把握することで、AS内のクエリを集約、トラフィックの増大を防ぐ ファイルをダウンロードする場合 直接接続 同一AS内のノードを経由してダウンロード 2018/11/29

最適化の流れ ノードがサーバへ接続する サーバ側でノードのASを判断 AS毎にスーパーノードを設定し、そこへ案内 例: i123-12-123-123.s12.a123.ap.plala.or.jp softbank220030088052.bbtec.net AS毎にスーパーノードを設定し、そこへ案内 スーパーノードがAS間通信を中継 スーパーノードはノード数に応じて増減 負荷が分散するようにノードを配置（サーバーの役割） 2018/11/29

ネットワークイメージ Control Server Super Node Node AS: XXX1 AS: XXX2 AS: XXX3 2018/11/29

ネットワークイメージ Management File Transfer Control Server Super Node Network Layer File Transfer Layer Leaf Node Network File Transfer 2018/11/29

P2P without AS optimization Edge Network Regional Routers Internet Transit Search & File Transfer Regional Routers Edge Network AS2 2018/11/29

P2P with AS optimization Edge Network Regional Routers Internet Transit Search File Transfer Regional Routers Edge Network AS2 Super Node 2018/11/29

P2P specificなissue ファイル検索 ファイル転送 スーパーノードの配置方法 一次配布ノードからのデータ転送 データの同期 十分なノード数が確保できないAS ファイル転送 一次配布ノードからのデータ転送 リソースが十分なAS内ノード？ クラスタリング？ 人気のあるファイル？ 2018/11/29

関連研究 Survey 2018/11/29

[1] Location-Aware Topology Matching in P2P Systems Location aware Topology Matching （LTM） TTL2-detector flooding 2ホップ先までのノード情報を保持する Low productive connection cutting 冗長な（非効率的）経路を閉じる Source peer probing （新しい）経路の調査を行う より小さいコストの経路を探す 検索クエリの応答速度を65%高速化 Gnutella 2018/11/29

[2] P2Pサービスにおける物理ネットワーク を考慮した論理的トポロジー構築手法 トラフィック計測によるパラメータ抽出 メッセージ到達範囲（TTL） 同時接続ピア数の効果 メッセージトラフィックによる影響 ネットワーク特性を考慮したピア接続手法 ホップ数 共有リンク数 ピア生存時間 ピア間の帯域 ピア間往復伝播遅延 具体的な実験などは行われていない あくまでパラメータの抽出とピア接続手法の提案 2018/11/29

[3] 高速なファイル検索、取得のための 障害回復力のあるP2P論理網構築手法 直径が小さく、かつ物理網特性を考慮した 論理網の構築手法 BAモデル 次数分布がパワー則にしたがうネットワーク成長モデル 優先的選択（Preferential Attachment）に基づく Location aware Topology Matching （LTM）と同等の性能 ピアのランダム消失・悪意のあるユーザからの攻撃に対しての障害回復力がある 直径が小さい: Phenix 今後の課題 物理ホップ数だけでなく、 利用可能帯域 遅延 動的に変化する指標を考慮して論理網を構築 一方でオーバーヘッドが高くなる 2018/11/29

[4] Brocade: Landmark Routing on Overlay Networks 階層的なネットワーク構成 ルーティングテーブルが縮小 最適なルーティングが可能 特徴 Structured P2Pを想定 仮想ノード番号を2b進数で表記 共有するprefixの桁数が増加する方へメッセージ転送 2018/11/29

[5] Brocade: Landmark Routing on Peer to Peer Networks http://roc.cs.berkeley.edu/retreats/summer_02/slides/hling.pdf 2018/11/29