Sieć CAN (Content Aware Network) Andrzej Bęben, Politechnika Warszawska
description
Transcript of Sieć CAN (Content Aware Network) Andrzej Bęben, Politechnika Warszawska
Sieć CAN (Content Aware Network)
Andrzej Bęben, Politechnika Warszawska
1
Plan prezentacji
WprowadzenieSieć CAN
ArchitekturaMechanizmy i algorytmy
Prototyp sieci CANSieć eksperymentalna PI CANPodsumowanie
2
Wprowadzenie (1)
Sieć CAN (Content Aware Network)zaprojektowana do efektywnego dostarczania treści multimedialnych (sieć post-IP)zaimplementowana w Systemie IIP jako jedna z trzech Równoległych Sieci Internetopracowana przez 6 zespołów
3
Politechnika Warszawska
Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe
PolitechnikaWrocławska
Instytut Łączności Politechnika Śląska
Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej
Wprowadzenie (2)
Motywacja dla sieci CAN:Przekaz treści multimedialnych, tj. filmy wideo, programy telewizyjne i radiowe, stanowi obecnie około 70% ruchu w sieci Internet
Sieć Internet nie była projektowana do przekazu treści z czego wnikają główne ograniczenia:
brak jednolitego systemu identyfikatorów treści prowadzący do ograniczenia dostępności treści
dostęp do treści wymaga znajomości jej fizycznej lokalizacji, tzn. adresu serwera przechowującego treść (komunikacja w sieci Intertnet wymaga znajomości adresów IP)
sieć jest „nieświadoma” przesyłanej treści – co prowadzi do wielokrotnego przekazu tej samej treści i braku możliwości wykorzystania mechanizmów wspomagających
połączenia multicast
przechowywanie replik popularnej treści w pamięci podręcznej węzłów
wybór serwera oraz ścieżek pomiędzy serwerem treści a użytkownikiem.
4
Sieć CAN (1)
Cel: Zaprojektowanie sieci PI CAN, która jest zorientowana na dostarczanie treści od wydawcy do użytkownikaMetoda:
Efektywne dostarczenie treści jest możliwe dzięki wiedzy o:lokalizacji serwerów na których są dostępne repliki treści żądanej przez użytkownikawymaganiach dotyczących przekazu treści, tj. usługa sieciowa, wymagany poziom jakości obsługi, przepływność, dopuszczalny poziom strat pakietówaktualnym obciążeniu serwerówwarunkach ruchowych panujących w sieci
Co jest potrzebne?Nowa architektura sieci, w której informacja o treści, jej lokalizacji jest częścią sieci -> Content Aware Network vel. Information Centric NetworkNowe mechanizmy wspomagające przekaz treści
5
Sieć PI CAN (2)
6
Podstawowe procesy w sieci PI CAN:
Wyszukanie treści i przygotowanie sieciPobranie treści
Wydawca
Udostępnia treść na serwerach
Rejestruje treść w sieci PI CAN
Publikowanie treści
Użytkownik
Żądanie treści
1. Wyszukiwanie dostępnych replik2. Wybór najlepszego serwera i ścieżki sieci
Przygotowanie sieci
Adres serwera
Pobranie treści
Przekaz pakietów
Sieć PI CAN (3)
Architektura sieci PI CAN
7Płaszczyzna przekazu danych
Płaszczyzna sterowania
Funkcje obsługi żądań użytkowników
Funkcje przekazu
Pobranie informacji o lokalizacji
i obciążeniu serwerów
Ob
słu
ga
żą
da
nia
uży
tko
wn
ika
Przekaz treści przez ścieżki przekazu
Konfigurowanie ścieżek przekazu
Płaszczyzna zarządzania
Funkcje zarządzania ścieżkami przekazu
wielo-ścieżkowy, wielo-kryterialny
ruting
Funkcje lokalizacji treści Funkcje zarządzania treścią
Tworzenie identyfikatora
treści
Rejestrowanie treści
Umieszczanie replik treści
Przechowywanie i wyszukiwanie „Rekordu treści”
Proces decyzyjny
Funkcje monitorowania i pomiarów
Pomiary warunków ruchowych w sieci
Pomiary obciążenia serwerów
Funkcje zarządzania siecią
Strategie zarządzania
Przekaz wiadomości sterujących i zarządzania
Konfigurowanie sieci
Zarządzanie awariami
Pobranie informacji o ścieżkach i ich
obciążeniu
Wymiarowaniesieci
Użytkownik
Żądanie pobrania treści (ID)
Buforowanie treści w pamięci podręcznej
Mechanizmy i algorytmy sieci PI CAN
Identyfikator treściWyszukiwanie i lokalizacja treściZbierania wiedzy o stanie sieci i serwerach:
Routing wielościeżkowyStan obciążenia serwerów
Proces decyzyjnyPrzekaz treści – węzły CAFE
8
Identyfikator treści (CID)
9
CID (Content ID) pełni rolę adresu, za pomocą którego użytkownik oraz system identyfikuje dostępne obiekty
Wymagania:unikalny w całej sieciniezależny do lokalizacji treściwspierający łatwe wyszukiwanie treści brak znaczenia semantycznego
Rozwiązanie przyjęte w PI CAN128-bitowy identyfikator bez wewnętrznej struktury, generowany za pomocą funkcji MD5 (na podstawie zawartości) lub funkcji GUID
Wyszukiwanie i lokalizacja treści
10
Wyszukiwanie treści jest realizowane za pomocą algorytmu COLOCAN (COntent LOcalisation for CAN), który tworzy rozproszoną bazę danych przechowywaną w węzłach sieci CAN
Algorytm COLOCAN bazuje na idei algorytmów DHT, w którym proces wyszukiwania węzła przechowującego szukany rekord wykorzystuje strukturę drzewa binarnego
Złożoność algorytmu: Maksymalnie O(log N) przekazanych zapytań w sieci N węzłów sterujących sieci PI CAN
CM 0000
CM 0001
CM 0011
CM 1---
CM 0010
CM 01--
0 1
0
0
0
1
1 1 0
1
Proces decyzyjny
11
Proces decyzyjny jest odpowiedzialny za wybór serwera oraz ścieżki dostarczania treści od serwera do użytkownika biorąc pod uwagę wiedzę o treści, stanie serwerów i warunkach panujących w sieci:
Algorytm decyzyjny w sieci PI CAN wykorzystuje ranking dostępnych rozwiązań, tj. par <serwer, ścieżka> oparty na analizie wielokryterialnej używającej poziomów odniesienia
Proces decyzyjny jest inicjowany dla każdego żądania i zwraca „najlepszą” parę <serwer, ścieżka> z dostępnych rozwiązań
Rozwiązanie to umożliwia równoważenie obciążenia serwerów i sieci
Zbierania wiedzy o stanie sieci i serwerach:
Wiedza o stanie sieci i serwerów jest uzyskiwana z:
Protokołu rutingu wielościeżkowegoMiędzydomenowy, wielokryterialny, wielościeżkowy
Systemu zarządzania domeną
Systemu monitorowania stanu serwerów
12
Przekaz treści – węzły CAF
Węzły CAF przesyłają pakiety na podstawie listy kluczy przekazu zawartej w nagłówku pakietu. Opracowana metoda przekazu:
wykorzystuje ideę rutingu źródłowego na poziomie domenumożliwia wykorzystanie wielu ścieżek pozwala wybrać drogę przekazu dla każdego żądania treścipozwala zminimalizować tablice routingu (klucze są lokalne)pozwala zastosować zaawansowane przetwarzanie pakietów w węzłach
13
Płaszczyzna przekazu danych
Terminal użytkownika
Udostępnionemateriały
Serwer treści
Udostępnione materiały
Serwer treści
bCAF
CAF
bCAF
bCAF/CAF
treść
treść
1
2
3
treść32
treść32
treść3
treść3
Ruting IPv6
Ścieżka przekazu treści
Identyfikator reguł przekazu treści1
CAF
CAFCAF
CAF
Węzeł sieci PI CAN (CAF)
Prototyp sieci CAN (1)
Węzły sieci CAN zostały zaimplementowane jako węzły wirtualne systemu IIP na trzech platformach:
XEN rozwiązanie programowe
EzAppliance Przekaz danych realizowany sprzętowoSterowanie realizowane programowo
NetFPGA Przekaz danych realizowany sprzętowoSterowanie realizowane programowo
14
Prototyp sieci CAN (2)
Sieć CAN została zintegrowana z 3 aplikacjami:HomeNet Media - domowe centrum multimediów
integracja lokalnych i zewnętrznych źródeł treścipersonalizowane profile użytkowników
Rozproszone Muzeum Wirtualneinteraktywne obiekty 3Dpobieranie progresywne
Cyfrowa Biblioteka Pacjentajednolity dostęp i wyszukiwanie rozproszonych danych medycznychudostępnianie danych medycznych zamkniętym grupom użytkowników, np. lekarzom, rodzinie
15
Sieć eksperymentalna CAN
Sieć CAN:jest zbudowana z 9 węzłów CAN zlokalizowanych w 6 ośrodkach PW, IŁ, PCSS, IITiS, PWr oraz AGH połączonych przez PL-LABkażdy węzeł pełni rolę węzła dostępowego, szkieletowego lub serwera treściUmożliwia przeprowadzenie testów funkcjonalnych oraz wydajnościowych związanych z publikowaniem i pobieraniem treści
16
100M
100M
100M
100M
100M
10M1G 1G
40M
aaas-hnm css-hnm
cs-hnm
aaas-phn
css-phn
cs-phn
1G 1G
1G
aaas-dvm
css-dvmcs-dvm
1G
Node 9 (XEN AGH)
CAN
Wirelessmesh (PP)
5M
Node 2 (EZ IL)
CAN
distributed CR
Node 6 (IITiS)
CAN
GPON
1G
Node 7 (EZ PWr)
CAN
1G
Node 8 (XEN PWr)
CAN
cs-hnmcs-dvmcs-phn
cs-hnmcs-dvmcs-phn
Node 4 (XEN IL)
CAN
e3e3
e2e1
e4
e4
e4e2
e2 e2
e2
e2
e3
e4
e2
e3
e2
e3
e2
e3
e3e5
e1
e6
e1
e1
e1 e1
e1
VLAN 150 (80M)Node 5 (PCSS) CAN
e1
1G
1GCAN
Node 10NetFPGA
Node 3(XEN PW)
CAN
Node 1 (EZ PW)
CAN
e5
e6
e2
e3
e1
Podsumowanie
17
Sieć CAN zakłada nową architekturę (rozwiązanie post-IP) specjalizowaną dla przekazu treści:
Ujednolicony dostęp do treściidentyfikatory niezależne od lokalizacjiefektywne algorytmy wyszukiwania informacji o lokalizacji treści
Mechanizmy i algorytmy sterowania siecią uwzględniające warunki panujące w sieci oraz obciążenie serwerów Nowa metoda przekazu treści umożliwiająca wybór ścieżek dostarczania treści dla każdego żądania
Zaimplementowany prototyp, integracja z aplikacjami oraz badania symulacyjne oraz eksperymenty przeprowadzone w sieci testowej potwierdziły efektywność sieci PI CAN w porównaniu do obecnie stosowanych modeli dystrybucji treści, np. CDN
Rozwiązanie było prezentowane na wielu wystawach (CeBIT2013, ITC 2012, KST 2012, FIA 2011) oraz publikacjach konferencyjnych