A DHT-based Peer-to-peer Architecture for Distributed Internet Applications

La tecnologia peer-to-peer é divenuta popolare soprattutto per applicazioni di file-sharing come Napster, Gnutella, Kazaa ed eMule, che sono state la componente principale del traffico di Internet per diversi anni. La tecnologia peer-to-peer, tuttavia, non é solo relativa al file-sharing. Molte applicazioni, utilizzate da milioni di utenti ogni giorno, come Skype, sono applicazioni basate sul paradigma peer-to-peer. Il paradigma peer-to-peer (P2P) é un modello di comunicazione in cui una moltitudine di dispositivi indipendenti ed eterogenei interagiscono come pari (peer). In una rete P2P pura, ogni nodo implementa le funzionalità sia di client che di server, e ciascun peer può instaurare una sessione di comunicazione in qualsiasi momento. I nodi sono disposti in un'overlay network, costruita sopra ad una rete esistente, come Internet. Molte applicazioni peer-to-peer sono basate su una particolare classe di reti peer-to-peer: le Distributed Hash Tables (DHT). Le DHT sono reti peer-to-peer strutturate che forniscono un servizio di memorizzazione e recupero di informazioni simile ad una classica hash table, in cui le chiavi sono mappate a valori, in modo scalabile, flessibile ed auto-configurante. Questa tesi riporta i risultati della ricerca sull'applicazione delle tecnologie peer-to-peer al di là del file sharing. Il lavoro é stato concentrato in primo luogo sullo studio ed analisi delle implementazioni esistenti di reti peer-to-peer, specialmente le Distributed Hash Tables, e le proposte per protocolli peer-to-peer definite dall'IETF P2PSIP Working Group. La principale attività di ricerca é stata la definizione di un'architettura peer-to-peer, chiamata Distributed Location Service (DLS), che permette di instaurare connessioni dirette tra gli estremi di una comunicazione senza la necessità di dipendere da server centralizzati. Il Distributed Location Server é un servizio peer-to-peer basato su DHT che può essere utilizzato per memorizzare e recuperare informazioni relative a dove e come accedere alle risorse, eliminando il bisogno di dipendere (parzialmente) dal sistema DNS e da servizi di localizzazione centralizzati, come il SIP Location Service. Le informazioni di accesso sono memorizzate nel DLS come coppie chiave-valore, che sono mantenute da una moltitudine di nodi che partecipano alla DHT su cui si basa il DLS. Il DLS é stato implementato come un framework, definendo un set di interfacce standard per la comunicazione tra i componenti del DLS, al fine di consentire la massima flessibilità sui componenti, come l'algoritmo di DHT e il protocollo di comunicazione in uso, in quanto nessuna ipotesi é stata formulata al riguardo nella definizione dell'architettura del DLS. L'algoritmo di DHT Kademlia e il protocollo di comunicazione dSIP sono stati implementati ed integrati nel framework DLS per creare applicazioni basate su DLS al fine di dimostrare la praticabilità dell'approccio DLS. Queste applicazioni dimostrative sono state realizzate altresì con l'intento di mostrare che il peer-to-peer non può essere ridotto al solo file sharing, ma che applicazioni di comunicazione real-time, come il VoIP, file system distribuiti, e Social Netowrks possono essere realizzati utilizzando come base un'architettura peer-to-peer. Sebbene l'attività di ricerca sia stata condotta in maniera indipendente dall'IETF P2PSIP Working Group, il Distributed Location Service si é rivelato molto simile alla proposta ufficiale, chiamata RELOAD, con la quale condivide diversi concetti ed idee. Un altro aspetto studiato é stato il problema del bootstrapping nelle reti peer-to-peer. Quando un nodo intende unirsi ad una rete P2P esistente, esso deve contattare un nodo che appartiene già all'overlay P2P, il quale ammetterà il nuovo nodo. Tipicamente, la scoperta di un nodo che partecipa già all'overlay avviene attraverso meccanismi quali l'utilizzo di cache, liste di nodi pre-configurate e l'interrogazione di server centralizzati. Sebbene questi approcci abbiano funzionato finora, essi non appartengono alla filosofia peer-to-peer, in cui la decentralizzazione, la scalabilità e l'auto-configurazione sono aspetti cruciali. Si é quindi definito e validato un approccio basato su Multicast, il cui scopo é quello di ottenere un servizio caratterizzato da scalabilità ed auto-configurazione.