Analisi del Sistema BitTorrent

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1 Corso di Laurea Magistrale in Informatica Sistemi Distribuiti Analisi del Sistema BitTorrent Docente Sebastiano Pizzutilo Studente Nwokorie Prisca Onyinye

2 Che cos è BitTorrent? BitTorrent è un Sistema per la distribuzione e condivisione di file. Fu scritto in Python da Bram Cohen nel2002: il software è completamente free e Open Source. Cerca di combattere il fenomeno del free-riding, implementando all interno dei suoi algoritmi una strategia tit-for-tat. È uno dei sistemi P2P più diffuse ed è responsabile di almeno il 35% del traffic. Nasce dall ultima esperienza lavorativa dibram in un azienda, dove si conservavano I file dei progetti divisi in parti crittografate, distribuite fra vari computer.

3 L architettura BitTorrent 3

4 I Componenti di BitTorrent.torrent svolge la funzione di indice in quanto contiene la descrizione di tutti i pacchetti in cui è stato suddiviso il file originale. Le chiavi hash garantiscono l integrità dei vari piece Un qualsiasi client BitTorrent può sia leggere file.torrent sia generarli Gli elementi informativi variano a seconda che il file sia singolo o composto 5

5 Funzionamento di BitTorrent L'obiettivo di BitTorrent è di realizzare e fornire un sistema efficiente per distribuire lo stesso file verso il maggior numero di utenti disponibili, i quali possono sia prelevarlo scaricandolo sul proprio terminale (download) che inviarlo ad altri (upload). Colui che desidera scaricare un file deve ottenere il file.torrent; aprire il file.torrent con un client BitTorrent Si deve Il client BitTorrent si avvia Il tracker indicato dal file.torrent viene contattato La comunicazione avviene attraverso HTTP request e response 12

6 Funzionamento di BitTorrent Il peer comunica al tracker: Quale file vuole scaricare Su quale porta si attende di ricevere la lista di peer da cui scaricare Un peer_id che lo identifica univocamente Info_hash Numero di porta sul quale il client è in ascolto I bytes inviati agli altri client all inizio della sessione I bytes scaricati dagli altri client dall inizio della sessione I bytes rimanenti per completare il download del file 13

7 Funzionamento di BitTorrent Il tracker restituisce una lista di peer da cui è possibile scaricare Peer_id: valore che il peer ha fornito in fase di connessione Ip: indirizzo IP del peer Port: numero di porta usato dal peer Si instaura una comunicazione con gli altri peer Inizia la fase di scambio di messaggi 14

8 Messaggi e scambio di dati Handshake Colui che inizia la connessione trasmette il proprio handshake, mentre il peer dall altro lato attende se è in grado di servire torrent multipli simultaneamente La connessione può essere troncata nel caso in cui il campo info_hash contenga un valore errato, o se peer_id non corrisponde al valore aspettato 17

9 Messaggi e scambio di dati Bitfield è opzionale e, nel caso in cui il client non possieda nessun piece, non è necessario spedirlo ha una lunghezza variabile e indica i pieces posseduti dal peer che ha inviato il messaggio. Completato lo scambio di bitfield tra i peers in comunicazione, cominciano le richieste dei pieces mancanti attraverso messaggi di request 18

10 Messaggi e scambio di dati Request ha una lunghezza fissa e nel suo payload troviamo le informazioni riguardanti il piece richiesto. Se un peer è in grado di esaudire una richiesta passa alla fase di upload del piece indicato in quest ultima inviando un messaggio di tipo piece. Piece ha una dimensione variabile che dipende da quella del blocco del piece che è stato selezionato. 22

11 Messaggi e scambio di dati Have Appena un piece è stato scaricato viene controllato tramite il valore hash e la sua ricezione è notificata alla maggior parte dei peers connessi al client con l invio di un messaggio di have avente lunghezza prefissata. Cancel Se in seguito ad un particolare avvenimento un client non è più interessato ad un blocco di cui aveva fatto richiesta invia un messaggio di cancel di dimensione fissa. 24

12 Messaggi e scambio di dati Keep alive I peers che non ricevono nessun messaggio entro un certo periodo di tempo possono abbattere la connessione; i keep-alive devono essere quindi spediti per mantenere la connessione attiva se non sono stati spediti comandi per un dato lasso di tempo, tipicamente due minuti. 26

13 Messaggi e scambio di dati I seguenti messaggi servono per poter aggiornare le informazioni di stato della connessione: Choke: blocca l upload; Unchoke: sblocca l upload; Interested: segnala l interesse verso qualche chunk dal peer remoto; Not interested: comunica la perdita di interesse verso il peer remoto. 27

14 Algoritmi Piece download strategy Strict Priority, Rarest First, Random First, Endgame Mode Choking e Optimistic Chocking Antisnubbing 28

15 Algoritmi-Piece download strategy Strict priority Se si effettua la richiesta di un piece a un peer, tutte le restati richieste saranno associate a quello stesso peer Completamento più veloce del download Ad Esempio: Un file è costituito da 8 blocchi. Lo swarm si suppone che sia composto da due peers: il peer A che è un seed, e il peer B che è un leecher, e che possiede solo i pieces 2 e 3 completi, e il primo blocco del piece 1. Prima di poter richiedere blocchi appartenenti a qualsiasi altro piece, il peer B dovrà completare il piece incompleto. 29

16 Algoritmi-Piece download strategy Rarest First Il peer sceglie come nuovo piece da scaricare quello con minore occorrenza nello «swarm» Si alleggerisce il carico sul seeder Il piece più raro si determina conservando le informazioniricevute dagli altri peer presenti nel bitfield, e alla ricezione del messaggio have Questa tecnica dovrebbe prevedere una selezione random deipiece più rari per non incorrere nelrischio che tutti richiedano lo stessopiece.

17 Algoritmi-Piecedown load strategy Random First utilizzato in alternativa a Rarest First nel caso in cui si voglia iniziare il download di un file e il peer non è in possesso di nessun piece. Si sceglie in modo random la prima parte e poi si applica il Rarest First, poiché altrimenti l operazione potrebbe rallentarsi notevolmente in quanto è più semplice che un piece raro sia in possesso di pochi peer. Endgame Utile quando si sta per terminare il download del file Per i piece mancanti viene inviato una richiesta in broadcast e, ogni qualvolta che viene richiesta viene ricevuta, occorre inviare un messaggio in cui si indicano le parti che non sono più di interesse. 31

18 Algoritmi-Choking e Optimistic Chocking Non è tecnicamente parte del protocollo BitTorrent, ma è necessario per una buona performance. Ogni peer rende unchoked un numero fissato di altri peer, di solito quattro, che prendono il nome di downloaders. Il problema diventa scegliere quali peer rendere unchoked. Le decisioni relative a quali peer rendere unchoked sono basate strettamente sul tasso corrente di download. I primi algoritmi di choking erano poco performanti in quanto il valore della banda di connessione varia rapidamente non appena le risorse diventano disponibili o non lo sono più. Per ovviare a questa problematica, i peer in BitTorrent ricalcolano chi vogliono soffocare ogni 10 secondi.

19 Algoritmi-Choking e Optimistic Chocking Ogni 30 secondi (optimistic_unchoke_interval) viene effettuata un ulteriore scelta detta optimistic unchoking. Il client riserverà una ulteriore parte della sua banda di upload ad un peer indipendentemente dal download rate che sperimenta nei suoi confronti. Questo meccanismo permette al client di saggiare la bontà delle connessioni inutilizzate alla ricerca di una migliore di quelle attualmente in uso e fornisce ai peers appena entrati a far parte dello swarm la possibilità di completare il prima possibile una parte del file. 33

20 Algoritmi- Antisnubbing Può accadere che il client venga soffocato da tutti i peers da cui sta scaricando Un client che non riceve nessun piece per più di un minuto da un determinato peer soffoca subito la connessione assumendo di essere stato snobbato (snubbed) da quest ultimo e avvia un optimistic unchoking.

21 Vai a Installazione di BitTorrent

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24 Cercare il file desiderato

25 Scarica un torrente con un sacco di seminatrici

26 Trovare un equilibrio tra dimensioni e qualità

27 Scarica un link magnete, se disponibile

28 Trasferimento di file Torrent

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30 Bibliografia Wikipedia David Erman Dragos Ilie Adrian Popescu, BitTorrent Session Characteristics and Models, Dept. of Telecommunication Systems, Sweden Applicazioni peer-to-peer Vito Astone, Modellizzazione del protocollo BitTorrent attraverso il formalismo delle Abstract State Machines(ASM) Unige Disi Davide Chiarella Sistemi Distribuiti P2P 38