Sistemi Web distribuiti

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1 Università degli Studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Sistemi Web distribuiti Corso di Sistemi Distribuiti Valeria Cardellini Anno accademico 2009/10 Quali risorse Web? Risorse statiche Contenuto è relativamente stabile nel tempo (es., file HTML, immagini, archivi, ) Risorse volatili Contenuto viene modificato di frequente: periodicamente o da eventi in corso (news, eventi sportivi, titoli di borsa, ) Risorse dinamiche Contenuto creato dinamicamente (on-the-fly) sulla base della richiesta del client (motori di ricerca, shopping online, ) Risorse multimediali Contenuti audio/video con dimensioni tipicamente maggiori rispetto ad altri tipi di risorse (video clip, mp3, animazioni Flash, ) Risorse sicure Contenuti trasferiti su un canale cifrato (HTTPS) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 2

2 Quali requisiti per il sistema Web? Dipendenti dal tipo di risorsa Risorse statiche Nessun problema particolare, a meno che non siano di grandi dimensioni Risorse volatili Costo dipendente dalla frequenza degli aggiornamenti; possibilità di usare metodi push-based e fragment-based Risorse dinamiche Accesso a basi di dati; costo computazionale elevato Risorse multimediali 2 metodi per gestire risorse multimediali: download-and-play (HTTP) e play-during-download (RTP) Elevati requisiti di banda per entrambi (dimensione delle risorse); maggiore costo computazionale di play-duringdownload Risorse sicure Trasferimento di risorse di qualunque tipo su canali cifrati per esigenze di protezione e privacy; elevato costo computazionale SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 3 Quali generazioni del Web? Web di prima generazione: Web publishing Risorse statiche Contenuti prodotti dal content provider Anche Web 0.0 Web di seconda generazione: Web-based information system Anche risorse volatili, dinamiche e sicure Contenuti prodotti dal content provider Anche Web 1.0 Web di terza generazione: social Web, mobile Web Anche risorse multimediali Contenuti prodotti dal content provider e dagli utenti (anche mobili) Anche Web 2.0 SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 4

3 Quali tipi di siti? Siti tradizionali Comunicazione monodirezionale e non interattiva Prevalenza di risorse statiche, pochi servizi dinamici, pochi contenuti multimediali Siti multimediali Presenza di molte risorse multimediali Siti di informazione/shopping online Risorse volatili, soggette a rapidi cambiamenti HTML spesso generato dinamicamente Presenza di contenuti personalizzati (complica la generazione dinamica) Sicurezza per le transazioni Siti di social networking Siti di scambio di informazioni tra membri di comunità online (blog, wiki, sharing - Facebook, YouTube, Flickr, ) Quasi ogni pagina generata dinamicamente (persino post in database!) Autenticazione e personalizzazione SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 5 Perché sistemi Web distribuiti? Successo del Web Siti Web popolari soggetti a centinaia di milioni di richieste ogni giorno Per statistiche: Evoluzione dei servizi basati sul Web Servizi sempre più complessi con crescente carico computazionale Maggiori aspettative degli utenti Regola degli X secondi X=8, definita nel 2001 X=4, analisi del 2006 sponsorizzata da Akamai SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 6

4 Componenti del ritardo Web Web client DNS server Web server Address resolution delay DNS query DNS reply Client delay SYN j Connection delay Client delay Network delay Server delay SYN k, ACK j+1 ACK k+1 HTTP request Network delay HTTP response Dov è il collo di bottiglia? Dov è il collo di bottiglia? (1) DNS? (2) Client? (3) Rete? (4) Piattaforma server? SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 7 t Potenziamenti del Web Azioni a livello del CLIENT Possibilità di intervento limitato Azioni a livello di RETE Azioni da parte del CONTENT/SERVICE PROVIDER Replicazione dei server Caching Azioni da parte di INTERMEDIARI Focus Caching cooperativo (istituzionale o ISP) Content Delivery Network (commerciale) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 8

5 Ottimizzazioni dal lato server Scale-up Miglioramenti hw/sw LAN Scale-out Sistemi con server multipli (Web/cache) WAN SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 9 Scale-up e scale-out Scale-up software Interventi a livello del SO Evitare copie multiple dello stesso oggetto, politiche di scheduling diverse da round-robin (ad es. SRTF) Interventi a livello del server Web Apache 2.2, lighttpd, Zeus Web server Scale-out A livello di content/service provider Distribuzione locale dei server Distribuzione globale dei server Integrazione con meccanismi di caching A livello di intermediari Caching cooperativo Content Delivery Network Focus SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 10

6 Sistemi Web distribuiti Distribuzione locale Distribuzione globale Web cluster Web multi-cluster SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 11 Cluster (in generale) Definizione: A cluster is a type of parallel or distributed processing system, which consists of a collection of interconnected stand-alone computers cooperatively working together as a single, integrated computing resource. [Rajkumar Buyya] Un insieme di elementi di elaborazione che: cooperano in modo asincrono comunicano mediante una rete di interconnessione per risolvere velocemente problemi (di grandi dimensioni) E l unità di calcolo fondamentale e più diffusa per i servizi applicativi moderni Se occorre maggiore potenza computazionale: multicluster ovvero molteplici cluster distribuiti geograficamente Focus sull uso dei cluster in ambito Web SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 12

7 Sistemi Web distribuiti (2) Sistemi Web scalabili basati su piattaforme con server multipli Meccanismo di instradamento (routing) per indirizzare le richieste client al nodo migliore Algoritmo di distribuzione (dispatching) per individuare il nodo migliore Un componente esecutore per eseguire l algoritmo di distribuzione utilizzando il relativo meccanismo di routing SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 13 Architetture per Web cluster Front-end server Router/ Firewall Web servers Front-end server(s) Web switch (VIP) LAN Replicazione verticale Web server(s) Web application server(s) LAN (Presentation logic) (Business logic) Replicazione orizzontale Back-end server(s) (Transaction server/ Data server) Con tutte le possibili combinazioni SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 14

8 Architetture per Web cluster: una miriade di tecnologie (complesse( complesse) Network/OS technology Front-end server(s) Web switch (VIP) LAN Web server technology Web servers Middleware technology Web application servers Database technology Back-end servers Web cluster SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 15 Web cluster Architettura parallela o distribuita localmente che fornisce un applicazione Web Caratteristiche di trasparenza e scalabilità Indirizzi del Web cluster Un solo nome logico (es., ) Un solo indirizzo IP (virtual IP address o VIP) Web switch: nodo di front end del cluster Indirizzo IP dello switch = indirizzo IP del Web cluster Nodi interni del cluster Indirizzi IP dei nodi non visibili all esterno SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 16

9 Richiesta HTTP ad un Web cluster Client browser risorsa Web (5) richiesta HTTP (1) (3) (4) Internet Web cluster (2) root name server Fattori da considerare: name server locale name server autoritativo per Caratteristiche del Web switch Flusso dei pacchetti di risposta SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 17 Web switch Componente di rete con ruolo di dispatcher Anche detto traffic switch (non solo traffico Web) Mapping da VIP ad indirizzo IP di un server Distribuzione delle richieste a granularità fine A livello di pacchetto TCP o richiesta HTTP Implementazioni alternative Dispositivo hardware special-purpose Modulo software eseguito a livello kernel (SO specialpurpose) Modulo software eseguito a livello applicativo (SO generalpurpose) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 18

10 Web switch (2) Due architetture alternative in base al livello dello stack ISO/OSI in cui lo switch opera Web switch di livello 4 E content information blind Informazioni disponibili: sorgente e destinazione indirizzo IP, numeri di porta TCP, SYN/FIN bit nell header TCP Web switch di livello 7 E content information aware Informazioni disponibili: URL, cookie, altri header HTTP, identificativo SSL, Uno switch consente di gestire non solo traffico Web Nel corso focus su traffico Web Web switch anche detto traffic switch, application switch, Anche manager anziché switch SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 19 Architetture per Web cluster One-level routing (centralizzato) Fase di richiesta Web switch Web switch (Livello 4) Web switch (Livello 7) Two-way One-way Two-way One-way Packet rewriting Packet forwarding Packet tunneling TCP gateway TCP splicing TCP handoff TCP conn. hop SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 20

11 Architetture per Web cluster (2) Classificazione delle architetture basata su: Livello dello stack OSI a cui opera il Web switch Percorso seguito dai pacchetti I pacchetti in ingresso (inbound) passano sempre dallo switch I pacchetti in uscita (outbound) Passano anche dallo switch: architetture two-way Transitano attraverso un altra connessione: architetture oneway Meccanismo di routing utilizzato dal Web switch per reindirizzare i pacchetti inbound verso i server Ad esempio: packet rewriting, TCP handoff SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 21 Opera a livello TCP/IP Web switch di livello 4 Gestione della connessione TCP Pacchetti appartenenti alla stessa connessione TCP devono essere assegnati allo stesso server Il Web switch utilizza una binding table per la gestione delle connessioni TCP attive Il Web switch esamina l header di ogni pacchetto: nuova connessione (SYN) assegnamento del server connessione esistente ricerca nella binding table SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 22

12 Architetture di livello 4 two-way Packet double-rewriting Web server 1 Web server 2 Web server 3 Client browser Richiesta Risposta Internet (VIP) Web switch LAN DNS server locale DNS server autoritativo per Web server 4 Web server 5 SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 23 Architetture di livello 4 two-way (2) Packet double-rewriting Ogni server ha il suo indirizzo IP privato I pacchetti in uscita devono riattraversare il Web switch Web switch modifica dinamicamente sia i pacchetti entranti sia quelli uscenti Indirizzo IP destinazione dei pacchetti entranti (VIP! IP server) Indirizzo IP sorgente dei pacchetti uscenti (IP server! VIP) Ricalcolo dei checksum IP e TCP Tecnica basata sul meccanismo di Network Address Translation (NAT) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 24

13 Architetture di livello 4 one-way Packet single-rewriting Packet forwarding Packet tunneling Web server 1 Web server 2 Web server 3 Client browser Risposta Richiesta Internet (VIP) Web switch LAN DNS server locale DNS server autoritativo per Web server 4 Web server 5 SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 25 Architetture di livello 4 one-way (2) Packet single-rewriting Lo switch modifica solo i pacchetti entranti Il server modifica i pacchetti in uscita (IP server! VIP) Packet forwarding Non c è modifica dei pacchetti TCP/IP entranti ed uscenti: l inoltro avviene a livello MAC (ri-indirizzamento del frame MAC) Indirizzo VIP condiviso da Web switch e server (disabilitare ARP per VIP sui server) PRO: minor overhead sullo switch per pacchetto CONTRO: Web switch e server sulla stessa sottorete fisica Packet tunneling Lo switch incapsula il pacchetto IP del client in un altro pacchetto IP, il cui header contiene: VIP come indirizzo IP sorgente e indirizzo server come indirizzo IP destinatario Indirizzo VIP condiviso (come packet forwarding) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 26

14 Web switch di livello 7 Opera a livello applicativo Deve stabilire la connessione TCP con il client ed attendere la richiesta HTTP Ispeziona il contenuto della richiesta HTTP per decidere a quale server inoltrarla Parsing della linea di richiesta e degli header HTTP Gestione dei pacchetti inbound (ACK) Principali caratteristiche del content-based routing Consente il partizionamento dei contenuti/servizi del sito Web tra diversi server (eventualmente specializzati) Favorisce l utilizzo di meccanismi di caching Supporta il dispatching a granularità fine delle richieste HTTP effettuate tramite connessioni persistenti SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 27 Decisione sull assegnamento a livello 4 e 7 Livello 4: alla ricezione del segmento TCP con flag SYN Livello 7: alla ricezione della richiesta HTTP SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 28

15 Architetture di livello 7 two-way TCP gateway (livello applicativo) Il Web switch è realizzato mediante un proxy Forwarding dei dati a livello applicativo Overhead elevato Ogni richiesta/risposta attraversa sullo switch tutto lo stack di protocolli (data link " application " data link) TCP splicing (livello di SO) Ottimizzazione del TCP gateway Forwarding dei dati a livello TCP Splicing: giunzione a livello kernel di 2 connessioni TCP separate Il primo pacchetto determina la scelta del server e l instaurazione della connessione persistente fra il Web switch ed il server scelto I pacchetti successivi sono trasmessi dal Web switch a livello TCP Richiede modifiche del kernel del SO del Web switch SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 29 TCP handoff (livello di SO) Il Web switch passa (handoff) la connessione TCP al server scelto, che gestisce il servizio ed invia direttamente la risposta al client Richiede modifiche del kernel dei SO del Web switch e dei server Architetture di livello 7 one-way Client Server User level (1) Dispatcher (4) (5) Kernel (2) Handoff (3) Handoff TCP/IP TCP/IP TCP/IP response conn req ack conn req Forward handoff req ack Client Web switch Target server SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 30

16 Architetture di livello 7 one-way (2) Ottimizzazione del TCP handoff per aumentare la scalabilità Lo switch (centralizzato) inoltra i pacchetti TCP al componente distributore (distribuito sui server) Il dispatcher (centralizzato) sceglie il server Riferimento: M. Aron et al., Scalable content-aware request distribution in cluster-based network servers, Proc. of USENIX SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 31 Algoritmi di distribuzione nei sistemi Web Due classi di algoritmi di distribuzione Statici (stateless) Dinamici (state aware) Informazioni sui client (client info aware) Informazioni sullo stato dei server (server state aware) Informazioni sui client e sullo stato dei server (client info & server state aware) Nullo Livello di informazioni di stato Elevato SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 32

17 Algoritmi statici vs. dinamici Statici Dinamici Facile implementazione Overhead trascurabile (sullo switch) Possibili situazioni di sbilanciamento del carico Implementazione più complessa Overhead di comunicazione (tra switch e server) e di computazione (sullo switch) Miglior bilanciamento del carico a parità di politica adottata SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 33 Confronto meccanismi di distribuzione Livello 4 Livello connessione TCP Algoritmi di distribuzione content blind Algoritmi statici e dinamici Livello 7 Livello connessione applicativa (HTTP) Algoritmi di distribuzione content aware Algoritmi dinamici Almeno client info aware (occorre usare l informazione contenuta nella richiesta del client!) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 34

18 Distribuzione a livello 4 Non servono algoritmi particolarmente sofisticati Esempi di algoritmi statici: Random, Round Robin (assegnamento circolare) Esempi di algoritmi dinamici server state-aware: Attuano una distribuzione delle richieste in base allo stato di carico dei server Least loaded, Weighted Round Robin Algoritmi statici o dinamici? Prestazioni degli algoritmi statici confrontabili a quelle di algoritmi dinamici nel caso di richieste Web il cui tempo di servizio rientra in intervalli temporali di 2 ordini di grandezza Oltre i 2 ordini di grandezza, conviene utilizzare algoritmi dinamici SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 35 Distribuzione a livello 7 Esempi di algoritmi dinamici client info aware Identificatore di sessione, partizionamento del contenuto Esempi di algoritmi client info & server state aware Locality Aware Request Distribution (LARD) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 36

19 Algoritmi L7 client info aware Identificatori di sessione Richieste HTTP con stesso SSL id o stesso cookie assegnate allo stesso server Partizionamento del contenuto tra i server In base al tipo di risorsa (HTML, immagini, contenuto dinamico, audio, video, ) Obiettivo: utilizzare server specializzati per contenuti differenti In base alla dimensione della risorsa Obiettivo: aumentare la condivisione del carico (load sharing) Soglie di partizionamento determinate staticamente o dinamicamente Difficoltà: dimensione nota solo per risorse statiche, da stimare per risorse dinamiche In base ad una funzione hash applicata sul path della risorsa Obiettivo: aumentare il cache hit rate nei server Web SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 37 Algoritmi L7 client info & server state aware Locality Aware Request Distribution (LARD) Considera sia il tipo di richiesta/servizio sia lo stato di carico dei server Web Ha l ulteriore obiettivo di aumentare il cache hit rate dei server Web Riferimento: V.S. Pai et al., Locality-aware request distribution in clusterbased network servers, ASPLOS A A A A A server A A A C B C A A C B switch cache cache C B C C B server SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 38

20 Linux Virtual Server (LVS) Software open-source per realizzare un Web cluster Switching a livello 4: modulo IPVS nel kernel 2.6 di Linux LVS/NAT: double packet rewriting LVS/TUN: packet tunneling LVS/DR: packet forwarding Switching a livello 7: sottoprogetti (sperimentali) KTCPVS: livello applicativo nel kernel TCPHA: TCP handoff TCPSP: TCP splicing Caratteristiche salienti Scalabilità Elevata disponibilità Configurazione LAN e WAN SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 39 Prodotti commerciali per Web cluster Alcuni prodotti commerciali Citrix NetScaler Cisco Application Control Engine F5 Networks BIG-IP Local Traffic Manager Brocade (ex Foundry Networks) ServerIron Nortel Application Switches Radware AppDirector Resonate Central Dispatch Zeus Extensible Traffic Manager (Tranne Zeus) Dispositivi harware special-purpose che svolgono anche task CPU-intensive (quali crittografia e decrittografia SSL e gestione delle sessioni TCP) e caching Trend in corso: Web switch da load balancer ad application delivery controller SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 40

21 Oltre il front-end tier Fino ad ora abbiamo analizzato la replicazione orizzontale nel front-end tier (Web server) La replicazione orizzontale può essere attuata anche nei livelli più interni: middle tier, composto da application server back-end tier, composto da database server Web servers Web application servers Back-end servers Front-end server(s) Web switch (VIP) LAN WEB CLUSTER SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 41 Replicazione del middle tier Obiettivo del dispatching per il middle tier: scegliere l application server Granularità del dispatching: intera richiesta Dispatching attuato da un entità centralizzata interposta tra front-end e middle tier oppure in modo distribuito da ciascun server Web Dispatching implementato in molti prodotti commerciali usando semplici politiche di distribuzione (varianti di round-robin, weighted round-robin, least loaded) Ad esempio, per Apache e Tomcat: Connettore JK Dispatching tramite mod_proxy di Apache SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 42

22 Replicazione del back-end tier Il DB (o più in generale l applicazione di back-end) può consentire di essere eseguito su più nodi Replicazione del DB (completa o parziale) su più repliche identiche Distribuzione generalmente trasparente al middle tier (non vi è dispatching esplicito) Problema: Mantenere la consistenza dei dati nel DB replicato e la tolleranza ai guasti Come? Soluzioni già esaminate SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 43 Caching e clustering del back-end tier Per incrementare ulteriormente le prestazioni, si può integrare la replicazione del back-end tier con meccanismi di caching dei risultati delle query Utile nel caso di database read-intensive Ad es. il progetto open source memcached (usato ad es. da Youtube, Flickr) In alternativa alla replicazione del DB, si può usare un middleware per gestire un RAIDb (Redundant Array of Inexpensive Databases ) Ad es. il progetto open source Continuent Tungsten SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 44

23 Sommario caratteristiche Web cluster Architetture alternative (front-end tier) Web switch livello 4 vs. Web switch livello 7 One-way vs. two-way Principali vantaggi Controllo a granularità fine sull assegnamento delle richieste Elevata affidabilità (disponibilità, sicurezza) Principali svantaggi Presenza di single point of failure (il Web switch) Scalabilità limitata dal Web switch Scalabilità limitata dalla banda di accesso ad Internet (ad es. T3 # 45 Mbps) Soluzione Replica su scala geografica (global scale-out) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 45 Delivery su scala geografica Il content/service provider ha due possibilità per distribuire i propri contenuti/servizi su scala geografica in modo efficiente e scalabile: Il provider possiede e gestisce l intera piattaforma o delega la gestione della piattaforma ad uno o più data center (sistemi Web distribuiti geograficamente) Il provider gestisce solo i contenuti/servizi ma delega ad una terza parte il servizio di delivery dei contenuti/servizi agli utenti (Content Delivery Network) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 46

24 Sistemi con server Web multipli Distribuzione locale Distribuzione geografica Web cluster Siti Mirror Web multi-cluster Dispatching a livello 4 (OSI) Dispatching a livello 7 (OSI) Dispatching in 2 fasi (DNS+ Web switch) Dispatching in 3 fasi (DNS+ Web switch+ server) SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 47 Sistemi Web distribuiti geograficamente Problemi di rete per sistemi Web distribuiti localmente Scalabilità limitata dalla banda di accesso ad Internet Incapacità di evitare i link di rete congestionati Affidabilità della rete Scale-out globale Maggiore complessità dell architettura Meccanismi di routing ed algoritmi di distribuzione Difficoltà nella gestione dell infrastruttura Come selezionare il cluster migliore? Dove posizionare i cluster? SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 48

25 Web multi-cluster Sito Web implementato su di un architettura di Web cluster distribuiti geograficamente in diverse regioni Internet Meccanismo di routing delle richieste basato sul DNS Indirizzi del sito Web Un unico hostname al quale corrisponde molteplici indirizzi IP, tanti quanti sono i Web cluster L indirizzo IP fornito dal DNS autoritativo corrisponde al VIP dello switch del cluster selezionato Il DNS autoritativo del sito Web seleziona un cluster nella fase di address lookup mediante un algoritmo di tipo: Round-robin Prossimità di rete o geografica Carico dei cluster Prossimità e carico dei cluster Altro... SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 49 Sistemi Web geograficamente distribuiti Siti mirror Web multi-cluster Dispatching a 2 livelli Dispatching a 3 livelli Centralizzato Livello 1 Livello 2 Centralizzato Livello 1 Livello 2 Livello 3 Distribuito DNS autoritativo Web switch Web server SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 50

26 Web multi-cluster (2 livelli) Un unico hostname per il sito Un indirizzo IP per cluster Web switch Richiesta HTTP Web switch Web switch Risorsa Web DNS locale < ,TTL> DNS autoritativo per Web switch SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 51 Dispatching di primo livello (mediante DNS) Il primo livello di distribuzione geografico avviene nella fase di risoluzione dell indirizzo (address lookup): il client richiede l indirizzo IP del cluster corrispondente all hostname indicato nell URL se l hostname è valido, il client riceve la coppia da: < Indirizzo IP, Time-To-Live> cache di qualche name server locale o intermedio oppure DNS autoritativo del sito, opportunamente modificato (integrato o meno da altro componente). Può applicare diverse politiche di dispatching per selezionare il Web cluster migliore Soluzione anche detta redirezione DNS SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 52

27 Algoritmi di dispatching per DNS DNS-based dispatching Static Client info aware Cluster state aware Client info & cluster state aware Internet domain Cluster load Internet domain Cluster load SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 53 Prossimità in Internet La prossimità in Internet è un problema interessante: la prossimità geografica tra client e server non implica prossimità Internet Valutazione statica della prossimità indirizzo IP del client per determinare la zona Internet (simile a distanza geografica) numero di hop (informazione stabile più che statica ) network hop (ad es. traceroute) Autonomous System hop (query delle tabelle di routing) Non garantisce la selezione del cluster migliore: links are not created equal SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 54

28 Prossimità in Internet (2) Valutazione dinamica della prossimità round trip time (ad es. ping, tcping) bandwidth disponibile (ad es. pathchirp, per una lista più completa) latenza delle richieste HTTP (es., request emulation) Tempo aggiuntivo e costi di traffico per la valutazione Un problema ancora aperto: correlazione tra numero di hop e round trip time? Misure vecchie (1995): prossima a zero Misure recenti (dal 2000): mediamente elevata SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 55 Problemi del dispatching geografico (di cui le politiche di dispatching devono tener conto) Problemi tipici del dispatching Web Picchi di carico in alcune ore/giorni Problemi aggiuntivi Traffico dipendente dai fusi orari Distribuzione non uniforme dei client tra le regioni Internet Prossimità Internet tra client e Web cluster Connessioni da una Regione Ora del giorno SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 56

29 Problemi del dispatching tramite DNS Oltre ai problemi del dispatching geografico Controllo limitato sulla risoluzione delle richieste di indirizzo Nel caso di siti Web molto popolari, il DNS autoritativo controlla solo il 5% del traffico in arrivo al sito Perché? A causa del caching hostname-indirizzo IP nei name server locali e intermedi per l intervallo del Time-To- Live Come risolvere il problema? Usando un TTL prossimo a zero, ma Usando a livello del DNS autoritativo algoritmi di dispatching sofisticati (ad es. TTL-adattativi) E comunque un meccanismo di distribuzione content-blind SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 57 Come risolvere i problemi del dispatching DNS Fase di risoluzione dell indirizzo: integrare il dispatching attuato dal DNS autoritativo con quello effettuato da un altra entità Fase di richiesta della risorsa Web: integrare il dispatching centralizzato attuato dal DNS autoritativo con dispatching distribuito da parte dei cluster Alcuni meccanismi di re-routing delle richieste: Ridirezione HTTP IP tunneling URL rewriting SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 58

30 Dispatching per Web multi-cluster luster Indirizzi del sito Web visibili Un unico hostname (ad es., ) Un indirizzo IP per ogni Web cluster Livelli multipli di routing e dispatching: DNS autoritativo seleziona il Web cluster migliore (dispatching inter-cluster) Web switch del cluster seleziona il Web server migliore (dispatching intra-cluster) Ciascun Web server (o Web switch di livello 7) può ridirigere le richieste verso un altro Web cluster, ad es. per risolvere situazioni temporanee di sovraccarico (dispatching inter-cluster) Per semplificare, non consideriamo gli ulteriori livelli di dispatching interni al cluster SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 59 Web multi-cluster (3 livelli) Web switch Web switch Prima HTTP request Go To Risorsa Web Web switch Seconda HTTP request Local DNS ( ,TTL) Web switch Authoritative DNS for SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 60

31 Motivazioni per terzo livello di dispatching Web multi-cluster con due livelli di dispatching Controllo elevato sul carico che raggiunge il Web cluster (buon bilanciamento intra-cluster) Ma reazione lenta ad un cluster sovraccarico (cattivo bilanciamento inter-cluster) Web multi-cluster con tre livelli di dispatching: Reazione immediata per spostare il carico da un Web cluster sovraccarico Quale meccanismo di ridirezione? HTTP redirection SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 61 Ridirezione HTTP Supportato dai browser (parte del protocollo HTTP) New location ridirezione ad un indirizzo IP (prestazioni migliori ma no trasparenza) ridirezione ad un hostname HTTP message header HTTP status code Moved temporarily to a new location DNS e Web switch: usano politiche di dispatching centralizzate Ridirezione: usa politiche di dispatching distribuite, in cui tutti i server Web (o i Web switch) possono partecipare al (ri)assegnamento delle richieste SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 62

32 PRO Ridirezione HTTP: pro e contro Compatibile con tutti i client e server Web Meccanismo distribuito che soddisfa requisiti di affidabilità (no single point of failure ) Distribuzione delle richieste content-aware CONTRO Limitata alla ridirezione di richieste HTTP (altri meccanismi di ridirezione più generali, ad es. IP tunneling) Maggior traffico di rete: ogni richiesta ridiretta richiede una nuova connessione TCP Tuttavia, la ridirezione riduce il tempo di risposta quando impatto del server > impatto della rete SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 63 Prodotti commerciali per Web multi-cluster Alcuni prodotti commerciali Cisco ACE Global Site Selector F5 Networks BIG-IP Global Traffic Manager Radware AppDirector Resonate Global Dispatch Zeus Extensible Traffic Manager Supportano il dispatching di primo livello basato su DNS, usando algoritmi basati su latenza, carico e disponibilità SD - Valeria Cardellini, A.A. 2009/10 64