컴퓨터 네트워크를 공부하면서 정리를 한 내용들 입니다.

-참고 K-mooc 부산 대학교 유영환 교수님 : 컴퓨터 네트워크 강의

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P2P Architecture

• 항상 켜져 있는 특정한 하나의 서버가 존재하지 않는다.

• 각각의 peer들, end systems들은 직접적으로 통신을 한다.

• peer들은 필요 할 때 접속 했다가, 주소도 항상 바뀔 수 있다.

for example : 파일을 주고 받기 위한, 파일 공유를 위한 BitTorrent, 멀티미디어 데이터 스트리밍을 위한 KanKan, Skype도 역시 P2P 방식으로 인터넷 전화, Voice of IP를 수행하고 있습니다.

그림의 P2P의 전체 구조를 보면

클라이언트 서버 모델에서는 서버만 데이터를 업로드 하고 나머지는 다 데이터를 소비, 다운로드만 했었는데

P2P에서는 업로드도 하고 다운로드도 하는, 그래서 서버로도 동작하면서 클라이언트로도 동작하는 특징을 가지고 있습니다.

그래서 scalable 하다라고 말합니다.

새로운 peer가 들어오면 물론 데이터를 데이터를 요구하기도 하지만 서버로도 동작하기 때문에

클라이언트 수가 늘어나면 서버가 감당해야하는 부분이 이렇게 선형적으로 증가 합니다.

그런데 P2P에서는 클라이언트들이 일정부분 담당을 해 주기 때문에

물론 처음 접속해서 자기가 공유 할 데이터가 없을 경우에는 서버의 역할은 못하겠지만

처음 접속해서 데이터를 다운 받고 나면 그 다음부터는 다운 받은 데이터를

다른 사람한테 제공 해 줄 수 있기 때문에 오버헤드가 많이 증가하지 않고 천천히 증가하는 특징이 있습니다.

Case Study : bitTorrent

일단 P2P를 통해서 파일 공유를 할 때에는 파일이 크게 한 덩어리로 되어있지 않습니다.

파일은 다 작은 덩어리로 나누어져 있습니다.

BitTorrent 같은 경우에는 하나의 chunk라고 불리는 데이터 단위가 있는데

약 256 kb 정도의 크기를 가집니다.

이렇게 나누어져 있는 이유는 아주 큰 덩어리를 하나의 peer한테 바로 받으려면

그 보내주는 peer가 계속 내가 다운 받을 동안 접속 해 있어야 합니다.

chunk를 잘게 나누어 놓아야 일부는 A라는 사람에게 받고, 일부는 B라는 사람에게 받는 식으로 해서

조합하여 하나의 덩어리를 만들 수 있는 것이기 때문에 파일을 큰 덩어리로 하지 않고 잘게 나누어 놓았습니다.

torrent : 파일 chunk를 주고 받는 peer들의 그룹

bittorrent에서 실제 데이터들은 peer들이 서로 주고 받지만 특별한 서버가 있습니다.

Tracker

어떤 특정한 사용자가 Bittorrent에 접속을 했을 때 누구와 연결을 수립 해야 할 지 알지 못합니다.

처음에는 상대 peer들의 IP주소를 모르는 것이기 때문에 처음 접속한 사람은 Tracker라는 서버에 접속 해야 합니다.

접속 해서 어떠한 데이터가 필요하고, 누구한테 접속해야 하는지 등의 정보를 Tracker가 가지고 있습니다.

BitTorrent : Receving and Sending Chunks

Chunk를 받을 때 보면 하나의 전체 파일을 한 peer에서 받지 않습니다.

그렇게 되려면 시간도 오래 걸리고, 다운 받을 동안 나한테 데이터를 보내주고 있는 peer가

계속 접속하고 있을 것이라는 보장도 없기 때문입니다.

그래서 주기적으로 Alice는 전체 파일의 chunk를 쭉 나누어서 특정 chunk를 누가 갖고 있는지를 조사 합니다.

예를 들어서 첫 번째 chunk는 5개의 node가 가지고 있고,

두 번째 chunk는 2개의 node가 가지고 있고,

세 번째 chunk는 10개의 peer가 가지고 있다.

그러면 Alice 입장에서는 2개의 peer만이 가지고 있는 chunk를 미리 받아 놓아야 유리 합니다.

why?

2개의 peer가 접속을 끊고 나가 버리면 누구한테 받을 것인지 기약이 없기 때문입니다.

Alice는 만약 여러 개의 chunk를 받을 수 있다면 rarest first,

가장 적은 수의 peer가 가지고 있는 chunk를 먼저 받는 것이

데이터를 다운받는데 더 유리합니다.

그러나 P2P에서 문제가 되는 것이 Free-rider라는 것인데,

free-rider라는 것은 공짜로 이용하는 이라는 뜻 입니다.

각 peer들 한테 당신이 다운로드 받을 수 있는

데이터의 전송속도를 정하고, 업로드 하는 전송 속도를 정하라고 한다면

많은 사람들이 다운로드만 받고 싶지 자원을 써 가면서 남한테 데이터를 제공하려 하지 않을 겁니다.

자신의 이익만 취하고 서비스는 하지 않으려는 것 입니다.

많은 사람들이 실제로 P2P가 처음 서비스 되었을 때 이러한 행동을 취함으로써

실제적으로 네트워크가 제대로 동작하지 않는 그런 문제가 있었습니다.

이런 Free-rider 문제를 해결하기 위해서 많은 연구가 있었는데

Bittorrent는 tit-for-tat이라는 방식을 쓰게 됩니다.

tit-for-tat

“결국 받은 대로 갚아 주다” 라는 뜻이라고 생각하시면 됩니다.

각각의 peer들은 주기적으로 자기한테 가장 데이터를 잘 주는 4개의 top 4 peer를 선정합니다.

매 10초 마다 이것을 선정 해서 top 4 peer 한테는 서비스를 잘 해주는 것 입니다.

이렇게만 하면 나에게 잘 해주는 4개의 peer한테만 서비스를 잘 해주니까

상대 peer 입장에서도 내가 top 4에 해당되어 있겠죠.

결국은 이 두 peer만 서로 데이터를 계속 주고 받을 수 있게 되는 것입니다.

이런 경우 어떤 사용자가 처음 Bittorrent에 접속 했을 때,

이 사람은 처음 접속 했기 때문에 누구한테 데이터를 제공 해 준 적이 없습니다.

그러면 결국 이 사람은 top 4에 들어가지 못하므로 데이터를 받지 못하게 됩니다.

신규 참여자가 top 4에 들어갈 수 있는 가능성이 없기 때문에

그것을 방지하기 위해서 top 4를 측정 하면서

매 30초마다 랜덤하게 하나의 peer를 선정해서 서비스를 제공 합니다.

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