Britta Weber Doreen Rosenthal Peer-to-Peer Britta Weber Doreen Rosenthal

Inhalt Motivation Was ist Peer-to-Peer? 3. Vorteile 4. P2P-Architekturmodelle und Probleme 5. Kriterien für P2P-Netzwerke 6. Mobile Peer-to-Peer Netzwerke Zusammenfassung P2P & Napster

Was ist Peer-to-Peer? Wikipedia: peer-to-peer : any network that does not have fixed clients and servers nodes that function as both clients and servers P2P & Napster

Was ist Peer-to-Peer? Peer-to-Peer nach Clay Shirky : “Peer-to-Peer: Anwendungen, die Ressourcen am Rand des Internets ohne feste IP-Adressen ausnutzen” Lackmus-Test von Clay Shirky : „1. Does it allow for variable connectivity and temporary network adresses? 2. Does it give the nodes at the edges of the network signifikant autonomy?“  Peer-to-Peer-Applikation! P2P & Napster

Was ist Peer-to-Peer? Was ist Peer-to-Peer nicht? Eine spezielle Anwendung Ein Protokoll eine Art ein Netzwerk aufzubauen P2P & Napster

Beispiele: Was ist Peer-to-Peer und was nicht? Napster: P2P Ressourcen am Rande werden genutzt, flexible Adressierung, Autonomie der Randknoten e-mail: kein P2P Adressierung immer eine Maschine ICQ: P2P Adresse hat nichts mit DNS zu tun, User hat Kontrolle über Verbindung P2P & Napster

Vorteile von Peer-to-Peer (1) Ausnutzung brachliegender Ressourcen Früher: Clients nur „Dummys“, Rechenleistung und Speicherkapazität von Mainframes (Mainframearchitektur) Jetzt: PCs haben größere Rechenleistung als Server noch vor 3 Jahren (siehe auch Moores‘ Gesetz!) Ressourcen wie Rechenleistung und Speicherplatz liegen brach P2P & Napster

Vorteile von Peer-to-Peer (2) Brachliegende Ressourcen Angenommen, von den 300 Millionen Internet Usern hätten 100 Millionen PCs mit - 100 MHz - 100 MB Festplattenspeicher  10 Billionen MHz Prozessorkapazität ,10.000 Terrabyte Speicher fast ungenützt! P2P & Napster

Beispiel für Zentralisierung P2P & Napster

Beispiel für Dezentralisation P2P & Napster

Vorteile von Peer-to-Peer (3) Metcalfe‘s Law: Wert eines Netzwerkes steigt quadratisch mit der Anzahl der Teilnehmer . Anzahl möglicher Verbindungen : C ~ (N2 – N)/2 Netzwerkwert nach Metcalfe: V ~ N2/2 Bei sehr großem N : V~ N2 Größtmögliche Anzahl von Verbindungen ist nach Metcalfe wünschenswert P2P & Napster

Wie wir Metcalfe ignorieren P2P & Napster

Server durch Router ersetzt P2P & Napster

Ein Metcalfe-konformes Netzwerk P2P & Napster

Vorteile von Peer-to-Peer (4) Redundanz kein Punkt, über den die gesamte Kommunikation abgewickelt werden muss  Ausfall eines Peers kann nicht zum Zusammenbruch des gesamten Netzes führen Flexibler Neue User sind ohne Probleme zuzufügen Selbstorganisierend Jeder ist für sich selber verantwortlich d.h: es ist kein Admin mehr nötig, der alles gleichzeitig machen muss und damit überfordert ist P2P & Napster

Vorteile von Peer-to-Peer (5) Kostenminimierung Speicherplatz kostet (Hardware) Rechneleistung kostet Service kostet Beispiel: Oracle 70% Einnahmen für Services, Microsoft 30% IDC: (Managing Storage cost)=4*(Hardware cost) Beispielrechnung : Napster P2P & Napster

Kosten einer zentralisierten Napster-Architektur P2P & Napster

Kosten einer zentralisierten Napster-Architektur P2P & Napster

Kosten einer zentralisierten Napster-Architektur P2P & Napster

P2P-Architekturmodelle (1) Reines P2P-Modell Hängt ausschließlich von Clients ab Unabhängig von jedem zentralen Server Besitzt eine Art Plug-And-Play Feature Problem: Suche nach anderen Peers im Netz P2P & Napster

P2P-Architekturmodelle (2) P2P mit einfachem Discovery-Server Server stellt Namen der schon verbundenen Peers für hereinkommenden Peer bereit Finden von mehr Peers im Netz P2P & Napster

P2P-Architekturmodelle (3) P2P mit Discovery- und Lookup-Server Server stellt Liste der schon verbundenen Peers bereit und ihre verfügbaren Ressourcen Reduzierung der Last der Peers P2P & Napster

P2P-Architekturmodelle (4) Beispiele: Rein dezentral – siehe Gnutella (Original-Version) Dezentral mit Supernodes – siehe Kazaa und neu Version von Gnutella Kombination zentral/dezentral – siehe Napster P2P & Napster

Kriterien für P2P-Netzwerke Handhabbarkeit Informationskohärenz Erweiterbarkeit Fehlertoleranz Sicherheit Skalierbarkeit P2P & Napster

Mobile Peer-to-Peer Netzwerke (1) Ad-hoc Netzwerke - Mangel an Infrastruktur - dezentralisiertes Handeln - einfache Entstehung Einsatz von Manets(mobile Ad-hoc Networks) - aufgabenorientiertes Zusammenarbeiten - Applikationen auf mobilen Geräten (Services, Sharing) P2P & Napster

Mobile Peer-to-Peer Netzwerke (2) technischen Beschränkungen mobiler Geräte - keine Standards für Eingabe/Ausgabe - Akkubetrieb - Speicherkapazität Beachten der Struktur des mobilen Netzwerks und der Beschränkungen der mobilen Geräte P2P & Napster

Zusammenfassung Vorteile: kostengünstig, flexibel, bessere Ressourcenausnutzung… Probleme: hohe Netzwerkbelastung, Finden der Peers P2P-Architekturmodelle: Reines P2P-Modell, P2P mit einfachem Discovery-Server, P2P mit Discovery- und Lookup-Server P2P & Napster

Literaturhinweise Andy Oram: “Peer-to-Peer: Harnessing the Power of Disruptive Technologies”, O'Reilly Dreamtech, „Peer-to-Peer - Applikationen entwickeln“, mitp-Verlag “Peer-to-Peer Systems First International Workshop”, IPTPS 2002, Cambridge, MA, USA, March 7-8, 2002 Kwak, Fagin. Internet Infrastructure & Services, Bear Stearns, 2001. Seite 16-54. www.wikipedia.org wwwcs.upb.de P2P & Napster

Ralf Anske Stephan Lehmann Napster Ralf Anske Stephan Lehmann

Überblick Was ist Napster? Geschichte von Napster Was kann Napster? Aufbau und Funktionsweise Vor- und Nachteile Napsters Erfolg P2P & Napster

Was ist Napster? Entwickelt Anfang 1999 von Shawn Fanning, Student der Bostoner Northeastern University zum Tauschen von MP3-Dateien Damalige Situation: Große Nachfrage nach MP3‘s Geringes Angebot (häufig Seitensperrungen, zu viel Traffic) Ziel war direkter Austausch von MP3-Dateien zwischen Musikfans P2P & Napster

Geschichte Herbst 1998 Mai 1999 Juli 1999 Herbst 1999 Erste Konzeption Firmengründung Juli 1999 erste Betaversion nach wenigen Tagen 10000 User Herbst 1999 Download of the Week bei Download.com P2P & Napster

Geschichte Dezember 1999 April 2000 Juli 2000 Herbst 2000 Klage der RIAA Tauschen urheberrechtlich geschützter Werke illegal April 2000 Klage der Band „Metallica“ 300.000 User wurden verbannt Juli 2000 Einstellung des Dienstes nach Niederlage vor Gericht Nach einem Tag Wiederaufnahme durch einstweilige Verfügung Herbst 2000 In den Top50 der meistbesuchten Webangebote Napster meistgesuchtes Wort bei Lycos P2P & Napster

Geschichte Oktober 2000 Februar 2001 April 2001 Juli 2001 Bertelsmann kauft Napster Februar 2001 Endgültige Gerichtsentscheidung Copyright-geschützte Dokumente sind auszufiltern April 2001 Bertelsmann plant kostenpflichtiges Angebot Jedoch keine Einigung mit Musikindustrie Juli 2001 Betrieb eingestellt P2P & Napster

Geschichte Oktober 2001 November 2002 Oktober 2003 Einigung mit Musik-Industrie 26 Mio. $ wegen Urheberrechtsverletzungen 10 Mio. $ Lizenzgebühren im Voraus November 2002 Roxio kauft Napster für 4,6 Mio. $ Oktober 2003 Napster 2.0 Downloads ab 0,99 $ pro Titel P2P & Napster

Was kann Napster? MP3‘s nach verschieden Kriterien suchen Anbieten von MP3‘s Chat Funktion Erweiterung auf andere Dateitypen als MP3 mittels OpenNap P2P & Napster

Was kann Napster? Nach erfolgreicher Suche werden Dateiname, Dateigröße, Geschwindigkeit der Internetverbindung etc. des Dateianbieters gezeigt Doppelklick löst den Download aus P2P & Napster

Was kann Napster? P2P & Napster

Aufbau von Napster Zentral organisiertes Peer-to-Peer Netz Zentrales Verzeichnis Wer bietet was an Datenübertragung direkt zwischen Usern Konsument wird automatisch zum Anbieter P2P & Napster

Wie funktioniert Napster? Die Napster Benutzer müssen eine Software downloaden und installieren Diese verbindet den User mit einem Server (von Napster aufrecht erhalten) Aufgaben des Servers: Verknüpft die User ID mit einer IP Adresse Speichert die Adressen der Songs in einer Datenbank Suchen in der Datenbank (m.H. Indizes) Verbindet einen User direkt mit einem anderen, um den Download durchzuführen P2P & Napster

Wie funktioniert Napster? Ein User setzt einmalig Zugriffsrechte, welche Dateien im Netzwerk ausgetauscht werden können Transaktionen sind gewöhnlich nur in eine Richtung aktiv, in die des Datei - Anfragers Der Sender lässt es einfach zu (laissez-faire) Wenn ein User einmal eine Datei empfangen hat, wird er gleichzeitig auch ihr Anbieter P2P & Napster

Wie funktioniert Napster? Es sind mehrere Napster-Server gleichzeitig online Die Datenbanken der verschiedenen Server werden untereinander synchronisiert Die Datenbank eines Servers wird bei Logout oder Timeout eines Clients bereinigt P2P & Napster

Wie funktioniert Napster? Verbindungen benutzen das Napster-Protokoll Napster ist closed-source, aber das Protokoll wurde gehackt weil, Napster Client lief nur unter Windows Napster-Filter sollten unterlaufen werden Darauf aufbauend entstanden Napster-Client-Clone (Napigator, Napster Fast Search, WinMX, JNapster, gNapster, KNapster, Hackster etc.) Sowie offene Server-Projekte (OpenNap, JNerve) P2P & Napster

OpenNap Open Source Napster Server Auch für andere Systeme als Windows Jeder kann damit einen Napster-Server betreiben Weitere Mediendateien Synchronisation mehrerer Server P2P & Napster

Ablauf eines Downloads Anfrage an Napster-Server Client schickt search(200) oder browse(211) an Server Server schickt searchresponse(201) mit Client-Liste an Client Client schickt download request (203) P2P & Napster

Ablauf eines Downloads Bestätigung durch Server Server schickt download ack (204) mit der Port-Nummer des Ziel-Clients P2P & Napster

Initialisierung der Verbindung Normale Verbindung herstellen Client öffnet TCP-Verbindung zum Ziel-Client über Port aus 204 P2P & Napster

Ablauf eines Downloads Bestätigung durch Ziel-Client Ziel-Client antworte mit „1“ P2P & Napster

Initialisierung der Verbindung Datei anfordern Client sendet „GET“ + <nick> + <file_name> + <offset> P2P & Napster

Initialisierung der Verbindung Anforderung bestätigen Ziel-Client sendet Dateigröße oder „INVALID REQUEST“ oder „FILE NOT SHARED“ P2P & Napster

Initialisierung der Verbindung Alternativ kann die Verbindung zwischen den Clients auch vom Zielclient ausgehen (firewalled connection) Um Clients hinter Firewalls benutzen zu können P2P & Napster

Initialisierung der Verbindung Bestätigung durch eigenen Client P2P & Napster

Initialisierung der Verbindung Anforderung zum Upload der Datei auf den eigenen Client P2P & Napster

Initialisierung der Verbindung Bestätigung P2P & Napster

Senden der Daten Datentransfer zwischen den Clients Ziel-Client sendet die Datei Clienten senden „uploading file“(220)/“downloading file“(218) an den Server P2P & Napster

Abschluss der Übertragung Verbindung zwischen den Clients beenden Clients senden „upload complete“(221)/“download complete“(219) an den Server P2P & Napster

Vorteile von Napster Benutzerfreundlich, einfach zu bedienen Dezentrale Speicherung der Daten Großer Nutzerkreis Durch den zentralen Server bei der Suche sehr schnell (Anfrage muss nur einmal gestellt werden) P2P & Napster

Nachteile Der zentrale Server Bei Ausfall des zentralen Servers geht nichts mehr Der Server ist anfällig für Angriffe (DoS) Der Server kostet Geld Der Serverbetreiber kann rechtlich belangt werden Die Suchergebnisse können beeinflusst werden Sicherheitsrisiko durch Freigabe von Ressourcen auf den Clients Verbreitung von Viren, Trojanern etc. durch falsche Musik-Files Einbauen von Filtern, um Teilnahme am Musiktausch zu beschränken P2P & Napster

Warum war Napster so erfolgreich ? Direkter Zugriff auf Musik anderer Nutzer Kostenlos Jeder Nutzer wird gleichzeitig Anbieter Netzwerkeffekt (großes Angebot durch viele Nutzer) Satz von Metcalfe: Der Nutzen eines Netzwerks wächst im Quadrat wie die Anzahl seiner Nutzer. P2P & Napster

Napsters Erfolg Einige der wichtigsten Nutzergruppen von Napster waren Studenten Studenten neigen dazu Musik zu hören Universitäten haben eine schnelle Internetverbindung Studenten kennen sich besser mit neuen Techniken aus als andere Studenten haben kein Geld P2P & Napster

Napsters Erfolg Nach 20 Monaten über 65 Mio. Nutzer, zuletzt immer 1,5 Mio. Nutzer gleichzeitig online Januar 2001 Deutschlands meistgenutzte Anwendung (125min Nutzungsdauer pro Monat) P2P & Napster

Napsters Erfolg Nutzer mit schneller Verbindung bieten mehr an Nutzer mit langsamer Verbindung laden mehr herunter P2P & Napster

Die Zukunft: Napster 2.2 P2P & Napster

Zusammenfassung Ziel war direkter Austausch von MP3-Dateien Zentral organisiertes Peer-to-Peer Netz (mit extra Server) Datenübertragung direkt zwischen Usern Vorteile: Schnell, benutzerfreundlich Dezentrale Datenspeicherung Nachteile: Zentraler Server P2P & Napster

Literaturhinweise Andy Oram: “Peer-to-Peer: Harnessing the Power of Disruptive Technologies”, O'Reilly P2P-Buch04 Schoder-Fischbach P2P-Anwendungsbereiche-Herausforderungen Kwak, Fagin. Internet Infrastructure & Services, Bear Stearns, 2001 P2P & Napster

Vielen Dank! P2P & Napster