Gears4Net - Ein Programmiermodell für asynchrone Kommunikation in P2P-Systemen

Die vorliegende Arbeit betrachtet die Herausforderungen bei der Entwicklung massiv paralleler, verteilter Systeme. Am Beispiel des ortsbezogenen Peer-to-Peer-Systems Symstry werden geeignete Modelle zur Komplexitätsreduktion des Softwareentwicklungsprozesses abgeleitet sowie Verfahren zur Simulation derartiger Systeme etabliert. Die Arbeit ist in drei Themenschwerpunkte gegliedert. Der erste Schwerpunkt betrachtet die aktuell bestehenden Softwareentwicklungsmethoden im Hinblick auf den zunehmenden Parallelisierungsgrad und die daraus entstehenden Implikationen auf den Softwareentwicklungsprozess. Abgeschlossen wird dieses Kapitel mit dem Entwurf und der Implementierung des Programmiermodells Gears4Net. Dieses erlaubt die Betrachtung von Parallelität als Designkriterium und forciert sowohl die synchronisationsfreie Anwendungsimplementierung als auch die Zustandsmaschinen-ähnliche Quellcodestrukturierung. Im Fokus des zweiten Schwerpunktes steht die Konzeption und Implementierung des Peer-to-Peer-Systems Symstry. Symstry, das auf Basis des Gears4Net-Modells entwickelt und simuliert wurde, verfolgt den Ansatz symbolischer Adressierung zur Spezifikation von Endgeräten, Orten und Regionen. Der besondere Schwerpunkt dieses Themenkomplexes liegt bei der Konzeption effizienter Routing- beziehungsweise Geo-Cast- oder Range-Query-Verfahren. Abgeschlossen wird die Arbeit mit dem dritten Schwerpunkt, der Simulationsumgebung Inspector. Diese ermöglicht die komponentenweise Simulation beziehungsweise Emulation der auf Basis des Gears4Net-Modells entwickelten Softwarekomponenten und bildet die Grundlage für die Evaluation des Peer-to-Peer-Systems Symstry

NAT Traversal und verlässliche Datenverteilung in geschichteten Peer-to-Peer Systemen

Peer-to-Peer basierte Systeme haben in den letzten Jahren insbesondere im Bereich des Dateiaustasuches zunehmend an Verbreitung gewonnen. Peer-to-Peer Systeme sind dezentrale Netzwerke, in denen jeder Teilnehmer bzw. jeder Peer gleichberechtigt ist. Jeder Peer kann Dienste in Anspruch nehmen und stellt gelichzeitig anderen Teilnehmern Dienste zur Verfügung. Im Rahmen des Peers@play Projektes wird untersucht, ob auch komplexere Anwendungen, wie beispielsweise virtuelle Welten, auf Basis von Peer-to-Peer Systemen entwickelt werden können. In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze vorgestellt, die für die Entwicklung einer Peer-to-Peer-basierten virtuellen Welt verwendet werden können. Die vorliegende Arbeit betrachtet hierbei drei Aspekte aus unterschiedlichen Forschungsgebieten. Der erste Aspekt, der im Rahmen dieser Arbeit betrachtet wird, betrifft die Kommunikation zwischen Peers. Diese Kommunikation wird durch die Verbreitung von Network Address Translation (NAT) Routern erschwert. NAT Router reduzieren die Konnektivität der Rechner, die sich hinter den NAT Routern befinden. Die Herausforderung besteht darin, den Nachrichtenaustausch zwischen Peers, die sich hinter NAT Routern befinden, zu gewährleisten. Verfahren, die dies ermöglichen, werden als NAT Traversal Verfahren bezeichnet. In dieser Arbeit wird ein neues NAT Traversal Verfahren für das Transportprotokoll TCP vorgestellt. Da die Erfolgswahrscheinlichkeit eines NAT Traversal Verfahrens stark von den verwendeten NAT Routern abhängig ist, wird in dieser Arbeit zusätzlich ein Protokoll vorgestellt, das es ermöglicht das NAT Traversal Verfahren auszuwählen, das in einer bestimmten Situation die höchste Erfolgswahrscheinlichkeit bietet. Eine weitere Herausforderung betrifft die Umsetzung und konkrete Entwicklung einer Peer-to-Peer-basierten Anwendung. Hier existiert oft eine Vielzahl unterschiedlicher Ansätze für unterschiedliche Problemstellungen. Dabei ist es nicht immer im Vorfeld ersichtlich, welche Kombination von diesen Ansätzen die Beste in Bezug auf Performanz oder Stabilität ist. Um dies zu evaluieren, werden häufig Ansätze zuerst für existierende Simulationsumgebungen implementiert und anschließend für die eigentliche Anwendung. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird eine geschichtete Softwarearchitektur vorgestellt, die eine Peer-to-Peer-basierte Anwendung in Schichten und Komponenten unterteilt. Hierdurch können verschiedene Ansätze einfach ausgetauscht werden. Zusätzlich ermöglicht es die Architektur denselben Quelltext für die eigentliche Anwendung als auch für Simulationen zu verwenden. Der dritte Aspekt dieser Arbeit betrifft die Datenspeicherung. In einem Server-basierten System wird der Zustand einer virtuellen Welt auf einem zentralen Server gespeichert. In einem Peer-to-Peer System hingegen muss der Zustand der virtuellen Welt auf den Peers des Peer-to-Peer Netzwerks gespeichert werden. Hierbei müssen eine Reihe von Anforderungen bezüglich der Verlässlichkeit und Sicherheit der gespeicherten Daten erfüllt werden. Zusätzlich müssen Daten effizient abgefragt werden können. Daher werden im letzten Teil dieser Arbeit ein Peer-to-Peer Netzwerk sowie ein Replikationsverfahren vorgestellt, die die Grundlage für einen sicheren und verlässlichen Peer-to-Peer-basierten Datenspeicher bilden

Update propagation for peer-to-peer-based massively multi-user virtual environments

Over the last decade Massively Multi-user Virtual Environments (MMVEs) have become an integral part of modern culture and business. Applications for these large-scale virtual environments range from gaming to business and scientific research. Some MMVEs reach a user base in the tens of millions and the total number of users is estimated in the billions. Despite this success, launching an MMVEs is still a risky proposition. This is in large part due to the high cost associated with setting up and maintaining the necessary server infrastructure. One way of reducing the costs of operating MMVEs is to switch their system architecture from the current client/server-based model to one based on peer-to-peer (P2P) technologies. This has the potential to significantly reduce the infrastructure costs of MMVEs, as users bring their own resources into the P2P system and servers are no longer required, thus decreasing expenses and market entry barriers. This thesis describes a scalable and low-latency update propagation system for P2P-based MMVEs. Update propagation refers to the exchange of information about changes in the virtual environment between users and is one of the key components of MMVEs. Thus, the described system represents a key step towards operating MMVEs as fully distributed peer-to-peer systems