PB001: Úvod do informačních technologií Luděk Matýska a Eva Hladká Fakulta informatiky Masarykovy univerzity podzim 2015 evropský sociální fond v ČR EVROPSKÁ UNIE MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 1/23 Q Multimédia v sítích Q Bezdrátové sítě Q Distribuované systémy Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 2 / 23 Multimédia v sítích Mult :imediální: systémy Cíl: přenos zvuku a obrazu po počítačové síti Požadavky na kvalitu (vlastnosti) spojení • včasné doručení • nepříliš velký rozptyl doručení paketů Spojované sítě (telefony) • jednodušší řešení • nedostatečná koncová kapacita • potenciální plýtvání pásmem (musí být vyhrazeno, i když mlčíte) Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 3 / 23 Multimédia v sítích Přepínané sítě • mohou dobře využít multicast • vyžadují kvalitu služby, rezervace • možná řešení • overprovision (dostatek kapacity bez ohledu na požadavky) • dedikované okruhy (ä la telefony): VPN • rezervace pro každý tok zvlášť: RSVP • agregace toků, rezervace (statická) pro agregace: DiffServ • pro současný Internet vhodné poslední řešení Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Uvod do informačních technologií podzim 2015 4 / 23 Multimédia v sítích Streaming o způsob doručení multimediálního obsahu klientům prostřednictvím sítě • live streaming • multimediální obsahu vzniká živě během streamování • Video on Demand vs. pasivní příjem • pasivní příjem obvykle pro příjem živých streamů • možné streamovat i multimediální archivy Videokonference a jednoznačný požadavek na interaktivitu • obousměrný provoz Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 5 / 23 Cíl: umožnit přístup k výpočetním a komunikačním zdrojům z mobilních zařízení • s infrastrukturou: buňková síť • bez infrastruktury: ad-hoc sítě Hlavní charakteristiky: • podstatně vyšší chybovost o oprava přímo na spojení, ne ve vyšších vrstvách • často kombinováno s redundancí • optické sítě (infra, laser) • silně závislé na vnějších podmínkách (mlha) • radiové • kapacita závislá na frekvenci, kvalita na kódovania vyzářené energii Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 6 / 23 Bezdrátové sítě Bur i ková síť • základové stanice pokrývají území signálem o základny jsou propojené drátovou sítí • veškerá komunikace mobilních agentů je směřována přes základové stanice • mobilní agent může plynule přecházet mezi základovými stanicemi Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 7 / 23 Motivace: vytvořit síť při absenci infrastruktury • živelné katastrofy, nedostatek financí/času • využívá pouze síťové vlastnosti účastníků Princip • kolekce autonomních uzlů komunikujících skrze decentralizovanou multi-hop síť o každý uzel zároveň koncovým uzlem i síťovým směrovačem • dynamická topologie sítě • řízení sítě rozděleno mezi jednotlivé uzly Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 8 / 23 Výhody • rychlé vybudovaní • odolnost - neobsahují single point of failure • efektivní využívání rádiového spektra Nevýhody o omezený dosah bezdrátové komunikace • komplikované řízení sítě díky neexistenci centrální entity • změny v topologii při pohybu mobilních uzlů Aplikace • záchranné operace při přírodních katastrofách • zasíťování osobních zařízení (hodinky, PDA, medicínské přístroje.. .) • vojenské operace • senzorové sítě Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 9 / 23 Bezdrátové sítě Možné realizace: • always on - bezdrátové sítě • přenos prostředí - realizované softwarově Mobilita s přenosem prostředí • např. čtení pošty přes webový prohlížeč • problémy • různost klientských systémů • bezpečnost - autentizace uživatele • vnímaná kvalita závislá na kvalitě připojení Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 10 / 23 Distribuované systémy 'istriDiiovane systémy • Počítač: několik vzájemně propojených komponent • Co se stane, když některé z propojení nahradíme sítí? Vznikne distribuovaný systém • Definice: • Systém, který je tvořen dvěma nebo více nezávislými počítači propojenými sítí a komunikujícími formou předávání zpráv. • Distribuovaný systém tvoří nezávislé počítače, které se uživateli jeví jako jeden celek [Tanenbaum]. Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 11 / 23 Distribuované systémy • Internet • Telefonní systém (automatické ústředny) • Multimediální systémy (videokonference, e-Learning) • Mobilní systémy • Clustery • Gridy • Peer-to-peer systémy • Cloud Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 12 / 23 Distribuované systémy Heterogenita jednotlivých složek • Middleware: skrýva heterogenitu (CORBA, Globus) • Mobilní kód (Java) Otevřenost/interoperabilita • Nezbytné využití standardů Bezpečnost • Autentizace, autorizace, soukromí Zpracování výpadků • Detekce, maskování, tolerance Rozšiřitelnost Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 13 / 23 Distribuované systémy Paralelismus • Nebezpečí např. „smrtelného objetí" (deadlock) 9 Závislosti (synchronní pohled) Transparence • Přístup • Místo • Replikace • Selhání • Mobilita/přenositelnost • Výkon • Skálovatelnost/rozšiřitelnost Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 14 / 23 Distribuované systémy Motivace: sdílení výpočetních zdrojů za účelem zvýšení efektivity • inspirace z elektrické rozvodné sítě (power grid) Vlastnosti • rozsáhlé distribuované systémy • heterogenní o geograficky rozsáhlé • dynamické (z pohledu uživatele) • velký výkon (desítky tisíc procesorů) • velké datové objemy (PB a více) Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 15 / 23 Distribuované systémy y- Data Gridy - zpracování velkých objemů dat, generovaných • zařízeními časticové fyziky • radioteleskopy • analýzou genomu • 3D snímky (mozek) Výpočetní Gridy - náročné výpočty • astronomie • vlastnosti materiálů • předpověď počasí (též Data Grid) • struktura a chování molekul Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Uvod do informačních technologií podzim 2015 16 / 23 ou Distribuované systémy • Nový přístup k nabídce výpočetních a úložných služeb • Postaven na virtualizaci zdrojů • Ta umožňuje nabídnout počítač nebo celou skupinu počítačů (cluster, grid) při zachování spravovatelnosti (manageability) • Uživatel dostává „holý" systém, který sám spravuje o Jednoduchý přístup, zpravidla přes webové rozhraní • Pay per use, tj. žádné počáteční investiční náklady Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 17 / 23 Distribuované systémy Amazon Elastic Cloud • přístup přes webové rozhraní • platba kreditní kartou • součástí nabídky i úložný prostor (Amazon S3) • nestrukturované objekty (upload/douwnload), blokový systém (ho disk), filesystém • platba i za přenos dat z/do S3, nikoliv za interní přesuny dat Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 18 / 23 Distribuované systémy Cloudy nabízí flexibilní kapacity • Je možné okamžitě dokoupit další zdroje • Virtualizace podporuje navyšování výkonu poskytnutím kopií • Potenciál pro odolnost proti výpadku Otevřené bezpečnostní problémy • Nejistota, kde jsou skutečně data uložena • Data i výpočty de-facto outsourcovány - ztráta kontroly Vhodné zejména tam, kde bezpečnost není kritická a není možné předem odhadnout skutečnou potřebu zejména výpočetního výkonu (a ta silně kolísá v čase) Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 19 / 23 I eer-to-peer Distribuované systémy systémy • decentralizovaný distribuovaný systém: klient-klient • tvořen vzájemně komunikujícími identickými entitami (peery) • opak modelu klient-server • každý peer je zároveň serverem i klientem • poskytuje služby ostatním peerům - role serveru • využívá služby ostatních peerů - role klienta Příklady • Skype - přenos hlasu a obrazu v reálném čase • BOINC - platforma pro distribuované výpočty • BitTorrent - sdílení dat • BitCoin - digitální měna Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 20 / 23 Distribuované systémy systému • distribuované řízení - neexistence centrální entity • samoorganizace • heterogenita - peerové běží na různých platformách • škálovatelnost - nehrozí přetížení centrální entity • dynamika - topologie systému se velmi rychle mění • sdílení zdrojů - každý peer se svými zdroji podílí na fungování P2P systému Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 21 / 23 Distribuované systémy Náročnost zbudování • K-S využívá jednoduchých modelů komunikace • P2P vyžaduje komplexní interakce Spravovatelnost • správa K-S systému je přehlednější díky koncentraci komunikace v jednom bodě Skálovatelnost • K-S model limitován HW parametry serveru - využívá se vyvažování zátěže mezi několika fyzickými stroji • P2P systém škáluje z principu - s rostoucím počtem peerů roste kapacita systému Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 22 / 23 Distribuované systémy Bezpečnost • v K-S modelu je za bezpečnost zodpovědný server • v P2P systému je zodpovědnost rozložena mezi peery - nutnost komplexnějších bezpečnostních protokolů Spolehlivost • K-S systém je závislý na běhu serveru - single point of failure • P2P systém je do velké míry redundantní - jednu funkcionalitu poskytuje zároveň více peerů Luděk Matýska a Eva Hladká (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 23 / 23