D. Rosaci Naming

1. D. RosaciNaming

2. Il ruolo dei nomi nei SD • i nomi sono usati per condividere le risorse, identificare univocamente le entità e far riferimento alla loro posizione • Per risovere i nomi è necessario implementare un sistema di naming • Il naming nei SD si differenzia da quello per sistemi non distribuiti per l’implementazione Naming

3. Nomi, identificatori e indirizzi • Un nome è una stringa di bit o caratteri utilizzati per riferirsi a un’entità • Un’entità è una qualsiasi risorsa: un host, una stampante, un file, un oggetto… • Per operare su un’entità in genere occorre accedervi attraverso un access point • Il nome del punto d’accesso di un’entità è chiamato indirizzo dell’entità Naming

4. Nomi, identificatori e indirizzi • Un entità può avere più punti di accesso, quindi più indirizzi • Un’entità può cambiare indirizzo nel tempo • Importante: un’entità che cambia punto di accesso nel tempo, come viene identificata? • Esistono entità (ad esempio servizi Web) che sono associate a punti di accesso variabili nel tempo (ad esempio cambia la locazione della macchina server che li ospita) • I nomi di queste entità dovrebbero essere indipendenti dagli indirizzi (variabili) dei punti di accesso di volta in volta associati Naming

5. Problematiche sul naming • Se un’entità ha più punti d’accesso, quale nome associare all’entità? • Es. un Web service di un’azienda è distribuito su più Web server, con differenti indirizzi. Quale indirizzo è il migliore? • Occorre un nome (nell’esempio, un nome per il Web service) indipendente dalla posizione. Naming

6. Identificatori • Sono nomi aventi particolari caratteristiche: • Un identificatore si riferisce al massimo ad una entità • Ogni entità è referenziata al massimo da un identificatore • Un identificatore si riferisce sempre alla stessa entità (cioè non è mai riusato) Naming

7. Indirizzi e identificatori • Poiché un indirizzo può essere assegnato a più entità, non è un nome adatto per fungere da identificatore • Alcuni nomi sono particolarmente adatti per essere ricordati, e quindi usati facilmente, dalle persone: nomi human-friendly • Questi nomi sono in genere rappresentati da stringhe di caratteri (es. nomi DNS) Naming

8. Legame identificatore-indirizzo • C’è uno stretto legame tra la risoluzione dei nomi nei SD ed il routing dei messaggi • Un sistema di naming mantiene un collegamento nome-indirizzo per le entità • Una tabella di coppie (nome,indirizzo) non è però adatta a realizzare il naming dei sistemi distribuiti, che spesso si espandono in grandi reti di calcolatori • Ciò che succede è che invece un nome viene scomposto in molte parti, come ftp.cs.vu.nl • Un client che ha bisogno di conoscere l’indirizzo del punto di accesso di ftp.cs.vu.nl risolverà prima nl per trovare il server NS(nl) responsabile dei nomi relativi a nl, quindi passerà il resto del nome a NS(nl) • Quest’ultimo risolverà il nome vu identificando il server NS(vu.nl) responsabile dei nomi che terminano con vu.nl, e passerà il resto del nome a NS(vu.nl) • Si continua così a procedere come sopra Naming

9. Tre tipologie di naming • Naming Semplice • Naming Gerarchico • Naming basato sugli attributi Naming

10. Naming semplice • In questi sistemi i nomi sono stringhe di bit casuali, non strutturati • Distinguiamo: • Soluzioni semplici • Approcci home-based • Hash Table distribuite Naming

11. Naming semplice: soluzioni semplici • Valido per localizzare un’entità su reti locali • In tale ambito, un messaggio contenente l’identificatore del mittente è messo in rete, ed è richiesto ad ogni macchina di controllare se possiede l’identificatore • Principio usato nel protocollo di risoluzione degli indirizzi ARP per trovare l’indirizzo a livello data-link di una macchina dato il solo indirizzo IP • In ARP, una macchina mette in rete un messaggio chiedendo chi sia il proprietario di un certo indirizzo IP. Il destinatario risponde col suo indirizzo data-link (l’indirizzo Ethernet) • Il broadcasting diventa inefficiente man mano che la rete cresce • Alternativa: Multicasting. Solo un numero ristretto di macchine riceve il messaggio • Es: un impiegato di un’azienda, quando entra in rete, riceve oltre all’IP un’assegnazione ad un gruppo multicast. Se qualcuno lo cerca, manda la richiesta al gruppo multicast, specificando l’IP Naming

12. Naming semplice: soluzioni semplici • Un’altra soluzione semplice sono i puntatori forwarding • Quando un’entità si sposta da A a B, lascia su A un forward alla sua nuova posizione su B • Quindi un client può rintracciare l’entità seguendo la catena di puntatori forwarding • Inconvenienti: • Le catene possono diventare molto lunghe • Ogni punto intermedio deve mantenere le informazioni di forwarding • Sistema vulnerabile all’interruzione della catena Naming

13. Naming semplice: Hash Table Distribuite • Le illustriamo tramite il sistema Chord • Chord usa uno spazio degli identificatori a m bit per assegnare identificatori casuali ai nodi e chiavi a specifiche entità • Il numero di bit è di solito 128 o 160, a seconda di quale funzione di hash viene usata • Un’entità con chiave k cade sotto la giurisdizione del nodo con il più piccolo identificatore id maggiore o uguale a k • Questo nodo è chiamato succ(k) Naming

14. Naming semplice: Hash Table Distribuite • Questione fondamentale: come risolvere la chiave k nell’indirizzo di succ(k)? • Approccio ovvio (e non scalabile): ogni nodo p tiene traccia del suo predecessore pred(p) e del suo successore succ(p+1). • In questo caso, quando un nodo p riceve una richiesta con chiave k, vede se pred(p)<k<=p. In caso positivo, restituisce il suo stesso indirizzo come risposta alla richiesta. In caso negativo, inoltra la richiesta al suo predecessore o al suo successore, a seconda del valore di k • La complessità di questa ricerca è lineare Naming

15. Naming semplice: Hash Table Distribuite • Chord non usa l’approccio lineare, ma un approccio finger-table • Ogni nodo di Chord mantiene una tabella (finger table) di al massimo m elementi • Nella finger table Fp del nodo p ci sono memorizzati gli indirizzi di alcuni nodi successivi a p, dove la distanza tra i nodi cresce esponenzialmente • Fp[i]=succ(p+2i-1), i=1,2,…. • Quindi l’i-esimo elemento punta al nodo successivo a p di almeno 2i-1 posizioni • Per individuare una chiave k, il nodo p stabilisce se è lui stesso a gestire k, altrimenti vede se k ricade tra p e Fp[1] e in tal caso gira la richiesta a Fp[1], altrimenti inoltra una richiesta al nodo q con indice j nella finger table tale che: • q=Fp[j-1]<k<=Fp[j] Naming

16. Naming semplice: Hash Table Distribuite • La ricerca in Chord richiede solo log(N) passi, dove N è il numero di nodi nel sistema • In un grande sistema distribuito i nodi generalmente entrano ed escono dal sistema continuamente • L’entrata di un nodo in Chord è semplice. Quando p vuole unirsi al sistema, esso contatta un nodo arbitrario nel sistema e chiede la ricerca di succ(p+1). Una volta che questo nodo è stato identificato, p si inserisce nell’anello. Anche l’uscita ha analoga semplicità • La complessità sta nel tenere aggiornate le finger table. Naming

17. Naming semplice: Hash Table Distribuite • Occorre che ogni nodo q controlli la correttezza di Fq[1], in quanto questo elemento si riferisce al nodo successivo a q nell’anello, ovvero a succ(q+1). • q deve periodicamente contattare succ(q+1) ed eseguire una ricerca di pred(succ(q+1)). Se q=pred(succ(q+1)) si ha consistenza, altrimenti vuol dire che un nuovo nodo p è entrato nell’anello, e quindi q deve aggiornare Fq[1]= a p. • A questo punto occorre controllare che a anche p abbia aggiornato il proprio predecessore a q. • Controlli simili dovranno poi essere effettuati per tutti gli altri nodi della hash table Naming

18. Naming strutturato • I nomi semplici si adattano bene alle macchine, ma non all’uomo che deve usarli con facilità e quindi memorizzarli • Nel naming strutturato, i nomi sono organizzati nel cosiddetto spazio dei nomi • Lo spazio dei nomi può essere rappresentato con un grafo orientato e etichettato con due tipi di nodi • Nodi foglia • Nodi directory Naming

19. Naming strutturato: nodi foglia • Un nodo foglia rappresenta una data entità e non ha archi in uscita • In genere contiene informazioni sull’entità (ad esempio il suo indirizzo) da fornire ai client • Può contenere anche lo stato dell’entità, come nel caso dei file system dove i nodi foglia contengono i file veri e propri Naming

20. Naming strutturato: nodi directory • Un nodo directory ha vari archi in uscita, ognuno etichettato con un nome • Ogni nodo directory contiene quindi una directory table, in cui ogni elemento rappresenta il nodo finale di un arco in uscita e l’etichetta dell’arco • Un nodo che ha solo archi in uscita e nessuno in entrata è chiamato nodo root. Naming

21. Esempio di naming strutturato Naming

22. Percorsi di naming • Ogni percorso N in un grafo dei nomi può essere chiamato con la sequenza delle etichette degli archi corrispondenti al percorso: • N: <label-1,label-2,..,label-n> • Il nodo N è il primo nodo del percorso • Se il primo nodo in un pathname è il nodo root il percorso è detto percorso assoluto, altrimenti è detto percorso relativo • Molti spazi dei nomi sono organizzati come un albero, con un unico nodo radice e ammettendo un solo arco in entrata per ogni nodo • In questi spazi, ogni nodo ha un unico pathname assoluto • In altri spazi, è consentito che un nodo abbia più archi in entrata, ma non vengono ammessi cicli (grafi orientati aciclici) Naming

23. Risoluzione dei nomi • Dato un pathname N: <label-1,label-2,..,label-n> • occorre recuperare tutte le informazioni associate al nodo a cui il pathname punta • Si inizia dal nodo N del grafo dei nodi, dove si cerca nella directory table l’etichetta label-1 e che restituisce l’identificatore del nodo n1 a cui si riferisce label-1 • La risoluzione quindi continua col nodo n1, cercando nella table di n1 l’etichetta label-2 e restituendo il nodo associato • Si arriva alla fine a restituire l’ultimo nodo del path, che è quello cercato, insieme alle informazioni ad esso associate Naming

24. Meccanismo di chiusura • Un meccanismo di chiusura specifica come e dove iniziare la risoluzione di un nome • Per esempio, la risoluzione di un nome nel file system di UNIX fa uso del fatto che la posizione del nodo root nel disco logico che rappresenta il file system è implicitamente conosciuta Naming

25. Implementazione di uno spazio dei nomi • Lo spazio dei nomi costituisce il cuore di un naming service • Un naming service è un servizio che consente agli utenti di aggiungere, eliminare e cercare nomi • Un naming service è implementato attraverso uno o più name server • Se la rete è locale, basta un solo name server • Se il servizio è per reti geografiche, occorre distribuirlo su più name server Naming

26. Distribuzione dello spazio dei nomi • E’ opportuno suddividere lo spazio dei nomi in livelli logici • Il livello globale è costituito dal nodo root e dai nodi immediatamente vicini alla root, caratterizzati da un alto livello di stabilità della directori table. Tali nodi rappresentano in genere istituzioni, aziende o gruppi di aziende • Il livello amministrativo è costituito dai nodi che rappresentano singole entità (es. dipartimenti) che appartengono alla stessa unità amministrativa • Il livello gestionale è costituito dai nodi che cambiano più frequentemente, ad es. associati agli host di una rete locale Naming

27. Es: spazio dei nomi nel DNS • Lo spazio dei nomi è suddiviso in parti non sovrapponibili, chiamate zone del DNS Naming

28. Distribuzione dello spazio dei nomi: livello globale • Una zona è implementata in un name server separato • I name server di ogni livello devono soddisfare requisiti diversi • I name server del livello globale devono essere altamente disponibili (se uno di questi name server si guasta un’ampia parte dello spazio dei nomi diventa irragiungibile) • Visto che le directory table del livello globale non cambiano spesso, i client possono memorizzare in memorie cache i risultati delle ricerche. I name server possono quindi non rispondere in tempi molto veloci alle richieste. E’ invece necessario avere un alto throughput • A livello globale, disponibilità e prestazioni possono essere ottenute combinando meccanismi di caching con politiche di replicazione dei server (entrano qui in gioco problematiche di consistenza dei dati) Naming

29. Distribuzione dello spazio dei nomi: livello amministrativo • La disponibilità di un name server a livello amministrativo è importante per i client della stessa azienda, ma non ha ripercussioni per gli utenti al di fuori dell’azienda • In merito alle prestazioni, si può fare un discorso simili a quello fatto per i name server del livello globale • Tuttavia, a livello amministrativo le risposte alle ricerche devono essere più rapidi, così come gli aggiornamenti. E’ inaccettabile ad es. che un account per un nuovo utente richieda delle ore prima di essere attivato • Di solito a livello amministrativo si usano macchine ad alte prestazioni Naming

30. Distribuzione dello spazio dei nomi: livello gestionale • A livello gestionale, i requisiti relativi alla disponibilità sono in genere meno impegnativi • E’ spesso sufficiente usare una singola macchina dedicata come name server, correndo il rischio di temporanee indisponibilità • Le prestazioni a questo livello sono invece un punto cruciale, e a causa dei continui aggiornamenti delle directory table, le politiche di caching sono spesso inefficaci Naming

31. Distribuzione dello spazio dei nomi: riepilogo Naming

32. Implementazione della risoluzione dei nomi • Supponiamo per semplicità che non vi sia replicazione dei name server né uso di caching lato client • Ogni client ha accesso ad un name resolver locale, responsabile di avviare il processo di risoluzione • Esempio di path da risolvere: • Root:<nl,vu,cs,ftp,pub,globe,index.html> • URL corrispondente: ftp://ftp.cs.vu.nl/pub/globe/index.html Naming

33. Implementazione della risoluzione dei nomi • Due meccanismi di risoluzione possibili: • Risoluzione iterativa • Risoluzione ricorsiva Naming

34. Risoluzione iterativa • Il name resolver passa al root name server (di cui conosce l’indirizzo) il nome completo • Nel nostro esempio, il root name server risolve l’indirizzo del nome nl e restituisce questo indirizzo al name resolver • Il bane resolver passa il resto del pathname, cioè nl:<vu,cs,ftp,pub,globe,index.html> a quel name server nl • nl può risolvere solo l’indirizzo di vu, e restituisce al name resolver il nome del name server di vu • Il name resover contatterà il name server di vu, che risolverà sia l’etichetta cs sia successivamente quella ftp, e quindi restituirà l’indirizzo del name server ftp • A questo punto il name resolver contatterà il name server ftp, che risolverà le etichette pub,globe e index.html, e restituendo al name resolver l’indirizzo della risorsa (un file html) che potrà venire trasferita dal client mediante protocollo FTP Naming

35. Risoluzione ricorsiva • Invece di restituire ogni risultato intermedio al name resolver del client, il name server contattato restituisce il risultato direttamente al name server successivo • L’inconveniente di questa risoluzione è che viene richiesto a ciascun name server un grado di prestazioni superiore • Di solito questo carico è pesante, ed a livello globale i name server supportano solo la risoluzione iterativa Naming

36. Risoluzione ricorsiva: vantaggi • Ogni name server può gradualmente imparare, e salvare nella sua cache, gli indirizzi dei name server di livello più basso • A livello globale e a livello amministrativo gli indirizzi cambiano poco spesso, quindi il caching è molto efficace • Inoltre la comunicazione con la risoluzione ricorsiva è in genere più veloce, perché il name server contattato non deve restituire il risultato al name resolver Naming

37. Domain Name System (DNS) • Il DNS di Internet è uno dei più diffusi servizi di naming distribuiti oggi in uso • E’ usato per ricercare gli indirizzi IP degli host e dei mail server • E’ organizzato gerarchicamente come un albero con radice • Un’etichetta è una stringa case insensitive, alfanumerica, della lunghezza massima di 63 caratteri • La lunghezza di un pathname completo è limitata a 255 caratteri • La rappresentazione in forma di stringa di un nome è costituita dall’elenco delle sue stringhe, da sinistra verso destra. La root è rappresentata da un punto • Es:flits.cs.vu.nl. (il punto per semplicità si omette) • Dato che un nodo ha esattamente un arco in entrata, l’etichetta di questo arco viene usata come nome del nodo • Un sottoalbero è chiamato dominio. Il path del nodo radice del sottoalbero è chiamato nome del dominio • Il contenuto di un nodo è costituito da un insieme di resouce record Naming

38. Tipi di resource record Naming

39. Implementazione del DNS • Il DNS è suddiviso solo in livello globale e livello amministrativo. Il livello gestionale è costituito dai file system locali e quindi non fa parte del DNS • Ogni zona è gestita da un name server primario, di solito replicato, che gestisce gli aggiornamenti, modificando la base di dati locale al DNS primario • I name server secondari di una zona non possono accedere alla base di dati, ma chiedono il trasferimento del contenuto al name server primario (trasferimento di zona) • Una base di dati del name server è implementata come un insieme di file, il più importante dei quali contiene i resource records di tutti i nodi della zona Naming

40. Esempio di base di dati DNS Naming

41. Sottodomini implementati in zone diverse Naming