Nomeação em SDs

A. S. Tanenbaum, M. Van Steen. Sistemas Distribuídos: Princípios e paradigmas – Cap 5: Nomeação / 1 Hélio Crestana Guardia - 2011
Nomeação

Mecanismo de nomeação permite identificar entidades de maneira
única, compartilhar recursos, fazer referência a localizações

Nomes podem ser resolvidos para as entidades a que se referem

Resolução de nomes permite acesso à entidade referida

Resolução de nomes é feita por sistema de nomeação

Implementação do sistema de nomeação pode ser distribuída e deve
considerar aspectos de eficiência e escalabilidade

Aspectos de interesse:

Criação de nomes amigáveis (fáceis de tratar pelas pessoas)

Localização das entidades asssociadas aos nomes

Resolução de nomes por meio de atributos da entidade

Nomes, identificadores e endereços
• Nome: cadeia de bits ou caracteres usada para referenciar uma entidade
• Entidades:
– Computadores (hosts) e outros recursos: impressoras, discos, arquivos, etc.
– Processos, usuários
– Caixas postais, grupos de discussão, páginas WWW, janelas gráficas, mensagens,
conexões de rede, etc.
• Entidades são elementos ativos, que podem realizar operações
• Acesso a entidades ocorre através de pontos de acesso.
– Ex.: combinação endereço IP + proto transporte + número de porta
• Nomes de pontos de acesso são denominados endereços
• Endereço de um ponto de acesso de uma entidade é denominado endereço
desta entidade
• Entidades podem oferecer mais de um pontos de acesso.
– Ex.: pessoas podem ser contatadas usando mais de um números de telefone

• Entidades podem mudar seus pontos de acesso ao longo do tempo
• Endereço refere-se a ponto de acesso de uma entidade
• Uso de endereço de um ponto de acesso como referência de uma entidade
não é adequado: identificação pouco amigável e inflexível
• Identificação de entidades pelos nomes é independente de localização
• Pure name: a name that has no meaning at all; it is just a random string.
Pure names can be used for comparison only.
• Identificador (identifier): é um nome que tem as seguintes propriedades:
– P1: um identificador referecia, no máximo, uma entidade
– P2: cada entidade é referenciada por, no máximo, um identificador
– P3: um identificador sempre referencia a mesma entidade e nunca é
reutilizado
• Nomes podem ser construídos de forma a facilitar a manipulação pelas
pessoas (human-friendly names). Ex.: nomes de arquivos Unix, nomes DNS.

• Questão: como resolver nomes e identificadores em endereços?
• Resolução de nomes e roteamento de mensagens comumente estão
relacionados
• Sistema de nomeação mantém vinculação nome-endereço,
normalmente armazenada na forma de tabelas
– Uso de tabela centralizada, contudo, não é adequado em SDs
• Nome é comumente decomposto em várias partes
• Resolução de nomes é realizada de forma recursiva para as diversas
partes. Ex: ftp.cs.vu.nl, www.dc.ufscar.br
• Classes de sistemas de nomeação:
– Nomeação simples
– Nomeação estruturada
– Nomeação baseada em atributo

Nomeação simples (flat naming)
• Identificadores podem ser apenas cadeias de bits ou caracteres,
caracterizando nomes não estruturados, ou simples (flat names)
• Flat names não contêm informações sobre localização do ponto de
acesso da entidade associada a cada um deles
• Como resolver flat names? Ou seja, como localizar pontos de acesso
das entidades?
– Broadcasting e multicasting
– Localização nativa (home-based approaches)
– Tabelas Hash distribuídas (distributed hash tables – DHTs)
– Abordagens hierárquicas

Resolução com flat naming (nomeação simples)
Broadcasting e multicasting
• Aplicáveis apenas em redes locais, para máquinas conectadas ao mesmo
domínio de broadcast
• Mensagem com identificador buscado é propagada a todos na rede
• Máquinas realizam escuta permanente das requisições
• Cada máquina verifica se possui o identificador associado e só responde em
caso positivo
• Ex.: resolução de endereços com ARP (Address Resolution Protocol)
• Uso de broadcast é ineficiente quando número de nós aumenta
Multicast
• Permite limitar as máquinas que participam das consultas
• Pode usar suporte de hardware para transmissões (Ethernet multicast) ou de
endereçamento de rede (IP multicast)
• Também permite identificar entidades replicadas

Ponteiros encaminhadores (forwarding pointers)
• Quando entidade muda sua localização, deixa no antigo local uma referência
para a nova localização
• Localização atualizada é obtida percorrendo-se uma cadeia de repassadores /
encaminhadores (forwarders) a partir do local original
• Vantagens do encaminhamento:
– Simplicidade e transparência dos acessos
• Desvantagens:
– Cadeia de encaminhadores pode ser grande para entidades com grande mobilidade
– Encaminhadores intermediários precisam permanecer ativos
– Vulnerabilidade de enlaces rompidos
• Para RPCs, client stub mantém referência original, mas chamada é repassada
entre os intermediários
– Retorno pode ser repassado direto ao cliente
– Retorno indireto, igual chamada, permite ajuste dos stubs intermediários

Redirecionamento de RPCs

Nomeação baseada na localização nativa
Nomeação baseada em localização nativa (home-based approach)
• Localização em que uma entidade foi criada mantém referência sobre
sua localização atual
• Abordagem usada de forma complementar à de encaminhadores
(forwarders)
• Informações de Home address de entidades é mantida por serviço de
nomeação

Nomeação baseada na localização nativa
• Ex.: mobile IP (v4)
– Host móvel mantém endereço fixo
– Comunicação para host é encaminhada ao home agent na rede original
• Ex.: mobile IPv6
– nós móveis solicitam endereços nas redes visitadas (care-of-address – COA), e
os registram com home agent
– Pacotes para nó móvel são encaminhados de forma encapsulada pelo home agent
para a localização atual do nó. Localização atual é informada à origem das
mensagens redirecionadas.
• Problemas:
– Home address é fixo; inconveniente em mudanças definitivas
– Escalabilidade limitada, com triangulação no encaminhamento dos
dados

Home-based naming: mobile IP

Tabelas Hash distribuídas (DHTs)
Ex.: Chord
• Identificadores com m bits, escolhidos ateatoriamente para atribuição
aos nós e outras entidades (arquivos, processos, etc.)
• m: comumente 120 ou 160 bits, dependendo da função hash utilizada
• Nós organizados em um anel lógico
– Cada nó recebe um identificador aleatório (m-bits)
– Cada entidade recebe um identificador aleatório (m-bits)
– Responsabilidade sobre entidade com identificador k é atribuída a nó
com menor identificador id >= k, denominado sucessor de k – succ(k)
• Busca:
– Linear, consultando cada nó no anel lógico a partir de succ(k), até
localização ser encontrada, ou
– Usando finger table (tabela de derivação)

Chord DHT: Finger tables
• Cada nó Chord mantém uma finger table (FTp [ ]) com no máximo m
entradas (log2
Núm_nós)
• FTp [i] = succ(p + 2i−1
)
• FTp [i] aponta para o próximo nó, sucessor de p por ao menos 2i−1
nós
• Na busca de uma chave k, nó p encaminha requisição para nó com índice j,
satisfazendo:
q = FTp [j] ≤ k < FTp [j + 1]
• Se p < k < FTp [1], requisição também é encaminhada para FTp [1]

Chord DHT: Finger tables

DHT: exploração de proximidade de rede
Organização lógica dos nós pode levar a encaminhamentos ineficientes
Soluções:
• Atribuição de identificadores de nós de acordo com topologia (topology-
aware node assignment)
– IDs próximos devem corresponder a nós fisicamente próximos também
(atribuição pode ser complexa...)
• Roteamento por proximidade (proximity routing): nós mantêm lista de
alternativas para encaminhamento para uma requisição, e escolhem mais
próximo
• Seleção de vizinho por proximidade (proximity neighbor selection): tabelas
de roteamento são usadas de modo de nó mais próximo seja selecionado
como vizinho

Flat naming: abordagens hierárquicas
Hierarchical Location Services (HLS)
●
Rede é dividida em conjunto de domínios
●
Domínio único de nível mais alto abrange toda a rede
●
Domínios podem ser subdivididos
●
Domínio de nível mais baixo é denominado domínio-folha e,
normalmente, corresponde a uma rede local, ou célula em
telefonia móvel
●
Domínios têm diretório associado, que monitora atividades no
domínio
●
Nó de diretório no domínio de nível mais alto é denominado nó
raiz, e conhece todas as entidades

● Consulta: encaminhamento hierárquico

● Inserção: transmissão do registro (a), ou ajuste de ponteiros para
registro local (b)
● Remoção usa abordagens análogas

Nomeação estruturada
Nomes estruturados são compostos por nomes simples (flat) e organizados em
espaços de nomes (name spaces)
Name spaces:
● Grafo em que nós folhas representam entidades
● Nó folha representa entidade nomeada; não tem ramos de saída
● Nó diretório é uma entidade que se refere a outros nós
● Diretórios contêm tabelas com pares de informações: rótulo do ramo,
identificador do nó
● Pathname (nome de caminho) corresponde a sequência em caminho de
nomeação:
N:<label-1, label-2, …, label-n> (N=primeiro nó no caminho)
● Nomes podem ser absolutos (absolute pathnames), quando incluem a raiz
do gráfico de nomeação, ou relativos (relative pathnames), nos demais
casos

Nomeação estruturada
● Nós podem conter diferentes tipos de atributos, descrevendo aspectos das
entidades que representam:
● Tipo da entidade
● Identificador para a entidade
● Endereço da localização da entidade
● Apelidos
● …
● Diretórios também podem ter atributos, além de apenas armazenar tabelas
● Gráfico de nomeação aproxima-se de implementações de sistemas de
arquivos
● Em sistemas de arquivos, '/' é separador de rótulos; '/' no início do nome
serve para indicar caminhos absolutos

Espaços de nomes e grafos de nomeação

Resolução de nomes
● Dado um nome de caminho, deve ser possível consultar qualquer
informação armazenada no nó referenciado por este nome
● Processo de busca de um nome é denominado resolução de nomes
● N:<label1
, label2
,...,labeln
> : resolução do nome inicia no nó N do grafo de
nomeação; resolução pára no último nó referenciado, com o retorno do
conteúdo daquele nó.
● Mecanismo de fechamento (closure mechanism) trata da seleção do nó em
um espaço de nomes para iniciar a resolução de nomes
● www.cs.vu.nl: consulta inicia-se em um servidor DNS
● /home/steen/mbox: consulda a um servidor NFS
● 0031204447784: número a ser chamado
● 130.37.24.8: rota ao Web server VU

Ligação (link)
● Apelidos ou aliases correspondem a outros nomes usados para
uma entidade
● Abordagens:
● Hard link (ponteiros estritos): vários nomes de caminho absoluto
referenciam o nesmo nó
● Soft link (ponteiros simbólicos): permite que um nó contenha um
nome de outro nó
– First resolve O’s name (leading to O)
– Read the content of O, yielding name
– Name resolution continues with name

Ligação (link)

Montagem
● Montagem permite fundir diferentes espaços de nome
● Sistema de arquivos montado corresponde a deixar que um nó diretório
armazene o identificador de um nó diretório de um espaço de nomes
diferente (externo)
● Ponto de montagem externo corresponde à raiz de um espaço de nome
● Ponto de montar (local) armazena identificador de nó
● Montagem requer:
● Nome de um protocolo de acesso
● Nome do servidor
● Nome do ponto de montagem no espaço de nomes externo
(Todos esses nomes precisam ser resolvidos)
● Ex.: Network File System (NFS): nfs://flits.cs.vu.nl//home/steen

Montagem

Implementação de um espaço de nomes
Em SD de grande escala, processo de resolução de nomes deve ser
distribuído sobre múltiplas máquinas
Distribuição do espaço de nomes:
● Organização hierárquica com níveis de funcionalidade:
● Camada global, formada por nós de nível mais alto (raiz e nós mais
próximos)
● Camada administrativa, formada por nós de diretório; representam
grupos de entidades que pertencem à mesma organização ou unidade
administrativa
● Camada gerencial: diretório de baixo nível. Aspecto principal é o
mapeamento efetivo de nós
● Disponibilidade e desempenho podem ser providos com replicação de
servidores combinados com caches no lado do cliente.

Resolução de nomes iterativa
● resolve(dir,[name1,...,nameK]) sent to Server0 responsible for dir
● Server0 resolves resolve(dir,name1) → dir1, returning the identification
(address) of Server1, which stores dir1.
● Client sends resolve(dir1,[name2,...,nameK]) to Server1, etc.

Resolução de nomes recursiva
● resolve(dir,[name1,...,nameK]) sent to Server0 responsible for dir
● Server0 resolves resolve(dir,name1) → dir1, and sends resolve(dir1,
[name2,...,nameK]) to Server1, which stores dir1.
● Server0 waits for result from Server1, and returns it to client.

Resolução de nomes recursiva

Resolução de nomes

Sistema de Nomes de Domínio: DNS
● Domain Name System é exemplo de sistema de nomeação estruturada
● Espaço de nomes DNS organizado como árvore com raiz
● Rótulos têm no máximo 63 caracteres; caminho completo está
limitado a 255 caracteres, contendo rótulos separados por '.'
● Sub-árvores são denominadas domínio
● Nome de caminho até nó raiz é denominado nome de domínio
● Conteúdo de um nó é formado por um conjunto de registros de
recursos
● Diferentes tipos de registros
● Registro Start of Authority – SOA – contém informações sobre
computador onde dados sobre zonas de domínios

Sistema de Nomes de Domínio

Implementações de DNS descentralizadas
● DNS na Internet usa hierarquia de servidores com 13
servidores-raiz e milhões de servidores nas folhas
● Solução para evitar sobrecarga dos servidores na raiz: cache
● Solução alternativa: calcular hash de nome DNS e usá-lo como
chave de consulta em DHT
● Desvantagem: perde-se estrutura do nome original, o que
dificulta consulta de filhos de um domínio específico

Nomeação baseada em atributo
● Além da localização de entidades em função de seus nomes, pode ser
interessante localizá-las em função de outros atributos
● Abordagem: descrição de entidade em termos de pares (atributo, valor)
● Entidades têm conjuntos associados de atributos
● Nas buscas, usuários definem valores que um determinado atributo deve ter
● Sistema de nomeação deve retornar entidades que atendem à descrição
realizada

Serviços de diretório
● Sistemas de nomeação baseados em atributos também são conhecidos
como serviços de diretório
● Sistemas que suportam nomeação estruturada são denominados sistemas
de nomeação
● Serviços de diretório permitem que entidades sejam localizadas em função
de atributos
● Estrutura de descrição de recurso (resource description framework – RDF)
determina como recursos podem ser descritos
● Recursos são descritos como triplas que consistem em um sujeito, um
predicado em um objeto
● Ex.: (Pessoa, nome, Alice) descreve recurso Pessoa, cujo nome é Alice
● Referências em RDF são, em essência, URLs
● Consultas de valores em sistemas de nomeação baseados em atributos
requer busca exaustiva em todos os descritores
● Como armazenar descritores de forma distribuída?

Implementação hierárquica para nomeação
baseada em atributos
● Serviços distribuídos de diretório: dombinação de nomeação estruturada
com nomeação baseada em atributos
● LDAP (Lightweight directory access protocol): serviço de diretório derivado
do serviço de diretório X.500 OSI
● LDAP consiste de diversos registros (entradas de diretório)
● Registros compostos de conjuntos de pares (atributo, valor)
● Atributos têm tipos associados
● Atributos podem ser de valor único ou de valores múltiplos
● Conjunto de entradas de um diretório LDAP é denominado base de
informações de diretório (Directory Information Base – DIB)
● Cada registro na DIB é nomeado exclusivamente
● Atributos de nomeação denominados nomes relativos distinguidos (RDN –
relative distinguished name)
● Árvore de informações de diretório (directory information tree – DIT)
forma gráfico de nomeação de um serviço de diretório LDAP

LDAP: atributos

Nomeação em SDs

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Nomeação em SDs