Distribuované směrování v sítích a jeho použití

Abstract

Tato diplomová práce popisuje decentralizovaný systém jménem NodeSkipper určený pro kteroukoli spojitou neorientovanou síť. Uzly v této síti mohou posílat nebo vyhledávat jiné uzly nebo vyvolat proces "consensus", kdy se celá síť shodne na hodnotě zvolené veličiny tak, aby byl výsledek ovlivněn každým uzlem a byl pro všechny uzly stejný. NodeSkipper je inspirovaný datovou strukturou Skip List, která díky náhodnosti své struktury, která se přes postupné přidávání a ubírání uzlů přibližuje zvolenému pravděpodobnostnímu rozdělení, nabízí velmi všestranný výkon a vysokou robustnost. Protokol NodeSkipper pracuje nejlépe pro sítě s efektem malého světa, který se vyskytuje ve skutečných sítích přirozeně. Díky tomuto efektu roste průměr sítě pouze logaritmicky vzhledem k množství uzlů. V takové síti je NodeSkipper schopný doručit zprávu nebo hledat uzel v logaritmickém čase. Díky své necentralizovanosti a absenci konkrétní struktury funguje velmi dobře s velkými sítěmi, kde jsou nové uzly nepředvídatelně přidávány a odebírány a přímá spojení navazována a ztrácena, jako například vozidla v silniční dopravě, doručovací roboti, stroje v továrně, bezpečnostní systémy pro velká území, počítače spolupracující na výpočetně náročné úloze nebo roboti účastnící se boje. Protože tento systém nemá žádné uzly s vyšší důležitostí, je odolný vůči cíleným útokům a vzhledem k tomu, že funguje na kterémkoli spojitém grafu, je odolný vůči náhodným útokům a selháním. Díky schopnosti dojít ke shodě může dobře koordinovat své prostředky

This thesis describes a decentralized system that can work over any connected undirected network called NodeSkipper. Each node in this system can send a message to another node, look-up any node or request the system to reach consensus, which means that every node in the system will agree on a quantity of interest in a manner where each node influences the result. The system is designed after the Skip List data structure, which uses randomized structure that over successive entries and removals converges towards its probability distribution, while providing great all-rounded performance and robustness. The NodeSkipper protocol works best over networks with small-world effect, which occurs naturally on real networks. This effect manifests itself by network diameter scales logarithmically with the number of nodes. On such network, NodeSkipper can deliver messages and look-up nodes in logarithmical time as well. Thanks to its decentralized nature and no rigid structure, it works well with large networks where new nodes are unpredictably added and removed and direct connections gained and lost, such as cars on the road, delivery robots, machines in a manufacturing plant, large scale security system, computers working together on computationally demanding task or battle units in armed conflict. Because this system does not have any nodes of special importance, it is resistant to targeted attacks. Because it works as long as the graph is connected, it is resistant to random attacks and failures. Thanks to its ability to reach network wide consensus, it can coordinate its efforts.