Peer-to-Peer - Anwendungsbereiche und Herausforderungen

Peer-to-Peer Anwendungsbereiche und Herausforderungen Detlef Schoder und Kai Fischbach Wissenschaftliche Hochschule für Unternehmensführung (WHU) Otto Beisheim Hochschule Peer-to-Peer (P2P) hat sich binnen kurzer Zeit zu einem der meistdiskutierten Begriffe in der jüngeren Geschichte der Informationstechnologie herausgebildet. Insbesondere die millionenfach frequentierten Musiktauschbörsen wie etwa Napster haben P2P zu einem aus ökonomischer, technologischer und juristischer Perspektive kontrovers diskutierten Phänomen gemacht. File-Sharing à la Napster ist dabei nur eine Facette des P2P-Phänomens: Während in der öffentlichen Wahrnehmung beide Begriffe häufig synonym ver- wendet werden, zeichnet erst die Einbeziehung von Instant Messaging, Collabora- tion/ P2P Groupware sowie Grid bzw. Distributed Computing1 ein umfassenderes Bild. P2P-Netzwerke bilden die Infrastruktur für virtuelle Gemeinschaften, die Ressourcen teilen, Informationsaustauschprozesse beschleunigen und neuartige kollaborative Arbeitsumgebungen ermöglichen. Dieser Beitrag liefert einen Überblick über das Spektrum von P2P. Anwen- dungsbereiche von P2P werden skizziert und Herausforderungen im Zusammen- hang mit der kommerziellen Nutzung benannt, die einer Erschließung der Potenti- ale der P2P-Technologien bislang entgegenstehen. Einleitung Mit dem Begriff Peer-to-Peer ist die Vorstellung verbunden, dass in einem Ver- bund Gleichberechtigter („Peers“), die sich wechselseitig Ressourcen wie Infor- mationen, CPU-Laufzeiten, Speicher und Bandbreite zugänglich machen, kollaborative Prozesse unter Verzicht auf zentrale Koordinationsinstanzen durchgeführt werden.2 1 Die Begriffe Grid, Distributed und Internet Computing werden im Kontext von P2P häu- fig synonym gebraucht. Im Folgenden wird der Begriff Grid Computing verwendet. Eine differenzierte Erörterung der Unterschiede und Gemeinsamkeiten findet sich in den Bei- trägen von Foster/Kesselman/Tuecke und Barth/Grauer in diesem Band. 2 Ähnlich definiert auch die Peer-to-Peer Working Group P2P Computing als „…sharing of computer resources and services by direct exchange between systems. These resources 4 Detlef Schoder und Kai Fischbach Drei Eigenschaften lassen sich anführen, die das Wesen heutiger P2P-An- wendungen ausmachen:3 1. Client- und Serverfunktionalität: In einem P2P-Netzwerk kann jeder Knoten im Kontext einer Anwendung Daten speichern, senden und empfangen. Er ist da- mit in der Lage, sowohl Client- als auch Serverfunktionalität4 zu leisten. Im i- dealtypischen Fall sind alle Knoten gleichberechtigt und gleichwertig. 2. Direkter Austausch zwischen Peers: Wenn zwei Knoten eines Netzwerkes di- rekt vernetzt sind, können sie in Echtzeit miteinander interagieren. Es gibt kei- ne zentrale Instanz, die die Kommunikation verzögert oder filtert. Dabei ist es unerheblich, welche Daten zu welchem Zweck ausgetauscht werden. Beispiele sind einfache Textnachrichten, Multimediadateien oder der Aufruf von Proze- duren. 3. Autonomie: Den Knoten eines P2P-Netzwerks kommt dabei vollkommene Au- tonomie im Sinne der (Selbst-)Kontrolle ihrer eigenen Aktivitäten zu, d.h. sie allein legen fest, wann und in welchem Umfang sie ihre Ressourcen anderen zur Verfügung stellen. Als Folge dieser Autonomie ist nicht sichergestellt, dass ein Knoten dem Netz ständig zur Verfügung steht. Das Netzwerk muss also to- lerieren, dass die Knoten nicht permanent online sind.5 Die den P2P-Anwendungsbereichen zugrunde liegenden Technologien und die damit verknüpften Herausforderungen sind allesamt nicht neu.6 Je nach definitori- scher Fassung des Begriffs ist P2P sogar als eine der ältesten Architekturen in der Welt der Telekommunikation zu begreifen: So lassen sich u.a. das Telefonsystem, die Diskussionsforen des Usenet oder das frühe Internet als P2P-Systeme klassifi- zieren.7 Einige Stimmen sprechen demzufolge davon, dass „peer-to-peer tech- nologies return the Internet to its original version, in which everyone creates as well as consumes.“8 and services include the exchange of information, processing cycles, cache storage, and disk storage for files.“ http://www.p2pwg.org/whatis. Vgl. auch David Barkai [Bar01, S. 13]: „Peer-to-peer computing is a network based computing model for applications where computers share resources via direct exchanges between the participating computers.“ 3 Vgl. [Mil01, S. 17 ff.] und [Bar01, Kap. 1]. 4 Ein Peer kann natürlich nur im Rahmen seiner Leistungsfähigkeit als Server fungieren. 5 Ein treffendes Beispiel sind Online-Musiktauschbörsen. Anwender sind häufig nur für einen geringen Zeitraum eines Tages online. Trennen sie ihre Internet-Verbindung, steht ihr Knoten dem Netz nicht mehr zur Verfügung. 6 Vgl. [Sch01], [FKT01] und [Ora01a]. 7 Im Rahmen des ARPANET wurden die ersten (vier) Hosts des Internet als gleichberech- tigte computer sites zusammengeschaltet, also gerade nicht in einer Master/Slave oder Client/Server-Beziehung. Das frühe Internet war vom Charakter und der Nutzung ein vergleichsweise zu heute weitaus offeneres und durchlässigeres Netzwerk. Vgl. Minar, N.; Hedlund, M. (2001): A Network of Peers, Peer-to-Peer Models Through the History of the Internet, in: [Ora01], S. 3-37. 8 Vgl. [Ora01c, S. ix.]. Peer-to-Peer – Anwendungsbereiche und Herausforderungen 5 Der mittlerweile hohe Penetrationsgrad leistungsfähiger Kommunikationsnetz- werke, Standardisierungsfortschritte, neue Anwendungsbereiche sowie benutzer- freundliche Applikationen und Clients eröffnen der P2P-Technologie große Poten- tiale. Begünstigt wird diese Entwicklung durch die auch weiterhin zu erwartenden fallenden Kosten für Speicherung und Transport von digitalen Informationen. P2P-Technologien versprechen durch die weitgehende Loslösung von zentralen Institutionen neue Dimensionen des Informationsmanagement, z.B. Beschleuni- gung von (Kommunikations-)Prozessen, hohe Austauschfähigkeit auch aktueller, dezentral generierter Informationen – und damit die Unterstützung von ad hoc- Arbeitsgruppen – sowie Kostensenkung, etwa durch bessere Auslastung „brach- liegender“ Ressourcen. Dezentrale und (teil-)autonome Strukturen sowohl ge- schäfts- als auch technologiegetriebener Anwendungen mit P2P-Technologie zu realisieren, scheint daher ein vorteilhafter Ansatz zu sein. Der folgende Abschnitt gibt einen Überblick über die Anwendungsbereiche von P2P. Anwendungsbereiche In Anlehnung an jüngere Veröffentlichungen9 und Konferenzen10 lassen sich unter dem Begriff P2P folgende Anwendungsbereiche subsumieren: Instant Messaging, File-Sharing, Collaboration/P2P Groupware und Grid Computing. Häufig werden Web Services als weiteres Anwendungsgebiet benannt (und in diesem Beitrag auch vorgestellt). Instant Messaging Der Begriff Instant Messaging (IM) steht stellvertretend für Applikationen, die auf den direkten Austausch von Nachrichten zwischen Usern ausgerichtet sind. Ein wesentlicher Vorteil von IM-Anwendungen besteht darin, dass den Mitgliedern eines Netzwerkes bekannt gemacht wird, welche anderen Mitglieder des selben Netzes online sind. So lässt sich feststellen, welcher Peer Ressourcen bereitstellen bzw. kontaktiert werden kann. IM-Funktionalitäten sind aus diesem Grund mitt- lerweile in viele File-Sharing- und Collaboration-Anwendungen integriert.11 9 Vgl. exemplarisch [Ora01a], [Mil01] und [STD01]. 10 2001 wurden erste, größere Konferenzen in San Francisco und Washington abgehalten (http://conferences.oreilly.com/archive.html). Weitere einschlägige Beispiele sind: ”In- ternational Conference on Peer-to-Peer Computing“ (IEEE, Schweden, 2001) und ”1st International Workshop on Peer-to-Peer Systems“ (MIT und Microsoft, Cambridge, MA, USA, 2002). 11 Vgl. die ausführliche Darstellung von Hummel in diesem Band [Hum02] sowie [Ort01]. 6 Detlef Schoder und Kai Fischbach File-Sharing File-Sharing-Anwendungen kombinieren Suchalgorithmen mit Verfahren der de- zentralen Speicherung von Daten. Dies versetzt Anwender beispielsweise in die Lage, Dateien direkt von der lokalen Festplatte eines anderen Nutzers zu beziehen. Die Technik stellt die Möglichkeit in Aussicht, im betrieblichen Umfeld kostenin- tensive, zentrale Massenspeicher-Lösungen gegen eine dezentrale Datenhaltung auf vorhandenen Desktop-PCs zu ersetzen und eliminiert damit typische single- point-of-failure-Schwachstellen. Prominente Beispiele für (nichtkommerzielles) File-Sharing sind Gnutella, Napster und Freenet. Gnutella ist ein Protokoll für den Datenaustausch in dezentralen Netzwerken. Netzwerke, die auf der Gnutella-Technologie basieren, kommen damit ohne zent- rale Instanzen aus, d.h. alle Peers sind gleichberechtigte Entitäten innerhalb des Netzes. Suchanfragen funktionieren dabei nach dem „Schneeballprinzip“: Eine Suchanfrage wird an eine bestimmte Anzahl von Peers weitergeleitet. Diese leiten die Anfrage wiederum an verschiedene Knoten weiter, bis die gewünschte Datei gefunden oder eine zuvor bestimmte Suchtiefe erreicht wird. Positive Suchergeb- nisse werden dann an den Nachfrager gesendet, so dass dieser die gewünschte Da- tei direkt von dem Anbieter herunterladen kann. Durch das Fehlen einer zentralen Komponente ist eine Überwachung oder Ab- schaltung von Gnutella-basierten Netzen kaum möglich. Darin liegt einer der we- sentlichen Unterschiede zu der bereits erwähnten und mittlerweile infolge rechtli- cher Verfahren eingestellten Musiktauschbörse Napster12: Napster ist kein reines P2P-System, da ein zentraler Datenbank-Server Suchanfragen verwaltet. Sobald sich ein Peer in das Napster-Netzwerk einloggt, werden vom Napster-Server die Dateien registriert, die der Anwender zur Verfügung stellt. Bei einer Suchanfrage liefert der Napster-Server eine Liste mit Peers, die die gewünschte Datei zum Download bereitstellen.