IP Multicast Routing

Marzo 98
Marzo 98
Nota di Copyright
„
IP Multicast Routing
„
„
Silvano Gai
[email protected]
„
Mario Baldi
[email protected]
staff.polito.it/mario.baldi
„
„
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 1
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Multicast - 2
Marzo 98
Marzo 98
Multicast Backbone
„
MBone
MBone
„
„ Il
termine MBone è l'acronimo di Multicast
Backbone.
„ MBone è una rete virtuale appoggiata su Internet.
„ Lo scopo principale di MBone è quello di fornire
agli utenti la possibilità di sfruttare il multicast
per le comunicazioni multimediali.
„
„ Questo
significa semplicemente che MBone per la
trasmissione utilizza la stessa struttura fisica di
Internet
„ MBone costruisce sui collegamenti fisici di
Internet una sua topologia propria
„
MBone e l'IETF
MBone utilizza il multicasting a livello IP
„ Multicast
significa trasmissione da una sorgente
ad una o più destinazioni contemporaneamente.
„ La trasmissione broadcast (e, talvolta, anche
multicast) esiste sulle LAN. La novità di MBone è
che ora la trasmissione multicast può avvenire
su tutta la rete Internet
„ MBone
nasce agli inizi del 1992 come evoluzione
degli esperimenti multicast compiuti dall'IETF
(Internet Engineering Task Force)
„ Audio e video venivano inviati in diretta dai
luoghi in cui si effettuavano le conferenze IETF a
tutto il resto del mondo collegato alla rete Internet
Multicast - 3
MBone è una rete virtuale
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 4
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
IP e il multicasting
„
IP e il multicasting
Gli host e il multicasting
„
„ La
prima cosa da fare è estendere il protocollo IP
implementato negli host per permettere la
trasmissione e la ricezione di pacchetti multicast
„
Gli host group
„ Sono
strutture dinamiche
„ La composizione di un host group non è nè fissa
nè limitata e varia nel tempo
„ Esistono due tipi di host group:
„ Il permanente che ha un indirizzo ben noto e
assegnato a priori
„ Il temporaneo che esiste solo finché qualcuno ne
fa parte
Host group
„ Nasce
il concetto di host group, che è alla base
del multicast
„ Ogni singolo host può aderire ad un host group e
poi abbandonarlo
„
Gli MRouter (Multicast Router) instradano i
pacchetti multicast
„ Gli
mrouter possono essere integrati con i
normali router IP, ma svolgono funzioni differenti
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 5
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 6
Marzo 98
Marzo 98
Indirizzi multicast
„
Indirizzi multicast
Indirizzi di classe D
„
„ Gli
indirizzi che identificano un host group sono
detti indirizzi di classe D
„ iniziano con 1110
„ Nella notazione standard di Internet gli indirizzi
multicast sono compresi nell'intervallo:
„ 224.0.0.0 - 239.255.255.255
Multicast - 7
Copyright: si veda nota a pag. 2
Alcuni casi particolari
„ L'indirizzo
224.0.0.0 non viene assegnato a
nessun gruppo
„ 224.0.0.1 è il gruppo permanente composto da
tutti gli host
„ Questo indirizzo viene utilizzato dagli mrouter
per inviare messaggi di controllo agli host
direttamente connessi su una data rete locale
„ 224.0.0.2 è il gruppo di tutti i router
„ Non esiste l'indirizzo globale di tutti gli host
connessi ad Internet
Multicast - 8
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
Multicast sulle LAN
IGMP
Sulle LAN il multicast di livello 3 è realizzato
tramite il multicast di livello MAC
„ Corrispondenza tra indirizzi IP e MAC
„
„
„È
il protocollo per la gestione e lo scambio delle
informazioni di controllo tra gli host e gli mrouter
„ IGMP deve necessariamente essere realizzato su
tutti gli host che vogliono ricevere, oltre che
inviare, pacchetti multicast
„ La versione attuale dell'IGMP è la numero 2
„ esistono installazioni della 1
„ la numero 0 è obsoleta
„ I messaggi IGMP vengono spediti in multicast per
tutti gli host sulla LAN e sono incapsulati in un
datagram IP con campo protocol uguale a 2
„I
23 bit meno significativi dell'indirizzo IP
costituiscono i 23 bit meno significativi
dell'indirizzo multicast MAC corrispondente
„ Gli indirizzi MAC utilizzati sono
„ da 01-00-5E-00-00-00 a 01-00-5E-7F-FF-FF
„ RFC 1112
„
Internet Group Management Protocol
Bisogna abilitare o disabilitare la ricezione
di indirizzi multicast sulla scheda di rete
„ JoinHostGroup
„ LeaveHostGroup
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 9
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 10
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Marzo 98
Il pacchetto IGMP
Type
Max Resp Time
Il pacchetto IGMP
„ Max
Checksum
„ Usato
per Membership Query
„ Massimo tempo entro cui deve essere inviata la
risposta
„ piccolo valore: i router sono aggiornati più
velocemente sullo stato dei gruppi
„ largo valore: i report sono più sparsi nel
tempo → minore burstiness
Group Address
„ Type
„
„
„
Multicast - 11
0x11 = Host Membership Query: inviate dal multicast
router verso gli host, per tenere aggiornata la lista
degli host group attivi sulla LAN
0x16 = Host Membership Report: inviate dall'host in
risposta alle query del router
0x17 = Leave Group: inviato ai router da un host per
annuciare l’abbandono di un gruppo
„ Non obbligatorio
Copyright: si veda nota a pag. 2
Resp Time
„ Group
Viene impostato a zero nelle query generali
„
Nei report e nelle query specifiche contiene
l'indirizzo dell'host group a cui appartiene un host
„
Multicast - 12
Address
„
per scoprire quali gruppi operano sulla LAN
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
Il protocollo IGMP
„
Funzionamento di IGMP
I multicast router inviano periodicamente
query per scoprire quali host group sono
attivi su una LAN
R
„ Le
query sono indirizzate (a livello IP) al gruppo
di tutti gli host (224.0.0.1) e hanno TTL=1
„
Indirizzo Ethernet corrispondente a H
Indirizzo IP multicast di tutte le stazioni
Gli host rispondono alle query generando
dei report, con cui segnalano al multicast
router tutti gli host group a cui
appartengono
Host Membership Query (H,h)
Host Membership Report (G,g)
„ In
particolare, gli host rispondono inviando un
report per ciascun host group a cui sono iscritti
2
1
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Multicast - 13
4
Host
Membership
Report (F,f)
3
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Multicast - 14
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Tecniche di ottimizzazione
„
Topologia di MBone
I messaggi di report possono intasare la
rete. Per ovviare a ciò:
„
un host riceve una query avvia un timer
per ciascun gruppo a cui appartiene:
„ ogni timer viene fatto partire da un valore
casuale scelto tra 0 e D secondi;
„ allo scadere del timer si genera il report relativo.
„ Oltre ad utilizzare i timer, ogni host resta in
ascolto e se sente un report con un indirizzo
multicast corrispondente ad uno dei suoi, non
genera un’altra risposta per quel multicast group
Collegamento tra due mrouter
„ Quando
remote end-point
Internet
local end-point
MRouter
MRouter
Tunnel
H
H
Multicast - 15
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 16
H
H
H
Copyright: si veda nota a pag. 2
H
H
H
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Marzo 98
I tunnel
„
I tunnel
Caratteristiche
„
„ Ogni
tunnel è univocamente definito da quattro
caratteristiche:
„ local end-point
„ remote end-point
„ metric
„ threshold
„ local e remote end-point sono parametri statici
del tunnel, mentre metric e threshold possono
essere modificati dinamicamente
„ Threshold
rappresenta il valore minimo del TTL
che un pacchetto deve avere per poter essere
instradato attraverso il tunnel
„ Permette di definire la visibilità dei pacchetti
„ Ogni mrouter decrementa il TTL di 1 e non di un
valore pari al threshold
„ Metric è una misura del costo del tunnel
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Multicast - 17
Parametri
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 18
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Marzo 98
Routing di traffico multicast
„
Protocolli di routing
I protocolli di instradamento per pacchetti
multicast usano alberi di distribuzione
multicast
„ Percorso
„
„ Basato
su distance-vector
Source Specific Tree
„ Considera tunnel IP oltre a link fisici
da membri trasmittenti a tutti i membri
„ Usa
riceventi
„
Source Specific Tree
„
„ Per
il traffico da un mittente a tutti i riceventi
„ Un albero per ogni mittente
„ Ottimale
„ Aggiornamento più complesso
„
DVMRP (Distance Vector Multicast Routing
Protocol)
MOSPF (Multicast OSPF)
„ Protocollo
di tipo link-state (OSPF)
„ Source specific tree
Shared Tree
„ Per
traffico da ogni mittente a tutti i riceventi
„ Un albero per gruppo
„ Aggiornamento più semplice
Multicast - 19
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 20
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
Protocolli di routing
„
Protocolli di routing tra AS
PIM-DM (Protocol Independent MulticastDense Mode)
„
Protocolli precedenti equivalenti a IGP
„ Non
c’è scambio di informazioni di routing
„ Source Specific Tree
„
PIM-SM (Protocol Independent MulticastDense Mode-Sparse Mode)
„ Si
inizia con Shared Tree
„ Si crea un Source Specific Tree quando
vantaggioso
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 21
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 22
Marzo 98
Marzo 98
DVMRP
DVMRP
DVMRP è definito nello RFC 1075
„ DVMRP ignora le informazioni di routing
degli altri protocolli
„ DVMRP calcola route verso ogni mittente
DVMRP utilizza Source Specific Tree
„ Un pacchetto ricevuto da interfaccia che
non è sulla route verso il mittente è scartato
„ In caso contrario viene inoltrato su tutte le
altre interfacce
„ Le foglie senza membri del gruppo inviano
messaggi di PRUNE
„ Time Out dei prune state: flooding periodico
„ DVMRP è attualmente usato da MBONE
„
„ possono
differire dalle route utilizzate per il
traffico unicast
Usa una metrica basata sul numero di hop
„ Il cammino che collega due neighbor
DVMRP può includere molte reti e molti
router → Tunnel
„ I tunnel sono configurati manualmente
„
Multicast - 23
Copyright: si veda nota a pag. 2
„ disponibile
„ disponibile
Multicast - 24
sui router
anche sugli host (daemon mrouted)
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
MOSPF
„
MOSPF
Descrizione del protocollo
MOSPF è definito nello RFC1584
„ Broadcast periodico delle informazioni sui
gruppi
„ I router MOSPF possono essere mischiati
con router OSPF
„
„È
un protocollo di tipo link-state derivato
dall'OSPF
„ Crea una base dati che descrive la topologia
dell'Autonomous System
„ I pacchetti multicast vengono instradati
attraverso uno shortest path tree
„ Usa una tecnica indicata con il nome di
source/destination group routing
„ Adatto a bassa densità di gruppi multicast
„ Pacchetti
multicast sono però inoltrati solo tra
router MOSPF
I cammini scelti per i pacchetti multicast
non passano per i router solo OSPF
„ I router OSPF indicano di poter operare
anche come router MOSPF utilizzando un
nuovo bit (MC) nel campo Option
dell’header OSPF
„
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 25
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 26
Marzo 98
Marzo 98
MOSPF
„
MOSPF
È stato aggiunto un nuovo tipo di LSA
„
„ Type
6
router MOSPF producono LSA di tipo 6 per
informare gli altri router nella loro area dei gruppi
multicast attivi sulle loro reti
„ Gli LSA tipo 6 non sono propagati tra le aree
„ Quando
W=1 il router può esssere scelto come
gateway verso tutti i multicast group
„ Il bit W è uguale a uno per gli MOSPF ASBR e per
gli MOSPF ABR
„I
„
Multicast - 27
„
Gli ABR MOSPF producono LSA di tipo 6
per informare gli altri router nella backbone
area dei gruppi multicast attivi sulle loro
aree non backbone
Copyright: si veda nota a pag. 2
Un nuovo bit (W) è associato ai router links
states
Multicast - 28
MOSPF è una buona scelta per il
multicasting intra-dominio
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
PIM
PIM-DM
ip multicast-routing
interface ethernet 1
ip pim dense-mode
!
interface ethernet 2
ip pim dense-mode
Protocol Independent Multicast
„ Si basa sulle informazioni di routing
derivate da protocollidi routing unicast
„ Come il DVMRP può attraversare più domini
di routing
„ Esiste in due versioni:
„
„ PIM-SM
- Sparse mode (RFC 2117 experimental)
„ PIM-DM - Dense Mode (Internet Draft)
„ simile al DVMRP
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 29
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 30
Marzo 98
Marzo 98
PIM-SM
„
PIM-SM
Nasce per rendere disponibile un protocollo
sparse mode
Non usa mai il flooding
„ Associa ad ogni gruppo dei Rendevouz
Point (RP)
„ Costruisce degli shared tree
„ Permette ai router di passare
indipendentemente a source specific tree
se lo ritengono conveniente
„ Gli alberi sono costruiti da messaggi
espliciti di JOIN (no data driven)
„ Invio periodico dei JOIN per adattarsi ai
cambiamenti dei gruppi
„
„ Pochi
gruppi rispetto al numero di LAN
introdotto dal multicast Dense Mode
non è più trascurabile
„ L’overhead
Si serve delle tabelle di unicast
indipendentemente dal protocollo unicast
che le ha costruite
„ È un protocollo in via di standardizzazione
„ Esiste una realizzazione della CISCO
„ È attualmente collaudato dalla CISCO su
una rete pilota (CBone)
„
Multicast - 31
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 32
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
Shared Tree
Shortest Path Tree
R2
S2
R2
S2
RP
S1
S1
R3
R1
Multicast - 33
R3
R1
„
Non vengono usati percorsi minimi (S1-R3)
„
Vengono usati percorsi minimi (S1-R3)
„
C’è concentrazione di traffico sul RP
„
Il traffico è distribuito
„
L’albero è indipente dalle sorgenti
„
Ad ogni sorgente corrisponde un albero
Copyright: si veda nota a pag. 2
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 34
Marzo 98
Marzo 98
Trasmettere a G lungo lo shared tree
Creare lo shared tree di G
RP
RP
S
JOIN (*,G)
Multicast - 35
Copyright: si veda nota a pag. 2
REG (data,G)
Multicast - 36
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
Creare l’albero di distribuzione
Creare lo shortest path tree di S
RP
RP
S
S
JOIN(S,G)
Data(S,G)
Data(S,G)
JOIN(S,G)
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 37
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 38
Marzo 98
Marzo 98
Trasmettere lungo lo shortest path tree
Staccarsi dallo Shared Tree
RP
RP
S
Data(S,G)
PRUNE (S,G,RP=1)
Data(S,G)
R
Multicast - 39
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 40
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
Unirsi allo shared tree di G
Unirsi allo shortest path tree di S
RP
RP
S
JOIN (*,G)
JOIN(S,G)
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 41
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 42
Marzo 98
Marzo 98
PIM-SM
Cosa dire di Mbone ...
„
Il cane parlante
„ Non
è tanto entusiasmante sentire ciò che dice,
quanto piuttosto il fatto che lo dica
„
Router A
!
ip multicast-routing
ip pim rp-address 10.8.0.20 1
!
interface ethernet 0
ip pim sparse-mode
!
interface ethernet 1
ip pim sparse-mode
!
access-list 1 permit 224.0.1.2
Multicast - 43
„ Il
salto da ZERO a qualunque baud rate è il passo
più importante che tu possa compiere; dopo di
allora il solo obiettivo che avrai sarà la velocità
della luce
Roter D
!
ip multicast-routing
ip pim rp-address 10.8.0.20 1
!
interface ethernet 0
ip pim sparse-mode
!
interface ethernet 1
ip pim sparse-mode
!
access-list 1 permit 224.0.1.2
Copyright: si veda nota a pag. 2
Prima (e sola) Legge di Tengdin sulle
telecomunicazioni
Multicast - 44
Copyright: si veda nota a pag. 2
Marzo 98
Marzo 98
I protocolli di trasporto
„
Gli applicativi
UDP
„
„ Attualmente
è il protocollo di trasporto utilizzato
da tutti gli applicativi
„
SD/SDR - Session Directory
„ Mantiene
un'elenco aggiornato delle conferenze
in atto e permette di aderirvi od abbandonarle
„ Tramite sd si riescono a gestire dinamicamente in
modo molto semplice le varie conferenze
„ Annunci mediante indirizzo multicast
RTP
„ Real
Time Protocol
„ Migliora la QoS fornita da IP per garantire servizi
in tempo reale
„ Time-stamp per recuperare le variazioni di ritardo
subite nella rete
„
VAT - Visual Audio Tool
„ Permette
la ricezione e la trasmissione della parte
audio di una conferenza
„
VIC - Video Conference Tool
„ Permette
la ricezione e la trasmissione della parte
video di una conferenza
Copyright: si veda nota a pag. 2
Multicast - 45
Multicast - 46
Marzo 98
Gli applicativi
„
IMM - Image Multicaster Client
„ Permette
„
la ricezione di immagini statiche
NV - Videoconferencing Tool
„ Permette
di ricevere video trasmesso a basso
frame rate in forma di datagram UDP multicast
„
WB - WhiteBoard Tool
„ Permette
di gestire una lavagna bianca su cui
chiunque può scrivere. È particolarmente utile nel
caso di seminari
Multicast - 47
Copyright: si veda nota a pag. 2
Copyright: si veda nota a pag. 2