Servicios de transmisin Transmisin punto a punto unicast

Servicios de transmisión • • • Transmisión punto a punto (unicast): – Un emisor, un receptor. – Tipo de transmisión tradicional en la Internet. Transmisión punto a multipunto: – Un emisor, varios receptores. – Los receptores pertenecen a un grupo. – Aún no provista, en el futuro join específico de IGMPv 3. – Ej. aplicación: emisión de radio broadcast, distribución de software. Multipunto a punto: – Varios emisores, un receptor. – No provista por la Internet. – Soportado por varias punto a punto. – Ej. aplicación: telemetría, monitoreo remoto de la red. Multipunto a multipunto (multicast): – Varios emisores, varios receptores. – Los receptores pertenecen a un grupo. – Los emisores pueden o no pertenecer al grupo. – Multicast provisto en la Internet. – Ej. aplicación: Conferencias multimedia, Whiteboard. Anycast: – Uno a cualquiera de un grupo. – Ej. Aplicación: servicios independientes de su ubicación. IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 1

Alternativas para proveer un servicio multicast Varias transmisiones punto a punto • Datagrams enviados por E: 3. • Cantidad de paquetes transmitidos: 8. • Memoria en E: 3 direcciones individuales. • Carga por cambio en grupo: sí. Transmisión broadcast • Datagrams enviados por E: 1. • Cantidad de paquetes transmitidos: >13. • Memoria en E: ninguna dirección. • Carga por cambio en grupo: no. E R R R Soporte multicast en la red: • Datagrams enviados por E: 1. • Cantidad de paquetes transmitidos: 6. • Memoria en E: 1 dirección de grupo. • Carga por cambio en grupo: no. IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 2

Direcciones multicast • Identifican a un grupo de 0, 1 ó más interfaces a la red (direcciones individuales). • Los integrates de un grupo no tienen necesariamente relación topológica entre sí. • Los integrantes de un grupo pueden variar dinámicamente. • Una interfaz puede estar asociada a un número variable de grupos multicast. • Extensión del modelo de ruteo IP: – Unicast: en base a dirección de destino, enviar hacia él. – Multicast: en base a las direcciones origen y destino, alejarse del origen. • Información de estado en los routers: – Unicast: tablas de ruteo. – Multicast: árboles de distribución (MFC). IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 3

Direcciones multicast en IP • • IPv 4 prevé 2 ** 28 direcciones de grupo. IPv 6 prevé 2 ** 112 direcciones de grupo Clase Formato 0 8 16 Rango 24 32 A 0 RED HOST 0. 0 B 10 RED HOST 128. 0. 0. 0 a 191. 255 C 110 RED HOST 192. 0. 0. 0 a 223. 255 D 1110 ID GRUPO E 11110 EXPERIMENTAL RED IPv 6 1111 flags scope MULTICAST a 127. 255 224. 0. 0. 0 a 239. 255 240. 0 a 247. 255 Grupo (112 bits) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 4

Multicast: mapeo a la subred • Mapeo dependiente de la capacidad de la subred: – varios frames punto a punto – un frame broadcast – un frame multicast • Correspondencia multicast IP- multicast Ethernet – Reserva (IANA) de direcciones Ethernet para direcciones multicast IP: • 01 -00 -5 E-00 -00 -00 a 01 -00 -5 E-FF-FF-FF (23 últimos bits) – Conversión sencilla (sin ARP o similar) – 32 direcciones multicast IP asignadas a una única dirección multicast Ethernet – Filtrado no completo en el nivel Ethernet (placa) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 5

Características de los grupos multicast • Tiempo de vida de un grupo – Grupos permanentes • Direcciones asignadas (IANA), fijas, conocidas (“well-known”) en toda la red. • Existen aunque no tengan hosts miembros. • Un router NO reenvía un datagram con dirección permanente, independientemente de su TTL. • Ejemplo (IPv 4): 224. 0. 0. 1 Todos los hosts en la red local que participan en multicast. – Grupos transitorios • No tienen direcciones fijas asignadas. • Requieren mecanismos de asignación de grupos a las aplicaciones. • Existen mientras tengan hosts miembros. • Reconocimiento de direcciones permanentes y temporarias: – IPv 4: • reserva direcciones de 224. 0. 0. 0 a 224. 0. 0. 255. • grupos 239. 0. 0. 0 a 239. 255: aplicaciones administrativas en redes privadas – IPv 6: 000 T • bit T (1) de campo de flags de la dirección. IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 6

Características de los grupos multicast • Alcance de un grupo – Los datagrams para un grupo deben ser difundidos en el ámbito del grupo. – IPV 6 • Campo scope de la dirección – IPv 4 • Valor de TTL • Thresholds en interfaces de los routers • Un datagram con TTL < threshold de la interfaz NO es reenviado • Problema (en MBONE): – Mecanismo usado para limitar alcance de tipo de aplicación – Tráfico para el site: enviado con TTL = 16 – Tráfico global: enviado con TTL = 127 IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 7

Multicast: envío de datagrams • Envío de datagrams multicast: – No confiable, best effort – Los errores no generan mensajes ICMP • Envío multicast en la red local – un host envía (local), los demás reciben • Envío multicast más allá de la red local – un host envía (local) – un router multicast, reenvía el dg en las demás redes dependiendo de: • la red debe tener miembros del grupo • el TTL del dg debe ser mayor que cero (threshold) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 8

Transmisión multicast Características + Mejor utilización del ancho de banda + Menor procesamiento en routers y hosts + No es necesario conocer las direcciones de los receptores + Posibilita la escalabilidad de las aplicaciones multipunto Utiliza UDP + Control de la aplicación sobre los datos enviados + Mecanismos propios para recuperación - Carece de mecanismos para control de congestión - Envío best effort IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 9

Multicast: requerimientos • Modificaciones en los hosts para soporte de multicast. • Routers con capacidad multicast. • Protocolo para comunicar host c/routers y routers entre sí: IGMP (Internet Group Managment Protocol). • Soporte para protocolos de ruteo multicast. IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 10

Soporte multicast • En la red local (hosts - routers) • Mecanismos para anunciar vinculación/desvinculación de hosts a los grupos: • IGMPv 1, v 2, v 3 • Entre los routers • Mecanismos para la propagación de información de ruteo y mantenimiento de árboles de distribución: • Protocolos de ruteo multicast (DVMRP, PIM-DM, PIM-SM, MOSPF, CBT, . . . ) Router Host CBT Host IGMP Router CBT IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 11

Grupos densos y dispersos • Grupo denso – Ambito restringido (intranet) – Gran porcentaje de los hosts es miembro – Vínculos homogéneos considerable ancho de banda – Estrategia para construir el árbol de distribución: • asumir que todos los hosts desean ser miembros • los hosts que no lo desean lo comunican explícitamente • Grupo disperso – Ambito: interredes (p. ej. Internet) – Un pequeño porcentaje de los hosts es miembro – Vínculos heterogéneos – Estrategia para construir el árbol de distribución: • los hosts que desean ser miembros lo comunican explícitamente IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 12

Protocolos de ruteo multicast Requerimientos • Relativos a las aplicaciones: Calidades de servicio variadas – Demora máxima punta – Tiempo de establecimiento • Relativos a la red: Utilización de recursos – Memoria en los routers – Overhead en los vínculos debido a intercambio de información de control – Concentración de táfico (datos) • Escalabilidad Factores que afectan el comportamiento de los protocolos • • • Grupos densos o dispersos Porcentaje de emisores en el grupo (uno, varios, todos) Grado de simultaneidad de las emisiones IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 13

Arboles de distribución • Conjunto de vínculos y nodos que cubre a todos los receptores de un grupo • Construidos y mantenidos por el protocolo de ruteo multicast • Información distribuida en los nodos • Tipos de árboles – Por emisor (source based tree) – Por grupo (shared tree) unidireccional – Por grupo, bidireccional • Pertenencia – Implícita • Difusión periódica de datos multicast en toda la red • No escalable – Explícita: • Mecanismos explícitos de agregado de los routers al grupo • Escalabilidad IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 14

Arboles por emisor • Arboles por emisor (Source based trees) – Caminos de longitud mínima – Buenas demoras – Balanceo de carga en los vínculos – Significativo consumo de memoria y overhead en los routers (O (Sx. G) ) R 1 Emisor Grupo iif oifs E 1 G a b c E 2 G d a b a d cb Entradas en el router y reenvío Demoras E 1 a R 1: 2 (2) E 1 a R 2: 4 (4) E 1 a R 3: 2 (2) E 2 a R 1: 4 (4) E 2 a R 2: 4 (4) E 2 a R 3: 1 (1) Vínculos utilizados: 9 E 2 R 3 R 2 E 1 y E 2 emitiendo a grupo G (R 1, R 2 y R 3) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 15

Arboles compartidos unidireccionales Arboles compartidos (Shared trees) unidireccionales – Caminos no óptimos – Considerable carga en los vínculos, dependiendo de la simultaneidad de las emisiones (varios emisores) – No aptos para aplicaciones de búsqueda de recursos (expanding ring search) – Buena escalabilidad fundamentalmente en el caso de grupos con varios emisores (memoria en routers) – Sensibles a fallas – Performance dependiente de la ubicación del core o centro – Carga del core (desencapsulación) R 1 E 1 Grupo iif oifs G b a c a Entradas en el router y reenvío Demoras E 1 a R 1: 6 (2) E 1 a R 2: 4 (4) E 1 a R 3: 4 (2) E 2 a R 1: 6 (4) E 2 a R 2: 4 (4) E 2 a R 3: 4 (1) Vínculos utilizados: 7 d c b C E 2 R 3 R 2 E 1 y E 2 emitiendo a grupo G (R 1, R 2 y R 3) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 16

Arboles compartidos bidireccionales Arboles compartidos (Shared trees) bidireccionales – No es necesaria la encapsulación – No hay chequeo de arribo por la interfaz “camino” al core – Aptos para aplicaciones de búsqueda de recursos (expanding ring search) si la subred del emisor pertenece al grupo – Caminos mejores que los unidireccionales, pero no óptimos R 1 E 1 Grupo interfaces G b a c a Entradas en el router y reenvío Demoras E 1 a R 1: 2 (2) E 1 a R 2: 4 (4) E 1 a R 3: 2 (2) E 2 a R 1: 6 (4) E 2 a R 2: 4 (4) E 2 a R 3: 4 (1) Vínculos utilizados: 7 d c b C E 2 R 3 R 2 E 1 y E 2 emitiendo a grupo G (R 1, R 2 y R 3) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 17

Técnicas para construcción y reenvío, árboles por emisor • Reverse path broadcasting (RPB) – Si el paquete arriba por la mejor interfaz al emisor, reenviarlo por las demás interfaces – Si el paquete arriba por otra interfaz, descartarlo – Mejora: • Si el paquete arriba por la mejor interfaz al emisor, reenviarlo por las interfaces a los nodos que consideren (a este nodo) como el mejor camino al emisor – Mejor performance – Más información de control • Truncated reverse path broadcasting (TRPB) – Los routers leaf no envían a la red local si no tienen miembros • Reverse Path Multicasting (RPM) – Capacidad de los routers no leaf para enviar podas hacia los emisores IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 18

Protocolos multicast • DVMRP – Modo denso – Árboles por emisor – Pertenecia implícita – Emplea RPM (con envío selectivo a downstreams) – Ruteo propio – No escalable – Utilizado en el MBONE • PIM-DM – Modo denso – Árboles por emisor – Pertenencia implícita – Emplea RPM (sin envío selectivo) – Independiente del ruteo unicast – Simple – No escalable – Estado de borrador IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 19

Protocolos multicast • MOSPF – Modo denso – Árboles por emisor – Pertenencia explícita – Construcción de árboles en cada nodo (Dijkstra) – No escalable – Ruteo propio (OSPF) • CBT – Modo sparse – Árboles compartidos, bidireccionales – Pertenencia explícita – Independiente del ruteo unicast – Simple – Escalable – Estado de draft (v 3) y RFC (v 2) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 20

Protocolos multicast • PIM-DM – Modo sparse – Árboles compartidos unidireccionales – Conmutación a árboles por emisor – Pertenencia explícita – Escalable ? ? – Independiente del ruteo unicast – Estado de RFC – Implementaciones (CISCO) IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 21

Resumen protocolos multicast IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 22

Tipos de aplicaciones multicast • 1 a M: Las más simples. – Eventos planificados (conferencias, audio, TV). AB considerable. Sincronización de streams. – Actualización de info dinámica, no esencial (p. ej. datos meteorológicos). Bajo AB. – Monitoreo (lectura de sensores, seguridad). AB variado, tráfico en ráfagas o regular. • M a 1: Aplicaciones request/reply – Descubrimiento de recursos – Data collection – Polling • M a M: Problemas complejos de sincronización entre participantes – Conferencias multimedia (audio + video + whiteboard). AB considerable. Sensibles y no sensibles a errores. Coordinación de streams. Muy sensibles a demoras y variación de demoras. – DIS: Grandes anchos de banda. Demoras bajas para incorporarse o dejar de pertenecer a un grupo. IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 23

Requerimientos de las aplicaciones multicast • Manejo de receptores heterogéneos – Receptores en subredes con diferentes capacidades (AB, demora, congestión). – Saturación del emisor con información de feedback. – Mecanismos en las aplicaciones para adaptar envío. • Envío confiable de datos – Grados de confiabilidad dependiendo de la aplicación • Receptor solicita paquetes erróneos (NACK). • Emisor necesita confirmación de paquetes recibidos (ACK). – Saturación de la red con feedback (implosión) • Recuperación local • Limite en el alcance del feedback IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 24

Requerimientos de las aplicaciones multicast • Seguridad – Control de emisores. – Control de receptores. – Autenticación de contenidos. – Protección de identidad de los receptores. – Aspectos de performance ante cambios en la composición de un grupo. • Administración de sesiones – Mapeo de direcciones y ports multicast a diferentes sesiones (SDP). – Distribución de información relativa a sesiones (SAP). • Demoras acotadas para integración y salida de un grupo – IGMPv 2. IP Multicast 1999 - grigotti@exa. unicen. edu. ar 25