Servicios de transmisión

1. 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 IGMPv3. • 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

2. E R R R 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. • 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

3. 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

4. 0 8 16 24 32 A B C D E 11111111 flags scope Grupo (112 bits) Direcciones multicast en IP • IPv4 prevé 2 ** 28 direcciones de grupo. • IPv6 prevé 2 ** 112 direcciones de grupo Clase Formato Rango 0.0.0.0 a 127.255.255.255 0 RED HOST HOST HOST 128.0.0.0 a 191.255.255.255 10 RED RED HOST HOST 192.0.0.0 a 223.255.255.255 110 RED RED RED HOST 224.0.0.0 a 239.255.255.255 ID GRUPO MULTICAST 1110 E X P E R I M E N T A L 240.0.0.0 a 247.255.255.255 11110 IPv6 IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar

5. 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: • 01-00-5E-00-00-00 a 01-00-5E-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

6. 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 (IPv4): 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: • IPv4: • reserva direcciones de 224.0.0.0 a 224.0.0.255. • grupos 239.0.0.0 a 239.255.255.255: aplicaciones administrativas en redes privadas • IPv6: • bit T (1) de campo de flags de la dirección. 000T IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar

7. Características de los grupos multicast • Alcance de un grupo • Los datagrams para un grupo deben ser difundidos en el ámbito del grupo. • IPV6 • Campo scope de la dirección • IPv4 • 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 • 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. Router Host Host Host Host CBT IGMP IGMP Router Router CBT Soporte multicast • En la red local (hosts - routers) • Mecanismos para anunciar vinculación/desvinculación de hosts a los grupos: • IGMPv1, v2, v3 • 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, . . .) IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar

12. Grupos densos y dispersos • Grupo denso • Ambito restringido (intranet) • Gran porcentaje de los hosts es miembro • Vínculos homogéneos con 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

13. Protocolos de ruteo multicast Requerimientos • Relativos a las aplicaciones: Calidades de servicio variadas • Demora máxima punta a 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

14. 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

15. R1 E1 Emisor Grupo iif oifs E1 G a b c E2 G d a b E2 Entradas en el router y reenvío R3 R2 E1 y E2 emitiendo a grupo G (R1, R2 y R3) 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 (SxG) ) a b d c Demoras E1 a R1:2 (2) E1 a R2:4 (4) E1 a R3:2 (2) E2 a R1:4 (4) E2 a R2:4 (4) E2 a R3:1 (1) Vínculos utilizados: 9 IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar

16. R1 E1 a Grupo iif oifs G b a c C b d c E2 R3 R2 E1 y E2 emitiendo a grupo G (R1, R2 y R3) 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) Entradas en el router y reenvío Demoras E1 a R1:6 (2) E1 a R2:4 (4) E1 a R3:4 (2) E2 a R1:6 (4) E2 a R2:4 (4) E2 a R3:4 (1) Vínculos utilizados: 7 IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar

17. R1 E1 Grupo interfaces G b a c a C b d c E2 R3 R2 E1 y E2 emitiendo a grupo G (R1, R2 y R3) 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 Entradas en el router y reenvío Demoras E1 a R1:2 (2) E1 a R2:4 (4) E1 a R3:2 (2) E2 a R1:6 (4) E2 a R2:4 (4) E2 a R3:4 (1) Vínculos utilizados: 7 IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar

18. 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

19. 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

20. 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 (v3) y RFC (v2) IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar

21. 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

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

23. 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

24. 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

25. 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 • IGMPv2. IP Multicast 1999 - grigotti@exa.unicen.edu.ar