IP Multicast Routing. Silvano Gai Mario Baldi staff.polito.it/mario.baldi. Nota di Copyright. Multicast Backbone

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1 Nota di Copyright IP Multicast Routing Silvano Gai Mario Baldi staff.polito.it/mario.baldi Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slides) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1. Le slides possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slides è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slides (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slides. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. Multicast - 1 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 2 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast Backbone 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. MBoneel'IETF 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 MBone MBone è una rete virtuale 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 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 Multicast - 3 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 4 Copyright: si veda nota a pag. 2

2 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 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 IP e il multicasting 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 Gli MRouter (Multicast Router) instradano i pacchetti multicast Gli mrouter possono essere integrati con i normali router IP, ma svolgono funzioni differenti Multicast - 5 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 6 Copyright: si veda nota a pag. 2 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: Indirizzi multicast Alcuni casi particolari L'indirizzo non viene assegnato a nessun gruppo 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 è il gruppo di tutti i router Non esiste l'indirizzo globale di tutti gli host connessi ad Internet Multicast - 7 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 8 Copyright: si veda nota a pag. 2

3 Multicast sulle LAN Sulle LAN il multicast di livello 3 è realizzato tramite il multicast di livello MAC Corrispondenza tra indirizzi IP e MAC 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 E a E-7F-FF-FF RFC 1112 Bisogna abilitare o disabilitare la ricezione di indirizzi multicast sulla scheda di rete JoinHostGroup LeaveHostGroup IGMP Internet Group Management Protocol 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 Multicast - 9 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 10 Copyright: si veda nota a pag. 2 Il pacchetto IGMP Type Type Max Resp Time Group Address Checksum 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 Il pacchetto IGMP Max Resp Time 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 Viene impostato a zero nelle query generali per scoprire quali gruppi operano sulla LAN Nei report e nelle query specifiche contiene l'indirizzo dell'host group a cui appartiene un host Multicast - 11 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 12 Copyright: si veda nota a pag. 2

4 Il protocollo IGMP I multicast router inviano periodicamente query per scoprire quali host group sono attivi su una LAN Le query sono indirizzate (a livello IP) al gruppo di tutti gli host ( ) e hanno TTL=1 Gli host rispondono alle query generando dei report, con cui segnalano al multicast router tutti gli host group a cui appartengono In particolare, gli host rispondono inviando un report per ciascun host group a cui sono iscritti Indirizzo Ethernet corrispondente a H Indirizzo IP multicast di tutte le stazioni Host Membership Report (F,f) Funzionamento di IGMP Host Membership Query (H,h) 2 R Host Membership Report (G,g) Multicast - 13 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 14 Copyright: si veda nota a pag. 2 Tecniche di ottimizzazione I messaggi di report possono intasare la rete. Per ovviare a ciò: Quando 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 Topologia di MBone Collegamento tra due mrouter local end-point MRouter H H H H Internet Tunnel remote end-point MRouter H H H H Multicast - 15 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 16 Copyright: si veda nota a pag. 2

5 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 I tunnel Parametri 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 Multicast - 17 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 18 Copyright: si veda nota a pag. 2 Routing di traffico multicast I protocolli di instradamento per pacchetti multicast usano alberi di distribuzione multicast Percorso da membri trasmittenti a tutti i membri riceventi Source Specific Tree Per il traffico da un mittente a tutti i riceventi Un albero per ogni mittente Ottimale Aggiornamento più complesso 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 Protocolli di routing DVM (Distance Vector Multicast Routing Protocol) Basato su distance-vector Usa Source Specific Tree Considera tunnel IP oltre a link fisici MOSPF (Multicast OSPF) Protocollo di tipo link-state (OSPF) Source specific tree Multicast - 20 Copyright: si veda nota a pag. 2

6 Protocolli di routing PIM-DM (Protocol Independent Multicast- Dense Mode) Non c è scambio di informazioni di routing Source Specific Tree PIM-SM (Protocol Independent Multicast- Dense Mode-Sparse Mode) Si inizia con Shared Tree Si crea un Source Specific Tree quando vantaggioso Protocolli di routing tra AS Protocolli precedenti equivalenti a IGP Multicast - 21 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 22 Copyright: si veda nota a pag. 2 DVM DVM è definito nello RFC 1075 DVM ignora le informazioni di routing degli altri protocolli DVM calcola route verso ogni mittente possono differire dalle route utilizzate per il traffico unicast Usa una metrica basata sul numero di hop Il cammino che collega due neighbor DVM può includere molte reti e molti router Tunnel I tunnel sono configurati manualmente DVM DVM 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 DVM è attualmente usato da MBONE disponibile sui router disponibile anche sugli host (daemon mrouted) Multicast - 23 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 24 Copyright: si veda nota a pag. 2

7 MOSPF Descrizione del protocollo 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 MOSPF MOSPF è definito nello RFC1584 Broadcast periodico delle informazioni sui gruppi I router MOSPF possono essere mischiati con router OSPF 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 Multicast - 25 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 26 Copyright: si veda nota a pag. 2 MOSPF È stato aggiunto un nuovo tipo di LSA Type 6 I 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 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 MOSPF Un nuovo bit (W) è associato ai router links states 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 MOSPF è una buona scelta per il multicasting intra-dominio Multicast - 27 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 28 Copyright: si veda nota a pag. 2

8 PIM Protocol Independent Multicast Si basa sulle informazioni di routing derivate da protocollidi routing unicast Come il DVM può attraversare più domini di routing Esiste in due versioni: PIM-SM - Sparse mode (RFC experimental) PIM-DM - Dense Mode (Internet Draft) simile al DVM PIM-DM ip multicast-routing interface ethernet 1 ip pim dense-mode interface ethernet 2 ip pim dense-mode Multicast - 29 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 30 Copyright: si veda nota a pag. 2 PIM-SM Nasce per rendere disponibile un protocollo sparse mode Pochi gruppi rispetto al numero di LAN L overhead introdotto dal multicast Dense Mode non è più trascurabile 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) PIM-SM Non usa mai il flooding Associa ad ogni gruppo dei Rendevouz Point () 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 Multicast - 31 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 32 Copyright: si veda nota a pag. 2

9 Shared Tree R2 S2 Shortest Path Tree R2 S2 S1 R1 R3 S1 R1 R3 Non vengono usati percorsi minimi (S1-R3) Vengono usati percorsi minimi (S1-R3) C è concentrazione di traffico sul Il traffico è distribuito L albero è indipente dalle sorgenti Ad ogni sorgente corrisponde un albero Multicast - 33 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 34 Copyright: si veda nota a pag. 2 Creare lo shared tree di G Trasmettere a G lungo lo shared tree S JOIN (*,G) REG (data,g) Multicast - 35 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 36 Copyright: si veda nota a pag. 2

10 Creare l albero di distribuzione Creare lo shortest path tree di S S S JOIN(S,G) Data(S,G) Data(S,G) JOIN(S,G) Multicast - 37 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 38 Copyright: si veda nota a pag. 2 Trasmettere lungo lo shortest path tree Staccarsi dallo Shared Tree S Data(S,G) Data(S,G) PRUNE (S,G,=1) R Multicast - 39 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 40 Copyright: si veda nota a pag. 2

11 Unirsi allo shared tree di G Unirsi allo shortest path tree di S S JOIN (*,G) JOIN(S,G) Multicast - 41 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 42 Copyright: si veda nota a pag. 2 PIM-SM Router A ip multicast-routing ip pim rp-address interface ethernet 0 ip pim sparse-mode interface ethernet 1 ip pim sparse-mode access-list 1 permit Roter D ip multicast-routing ip pim rp-address interface ethernet 0 ip pim sparse-mode interface ethernet 1 ip pim sparse-mode access-list 1 permit Cosa dire di Mbone... Il cane parlante Non è tanto entusiasmante sentire ciò che dice, quanto piuttosto il fatto che lo dica Prima (e sola) Legge di Tengdin sulle telecomunicazioni 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 Multicast - 43 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 44 Copyright: si veda nota a pag. 2

12 I protocolli di trasporto UDP Attualmente è il protocollo di trasporto utilizzato da tutti gli applicativi 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 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 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 Multicast - 45 Copyright: si veda nota a pag. 2 Multicast - 46 Copyright: si veda nota a pag. 2 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