Sistemas Telemáticos
Universidade do Minho
Trabalho Prático 1
António Costa <[email protected]>
Grupo de Comunicações por Computador
Departamento de Informática
Universidade do Minho
Horário de Atendimento:
• Quarta-Feira, 15h – 18h
• Terça-Feira, 10h – 13h
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa
Objectivos
Universidade do Minho
• Explorar aplicações MBONE (sdr, vic e vat)
•
•
•
•
Utilização das ferramentas
Familiarização com a rede virtual MBONE
Formatos audio/video usados
Pretexto para estudo da tecnologia de suporte multicast
• Encaminhamento Multicast
– Conceitos:
• Endereçamento, registo dinâmico e encaminhamento
– Aspectos operacionais:
• Configuração de hosts
• Configuração de routers CISCO
• Diagnóstico de problemas...
– Preparação para o estudo detalhado do Multicast
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ST 2002, A.Costa
Universidade do Minho
Difusão de audio e vídeo
– Difusão de conferências - são sessões especializadas, com
um número não muito grande de interessados mas que
estão espalhados por todo o mundo…
– Educação à distância - permite que os alunos possam ter
aulas com os melhores especialistas...
– Projectos de colaboração alargados - para grande número
de participantes, quando as ferramentas de
videoconferência excedem a sua capacidade…
– Promoções comerciais - apresentação de produtos em
sessões multicast com potenciais clientes em todo o
mundo…
– Eventos especiais - missões espaciais, etc...
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ST 2002, A.Costa
Difusão de audio e vídeo
Universidade do Minho
– possibilidade de recepção simultânea de vários canais
• pode ser útil para efectuar gravações, ou mesmo para redistribuir
diferentes eventos externos para diferentes salas…
– separação entre as emissões audio e vídeo
• coloca problemas de sincronização entre as duas sequências
• mas permite que alguns recebam apenas a emissão audio (se os
débitos e tempos de atraso não permitirem boa recepção video)
– possibilidade de ter vários canais audio e vídeo do mesmo
acontecimento:
• várias câmaras a filmar o mesmo evento...
• emissão em diferentes formatos audio, com diferentes níves de
qualidade, e mesmo em línguas diferentes…
• cabe a cada receptor escolher o que quer ver e ouvir...
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa
Difusão de audio e vídeo
Universidade do Minho
Rede
1. A rede suporta multicast/broadcast
2. Recorrendo a múltiplas conexões...
Multicasting
Rede
Esta última hipótese tem algumas desvantagens evidentes:
– sobrecarga de processamento no emissor, que tem de gerar vários fluxos idênticos
– sobrecarga de comunicações na rede, no transporte repetido de sequências de bits:
• alguns segmentos da rede transportam várias vezes a mesma coisa…
– o conjunto de potenciais destinatários é necessáriamente limitado…
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ST 2002, A.Costa
Difusão de audio e vídeo
Universidade do Minho
Pontos de replicação
receptor multicast
R
R
Servidor
(origem multicast)
R
R
R
receptor multicast
receptor multicast
– o multicast consegue-se por replicação do fluxo de dados nalguns pontos
– evitam-se assim que vários fluxos de dados idênticos passem no mesmo
percurso...
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ST 2002, A.Costa
MBone
Universidade do Minho
O que é o Mbone?
– Virtual Internet Backbone for Multicast IP
(ou simplesmente Multicast Backbone)
• uma implementação real, no mundo inteiro, de uma rede multicast
– A designação abrange duas coisas:
• uma rede física, a funcionar sobre a Internet, com routers que suportam
funções de multicasting
• Um conjunto de programas para difundir audio e video na rede, e para
ajudar os utilizadores a procurarem sessões e a reproduzi-las (vídeo e som)
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ST 2002, A.Costa
MBone
Universidade do Minho
Mbone - a rede de multicast
– surgiu por organização voluntária de utilizadores e não de
fornecedores de serviço Internet...
– o crescimento foi feito com base no interesse e na
expertise e não com base em optimizações de fluxo de
dados…
• contornou-se a indecisão dos ISP que não sabiam se queriam ou
não suportar a difusão de vídeo…
– são os utilizadores que organizam eventos esporádicos e
calendarizam-nos…
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ST 2002, A.Costa
MBone
Universidade do Minho
Mbone - as aplicações
– utilizadores são informados das emissões através de uma
ferramenta especial que se chama sdr (Session directory):
• esta informação é também difundida, usando a mesma tecnologia!
• Protocolo SDP
– descrição textual das sessões é difundida num grupo próprio
– A descrição é suficiente para configurar e arrancar as
ferramentas necessárias para participar na sessão...
• toda a informação necessária é adicionada na directoria… mas
basta clicar para activar
• qualquer utilizador pode criar e calendarizar uma sessão…
– vat (ferramenta audio)
– vic (ferramenta video)
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ST 2002, A.Costa
MBone
Universidade do Minho
Mbone - as aplicações (cont.)
• Existem também aplicações de trabalho cooperativo:
– quadro branco partilhado: wb (WhiteBoard)
– editor de texto: nt (TextEditor)
Outras possibilidades:
– replicação de ficheiros em servidores de réplicas (mirroring)
– distribuição das News
– Content Delivery Networks...
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ST 2002, A.Costa
Universidade do Minho
Multicast
• Transmissão de um datagrama IP de um host para um grupo,
com 0 ou mais membros, identificados por um único endereço
IP
– Entrega a todos os membros com as mesmas garantias best-effort da
entrega unicast
• Grupos são de filiação dinâmica:
–
–
–
–
–
–
Membros podem juntar-se ou abandonar um grupo a qualquer momento
Não há restrições sobre o nº de membros ou a sua localização
Um host pode pertencer a mais do que um grupo ao mesmo tempo
Um host pode enviar dados para um grupo mesmo sem ser membro
Os grupos podem ser permanentes ou transitórios...
Um router multicast deve reencaminhar os pacotes IP multicast para
todas as redes com membros sempre que o seu TTL seja superior a 1
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ST 2002, A.Costa
Multicast
Universidade do Minho
• Uma extensão IP:
Módulos dos protocolos das camadas superiores
Interface de Serviços IP extendida ( JoinHostGroup e LeaveHostGroup
ICMP
Módulo IP
IGMP
Interface com a rede local
Mapeamento (ex: ARP)
Módulo Rede Local
(ex: Ethernet)
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ST 2002, A.Costa
Endereçamento
• IP Multicast Group Addresses:
Universidade do Minho
– Classe “D” (primeiros 4 bits a “1110”)
– Gama de endereços: 224.0.0.0 – 239.255.255.255
• Endereços reservados:
–
–
224.0.0.0 – 224.0.0.255 (transmissão com TTL = 1)
Examples:
•
•
•
•
•
224.0.0.1
224.0.0.2
224.0.0.4
224.0.0.5
224.0.0.13
Todos os sistemas
Todos os routers
Todos os routers DVMRP
Todos os routers OSPF
Todos os routers PIMv2
• Endereços de utilizção limitada administrativamente:
– 239.0.0.0–239.255.255.255
– Tal como a gama de endereços “intranet” unicast...
• Site local:
239.253.0.0/16
• Organização: 239.192.0.0/14
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa
Universidade do Minho
Mapeamento em endereços MAC
• Para evitar a utilização de protocolos tipo ARP fazem-se
mapeamentos nos endereços multicast de nível 2...
• Endereços Ethernet (48 bits) para multicast começam por “0100-5e” seguido de um bit zero (bit multicast)
• Os restantes 23 bits são ocupados com os últimos 23 bits do
endereço IP classe D
• Mapeamento não é de um para um, mas de 32 para 1 !!!
IP classe D (32 bits)
End. MAC (48 bits)
GCOM-DI-UM
1110 5 bits
“01-00-5e”
14
23 bits
0
ST 2002, A.Costa
Protocolo IGMP
Universidade do Minho
• Internet Group Management Protocol (IGMP)
– Protocolo assimétrico usado para reportar a filiação nos
grupos multicast...
– IGMPv1, IGMPv2 e IGMPv3 (draft)
• Parte integrante do IP
– deve correr em todos os hosts...
0
3
Vers
7
Type
15
Unused
31
Checksum
Group address
Version 1
0
7
Type
15
31
Max Response
Time
Checksum
Group address
Version 2
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa
Protocolo IGMP
Universidade do Minho
• IGMPv1
– Routers enviam periodicamente uma “IGMP Host Membership Query”
para o grupo 224.0.0.1 com TTL 1
– Hosts disparam um temporizador com valor aleatório
– O primeiro cujo temporizador expirar responde com “IGMP Host
Membership Report” para o endereço do grupo a que deseja filiar-se...
– Como todos os interessados da mesma rede no mesmo grupo recebem
essa resposta... escusam-se a responder...
– Se ninguém responder não há membros activos...
– Um host que se junte pela primeira vez manda imediatamente um
“IGMP Host Membership Report” para diminuir a latência da operação
de Join ao grupo...
• IGMPv2 - acrescenta mensagem de “Leave Group”...
• IGMPv3 - permite ao host seleccionar os emissores...
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa
Encaminhamento Multicast
• Duas tarefas em torno das tabelas de encaminhamento:
Universidade do Minho
– Envio dos pacotes multicast (“forwarding”)
• Extrair endereços do cabeçalho IP...
• Consulta das entradas da tabela de encaminhamento (por endereço de
destino e endereço de origem)
• Validação RPF (Reverse Path Forwarding)
• Replicar pacote em todas as interfaces de saída...
– Construção das árvores de difusão
• Inserir e actualizar entradas na tabela de encaminhamento multicast
• Existem vários protocolos de encaminhamento:
– DVMRPv3 (Internet-draft)
» DVMRPv1 (RFC 1075) is obsolete and unused. A variant is currently implemented
– MOSPF (RFC 1584)
– PIM-DM (Internet-draft)
– PIM-SM (RFC 2362- v2)
– Others (CBT, OCBT, QOSMIC, SM, etc.)
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa
Árvores de difusão
Universidade do Minho
• Centradas nas fontes (Shortest reverse Path Trees)
• Notação: (S, G) com S = source e G = Grupo
S1
RP
R
R
GCOM-DI-UM
R
18
R
ST 2002, A.Costa
Árvores de difusão
Universidade do Minho
• Partilhadas (centradas num “RendezVous Point”) (Shared Trees)
• Notação: (*, G) com * = todas as fontes e G = grupo
S1
RP
R
R
GCOM-DI-UM
R
19
R
ST 2002, A.Costa
Validação RPF
Universidade do Minho
• Entradas na tabela de encaminhamento:
– Endereços de origem e de grupo: par (*, G) ou (S,G)
– Interface de Entrada (iif)
• Interface de entrada
– Vizinho RPF (rpf neighbor)
• router no caminho mais curto em direcção à fonte
– Lista de interfaces de saída (oif list)
i0
i3
GCOM-DI-UM
i1
R1 i2
i4
Entrada: (S,G) iif= i1 oiflist= i3, i4
Validação RPF:
i1 é o caminho mais curto unicast para S
Pacotes que não venham de i1 são descartados
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ST 2002, A.Costa
Universidade do Minho
Protocolos Multicast
• Muito diferentes dos protocolos unicast...
• Muito complexos...
• Dois tipos de estratégias:
– Modo denso
•
•
•
•
•
Estratégia tipo “Push” designada Flood & Prune
O tráfego é difundido por toda a rede…
Deve ser truncado onde não for desejado…
Repete-se de 3 em 3 minutos tipicamente…
Exemplos: DVMRP e PIM-DM
– Modo esparso
• Estatégia tipo “Pull” (requere join/leave explícitos)
• O tráfego só é difundido para onde é desejado…
• Exemplo: PIM-SM
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa
Universidade do Minho
Tuneis IP-sobre-IP
Multicast
island
Multicast
island
IP datagram
IP datagram
IP in IP
IP datagram
B A
Tunnel
Tunnel
Router A
Router B
Tunnel
Multicast
island
GCOM-DI-UM
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ST 2002, A.Costa