Sistemas Telemáticos Universidade do Minho Trabalho Prático 3 Grupo de Comunicações por Computador Departamento de Informática Universidade do Minho GCOM-DI-UM 1 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 GCOM-DI-UM 2 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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... GCOM-DI-UM 3 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 4 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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… GCOM-DI-UM 5 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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... GCOM-DI-UM 6 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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) GCOM-DI-UM 7 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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… GCOM-DI-UM 8 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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) GCOM-DI-UM 9 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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... GCOM-DI-UM 10 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 GCOM-DI-UM 11 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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) GCOM-DI-UM 12 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 utilização 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 13 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 15 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 16 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 17 Sistemas Telemáticos LESI/MCC Árvores de difusão Universidade do Minho • Centradas nas fontes (Reverse Shortest Path Trees) • Notação: (S, G) com S = source e G = Grupo S1 RP R R GCOM-DI-UM R 18 R Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 20 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 • Estratégia tipo “Pull” (requere join/leave explícitos) • O tráfego só é difundido para onde é desejado… • Exemplo: PIM-SM GCOM-DI-UM 21 Sistemas Telemáticos LESI/MCC 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 22 Sistemas Telemáticos LESI/MCC