IP Multicast
Conceitos
Estrutura da Apresentação


Unicast X Multicast
Características




Estrutura
Endereçamento
Modelo de Serviço
IGMP
RPF

Protocolos de
Roteamento



Características
Principais
Protocolos Intradomínio
Principais
Protocolos Entredomínio
Unicast X Multicast
Unicast
Host
Multicast
Host
Unicast X Multicast
1
Características





RFC 1112
Cada grupo é identificado por um endereço classe D
Membros de um grupo podem estar em qualquer
lugar da internet
Membros podem entrar e sair dos grupos indicando
isto aos roteadores
Roteadores utilizam protocolos de roteamento
multicast para gerenciar os grupos
Características
3
Endereçamento

Os grupos utilizam a classe D


Endereços reservados



224.0.0.0 até 239.255.255.255
224.0.0.0 até 224.0.0.255 para a IANA
239.0.0.0 até 239.255.255.255 para utilização em
domínios privados de multicast
Endereços livres


Características
224.0.1.0 até 238.255.255.255
233.0.0.0 utilizado por AS
4
Endereçamento para Camada 2
O endereço IP é utilizado para compor o endereço da camada 2:
32 Bits
23 Bits
239.255.0.1
01-00-5e-7f-00-01
24 Bits
24 Bits
48 Bits
Protocolos de Roteamento
figura 1
Endereço para um AS
Exemplo AS rederio: 2715
A 9B
0xA9B
10 155
233.10.155.0/24
Endereçamento
figura 2
Modelo de Serviço
Protocolos Host-to-Router
Hosts
Roteadores
Protocolos de Roteamento Multicast
Modelo de Serviço
5
Internet Group Management
Protocol—IGMP



IGMP
Hosts informam aos roteadores a que grupos
pertencem
Roteadores perguntam a que grupos pertencem
os hosts diretamente conectados
Host envia mensagem informando que não
participa mais de um grupo
6
IGMP—Participando de um
Grupo Entrando
Confirmando
Deixando
oGrupo
Grupo
emum
um
Grupo
224.1.1.1
X
Evitado
224.1.1.1
H2
H1
Report
224.1.1.1
224.1.1.1
X
Leave to
Evitado
Report
224.0.0.2
Group Specific
Query
Query to 224.1.1.1
Host envia
Leave
para 224.0.0.2
•• Roteador
envia
Queries
periódicos para 224.0.0.1
••Um
Router
envia
query
específico
para
224.1.1.1
Host
envia
IGMP
Report
participar
do grupo
membro
do
grupo
porpara
subnet
responde
Não recebe
IGMPevitam
Reportos
em
~3 segundos
•• Outros
membros
Reports
• Expira o tempo do Grupo 224.1.1.1
IGMP
figura 30
Reverse Path Forwarding—RPF

RPF
O roteador propaga o pacote multicast
por todas as interfaces menos a de
origem
7
RPF - Funcionamento
Pacote Multicast da
fonte 198.14.32.10
RPF Check indica sucesso!
S0
S1
E0
E1
Unicast Route Table
Network
Intf Metric
151.10.0.0/16
E1
4
198.14.32.0/24 S0
3
204.1.16.0/24
E0 11
Pacote chega através da
interface correta!
RPF
figura 6
RPF - Funcionamento
Pacote Multicast da
fonte 151.10.3.21
RPF Check indica erro!
S0
S1
E0
E1
Unicast Route Table
Network
Intf Metric
151.10.0.0/16
E1
4
198.14.32.0/24 S0
3
204.1.16.0/24
E0 11
Pacote chega através
da interface errada!
RPF
figura 5
Protocolos de Roteamento
 Árvores de Distribuição
 Source tree
–Utiliza mais memória (S x G), contudo percorre caminhos
otimizados, minimizando o atraso

Shared tree
–Utiliza menos memória (G), contudo percorre caminhos não
otimizados, podendo introduzir atraso
 Protocolos
PIM, MBGP, MSDP
Protocolos de Roteamento
8
Source Distribution Tree or
Shortest Path
Source
Notation: (S, G)
S = Source
G = Group
A
B
D
C
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
F
E
Receiver 2
figura 7
Shared Distribution Tree
Source 1
Notation: (*, G)
* = All Sources
G = Group
Source 2
A
B
D (Shared Root) F
C
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
E
Receiver 2
figura 8
Protocolos de Roteamento

Modelos de protocolos

Dense-mode


Procedimento com broadcast e prune
Sparse-mode

Protocolos de Roteamento
Procedimento com join explícito
9
Protocolos de Roteamento
Protocolos
Pressupõe
dense-mode
a existência densa de grupos
Ramificação
excluída não recebe os dados
DVMRP—Distance
Vector Multicast Routing
Protocol
Dense-mode PIM—Protocol Independent
Multicast
Protocolos de Roteamento
10
Protocolos de Roteamento
Protocolos
Sparse-mode
Pressupõe
a existência esparsa de grupos
Utiliza source ou shared distribution trees
Procedimento com join explícito
Join se propaga do receptor até a fonte ou
Rendezvous Point (Sparse mode PIM)
ou Core (Core Based Tree)
Protocolos de Roteamento
11
Protocol Independent Multicasting–
Dense Mode – PIM-DM
 Procedimento
de broadcast e prune é
ideal para grupos densamente
espalhados
 Source trees são criadas sob demanda,
baseadas em RPF
PIM-DM
12
Exemplo PIM Dense Mode
Source
A
B
G
C
D
F
H
E
I
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
Receiver 2
figura 9
Exemplo PIM Dense Mode
Source
Initial Flood of Data
and Creation of State
A
B
G
C
D
F
H
E
I
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
Receiver 2
figura 10
Exemplo PIM Dense Mode
Source
Prune to Non-RPF Neighbor
A
B
G
Prune
C
D
F
H
E
I
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
Receiver 2
figura 11
Exemplo PIM Dense Mode
Source
C and D Assert to Determine
Forwarder for the LAN, C Wins
A
B
G
C
D
F
Asserts
H
E
I
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
Receiver 2
figura 12
Exemplo PIM Dense Mode
Source
I Gets Pruned
E’s Prune is Ignored
G’s Prune is Overridden
A
Prune
B
G
C
D
F
H
Prune
E
I
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
Join Override
Receiver 2
figura 13
Exemplo PIM Dense Mode
Source
New Receiver, I Sends Graft
A
B
G
C
D
F
H
Graft
E
I
Receiver 1
Receiver 2
Receiver 3
Protocolos de Roteamento
figura 14
Exemplo PIM Dense Mode
Source
A
B
G
C
D
F
H
E
I
Receiver 1
Receiver 2
Receiver 3
Protocolos de Roteamento
figura 15
Protocol Independent Multicasting–
Sparse Mode – PIM-SM

Modelo de join explícito





Receptores são unidos aos Rendezvous Point (RP)
Fontes são registradas nos RP
Os dados fluem pela shared tree se encaminhado
apenas para os lugares que os requisitaram
Checagem do RPF para a shared tree utiliza os
RP
Checagem do RPF para a source tree utiliza a
fonte
PIM-SM
13
Exemplo PIM Sparse Mode
Source
A
B
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
D
RP
figura 16
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
Receiver 1 Joins Group G
C Creates (*, G) State, Sends
(*, G) Join to the RP
Source
A
B
D
RP
Join
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
figura 17
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
RP Creates (*, G) State
Source
A
B
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
D
RP
figura 18
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
Source Sends Data
A Sends Registers to the RP
Source
Register
A
B
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
D
RP
figura 19
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
RP de-encapsulates Registers
Forwards Data Down the Shared Tree
Sends Joins Towards the Source
Source
Join
A
Join
B
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
D
RP
figura 20
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
RP Sends Register-Stop
Once
Data Arrives Natively
Source
Register-Stop
A
B
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
D
RP
figura 21
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
C Sends (S, G) Joins to Join
the
Shortest Path (SPT) Tree
Source
A
B
D
RP
(S, G) Join
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
figura 22
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
When C Receives Data Natively,
It Sends Prunes Up the RP tree for
the Source. RP Deletes (S, G) OIF and
Sends Prune Towards the Source
Source
(S, G) Prune
A
B
D
RP
(S, G) RP Bit Prune
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
figura 23
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
New Receiver 2 Joins
E Creates State and Sends (*, G) Join
Source
A
B
D
RP
(*, G) Join
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
figura 24
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
C Adds Link Towards E to the OIF
List of Both (*, G) and (S, G)
Data from Source Arrives at E
Source
A
B
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
D
RP
figura 25
Receiver 2
Exemplo PIM Sparse Mode
New Source Starts Sending
D Sends Registers, RP Sends Joins
RP Forwards Data to Receivers
through Shared Tree
Source
Register
A
B
C
E
Receiver 1
Protocolos de Roteamento
D
RP
figura 26
Receiver 2
Source 2
Multicast Source Discovery
Protocol—MSDP
Comunicação entre domínios PIM-SM
 Anuncia fontes e grupos, através de SA
 Paridade entre roteadores MSDP

MSDP
14
Mensagem
de
Registro
Comunicação
via MSDP
MSDP
Mensagem
SA
RP
RP
Source
Receiver
Domínio A
Protocolos de Roteamento
Domínio B
figura 27
Multiprotocol Border Gateway
Protocol—MBGP
RFC 2283
 Não propaga informação sobre o estado
do Multicast



MBGP
Necessita do PIM para compor as árvores
de distribuição
Tabela diferenciadas Unicast/Multicast
15
Utilização
Vídeo conferência
 Vídeo sob-demanda
 Ensino à distância
 Treinamento
 TV e Radio
 Dados em tempo real
 White board

Utilização
16
Rede Rio Multicast
CBPF
MSDP
UFRJ
Source
X
RP
DR
RP
Source
Y
PIM-SM
RedeRio
MBGP
CGMP
DR
IGMP
PIM-SM
DR
PUC
FioCruz
Multicast Entre-Domínios
Multicast da Instituição

Estações (hosts-to-routers):



IGMP

Roteadores (Multicast Forwarding
Protocol):

PIM Sparse Mode
Rede Rio Multicast
17
Roteamento Multicast entre domínios

MBGP

MSDP with PIM-SM
Multicast Source Discovery
Conclusão
Dimimui processamento
 Otimiza os enlaces
 Permite aplicações distribuídas
 Existência de pacotes descartados e
duplicados
 Não evita congestionamentos
 Ausência de gerenciamento

Conclusão
18
Otimização da utilização da rede
Multicast
Unicast
0.8
Exemplo: Streaming de Audio
Todos os clientes recebendo os mesmos 8Kbps de audio
0.6
Trafego
em Mbps 0.4
0.2
0
1
20
40
60
# Clientes
Conclusão
figura 28
80
100
Otimização da utilização da rede
5000
Multicast
Unicast
1000
100
0
1000
2000
3000
Número de horas para completar uma transferência de
arquivo com 100 MB
Conclusão
figura 29
Bibliografia

IP Multicast Initiative
– http://www.ipmulticast.com

IBM RedBooks
– http://www.redbooks.ibm.com/

SprintLink Multicast
– http://www.sprintlink.net/multicast/

Multicast Services Cisco
– http://www.cisco.com/warp/public/732/Tech/multicast/

Soluções Multicasting na Internet
– http://penta.ufrgs.br/rc952/trab2/hl_intro.html