Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 1 Sistemas Telemáticos Trabalho Prático 3 António Costa Grupo de Comunicações por Computador Departamento.

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1 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 1 Sistemas Telemáticos Trabalho Prático 3 António Costa Grupo de Comunicações por Computador Departamento de Informática Universidade do Minho

2 GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 2 Objectivos 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

3 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 3 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...

4 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 4 Difusão de audio e vídeo –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...

5 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 5 Difusão de audio e vídeo 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… Multicasting Rede 1. A rede suporta multicast/broadcast 2. Recorrendo a múltiplas conexões...

6 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 6 Difusão de audio e vídeo –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... R Servidor (origem multicast) R R R R receptor multicast Pontos de replicação

7 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 7 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) O que é o Mbone?

8 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 8 MBone –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… Mbone - a rede de multicast

9 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 9 MBone –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) Mbone - as aplicações

10 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 10 MBone Existem também aplicações de trabalho cooperativo: –quadro branco partilhado: wb (WhiteBoard) –editor de texto: nt (TextEditor) –replicação de ficheiros em servidores de réplicas (mirroring) –distribuição das News –Content Delivery Networks... Mbone - as aplicações (cont.) Outras possibilidades:

11 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 11 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

12 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 12 Multicast Uma extensão IP: IGMPICMP Módulo IP Mapeamento (ex: ARP) Módulo Rede Local (ex: Ethernet) Módulos dos protocolos das camadas superiores Interface com a rede local Interface de Serviços IP extendida ( JoinHostGroup e LeaveHostGroup

13 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 13 Endereçamento IP Multicast Group Addresses: –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: 224.0.0.1Todos os sistemas 224.0.0.2Todos os routers 224.0.0.4Todos os routers DVMRP 224.0.0.5Todos os routers OSPF 224.0.0.13Todos 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

14 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 14 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 01- 00-5e 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) 1110 End. MAC (48 bits) 0 23 bits5 bits 01-00-5e

15 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 15 Protocolo IGMP 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... Type Max Response Time Checksum Group address 031715 VersTypeChecksum 0317153 Unused Version 1 Version 2

16 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 16 Protocolo IGMP 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 umIGMP 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...

17 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 17 Encaminhamento Multicast Duas tarefas em torno das tabelas de encaminhamento: –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.)

18 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 18 Árvores de difusão Centradas nas fontes (Reverse Shortest Path Trees) Notação: (S, G) com S = source e G = Grupo RP R S1 R R R

19 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 19 Árvores de difusão Partilhadas (centradas num RendezVous Point ) (Shared Trees) Notação: (*, G) com * = todas as fontes e G = grupo RP R S1 R R R

20 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 20 Validação RPF 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) R1 i0i0 i1i1 i2i2 i3i3 i4i4 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

21 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 21 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

22 Universidade do Minho GCOM-DI-UM ST 2004, A.Costa 22 Tuneis IP-sobre-IP Tunnel Multicast island Router A Tunnel Tunnel AB IP datagram IP in IP Router B IP datagram Multicast island IP datagram Multicast island