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1 Unicast vs Multicast Host Router Unicast Host Router Multicast.

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Presentazione sul tema: "1 Unicast vs Multicast Host Router Unicast Host Router Multicast."— Transcript della presentazione:

1 1 Unicast vs Multicast Host Router Unicast Host Router Multicast

2 2 IGMP Rete IP multicast Sorgente multicast I Router della rete multicast hanno il compito di gestire il protocollo per la creazione dellalbero di distribuzione e il forwarding dei pacchetti multicast I router di accesso gestiscono le richieste di connessione ai gruppi da parte degli host (IGMP) Se gli host non sono collegati tramite una rete broadcast (i.e. ethernet), le operazioni di replica possono essere particolarmenti pesanti (tipicamente hw based); se si pensa ad apparati di accesso Internet si possono avere anche decine di migliaia di host

3 3 Indirizzi multicast Gruppo di indirizzi IP riservato per identificare i gruppi multicast – – Indirizzi di classe D; –I bit più alti sono: 1110 Sottogruppo di indirizzi multicast riservati: – : – Tutti gli host di una sottorete – Tutti i router di una sottorete – |6OSPF

4 4 Mapping tra indirizzi multicast e ethernet 01005E0A Ind. Ethernet Ind. mcast ^5 = 32 ind. Mcast mappati sullo stesso ind. ethernet Prefisso 24 bit IEEE dedicato al multicast Riservato usi futuri 23 bit utilizzati per il mapping

5 5 IGMP Fa parte del protocollo IP 3 messaggi Membership Query Il router designato invia query verso (tutti gli host della rete) con timetolive = 1 (il messaggio non va oltre la rete locale) Su una LAN cè un solo router designato Query interval viene scelto considerando le necessità di interazione (tempo di zapping) e di limitazione del traffico di segnalazione Membership Report Inviato dagli host (prima di inviare una risposta gli host aspettano un tempo casuale: se si accorgono che un altro host ha già inviato un report, desistono) Il report può essere spontaneo; ciò accade quando lhost si connette ad un gruppo multicast la prima volta Leave

6 6 Pacchetti IGMPv2 Type: 0x11 = Membership Query 0x12 = Membership Report (v.1) 0x16 = Membership Report (v.2) 0x17 = Leave Max. Resp. Time tempo max entro cui il router si aspetta una risposta viene usato dagli host come limite max nella scelta random del tempo di risposta (Default = 10 secs) Group Address: Indirizzo del gruppo multicast ( indica una query di tipo generale…any group) Max. Resp. Time Checksum Group Address Type

7 7 H2 Join asincrona H2 effettua una join asincrona Invia un report senza aver ricevuto una query Riduce la latenza (query cicliche) Rtr-a mantiene attivo il gruppo fino allo scadere di un timer che viene resettato da successivi nuovi report H Report H1 H rtr-a

8 8 Meccanismo di elezione IGMPv H1 H2H Inizialmente tutti i router inviano query Query Ogni router legge le query inviate dagli altri host IGMP Querier Il router con lIP più basso viene eletto (gli altri non inviano più query) IGMP Non-Querier rtr-artr-b Se scade un time-out (router eletto non ha inviato query) riparte il processo di elezione (meccanismo di recovery)

9 9 Soppressione delle risposte Il router invia query periodiche Gli host settano un timer tra [0,max resp timer] Se scade il timer invia il report; se invece riceve un report sopprime il timer e non invia alcun report Nella figura, H1 e H3 non inviano report Query Report Suppressed X Suppressed X H1 H2 H3

10 10 Leave H2 lascia il gruppo; manda un messaggio Leave relativo al gruppo a tutti i router della rete ( ) Il router manda una query specifica verso tutti gli host che sono in ascolto su H3 che è ancora in ascolto manda un report su Il router continua ad inviare traffico sul gruppo H1 H2 H H2 Leave to #1 Group Specific Query to #2 Report to #3 rtr-a

11 11 Leave …continua Lultimo host attivo sul gruppo manda un Leave Il router invia una query specifica Scade il max-resp-timer Il router cancella il gruppo H1 H H3 Leave to #1 Group Specific Query to #2 rtr-a H2

12 12 IGMP v3 Source = Group = H1 R1 R3 R2 Source = Group = H1 vuole ricevere il gruppo da S = ma non da S = R3 può effettuare il prune della sorgente S = IGMPv3: Join , Leave ,

13 13 Flooding del traffico multicast su apparati di livello 2 (e.g. switch) Gli apparati di livello 2 tipicamente non sanno come trattare il traffico multicast e si limitano ad effettuare un broadcast verso tutte le interfacce. Multicast M PIM

14 14 Gli apparati di livello 2 (e.g. switches) devono essere IGMP aware. I pacchetti IGMP vengono intercettati da hardware specializzato ASICs (IGMP snooping) Lo switch deve esaminare i messaggi IGMP Report e Leave associandogli alle specifiche porte Inoltre deve effettuare il Proxy dei messaggi verso il router ( possibilmente filtra i messaggi, join successivo al primo, leave quando ci sono altri host in ascolto sul gruppo) IGMP PIM Trattamento del traffico multicast su apparati di livello 2 (e.g. switch)

15 15 Algoritmi di routing multicast Flooding: inoltrno dei pacchetti ricevuti su tutte le interfacce quando il pacchetto è ricevuto per la prima volta –Non prevede lutilizzo di alcun protocollo di instradamento –Non utilizza le informazioni sullattività degli host –Richiede di tener traccia di tutti i pacchetti ricevuti Spanning tree –Consente di trasmettere il traffico multicast senza incorrere in loop –Non utilizza le informazioni sullattività degli host –Utilizzo non ottimizzato della rete Reverse Path Forwarding (spiegato in dettaglio in seguito) Shortest path tree

16 16 Protocolli multicast Prevedono lo scambio di opportuni messaggi tra i router; tali messaggi forniscono le informazioni necessarie al trattamento dei pacchetti multicast agli algoritmi di instradamento Tipi di protocollo multicast: PIM (Protocol Indipendent Multicast) Indipendent perché utilizza le informazioni di routing fornite da protolli di unicast esterni qualsiasi PIM Dense Mode PIM Sparse Mode I concetti su cui si basa sono: –Multicast Distribution Trees –Multicast Forwarding

17 17 Multicast Distribution Trees Shortest Path o Source Distribution Tree Receiver 1 B E A D F Source Notation: (S, G) S = Source G = Group C Receiver 2

18 18 Multicast Distribution Trees Shared Distribution Tree Ricevitore 1 B E A D (Shared Root) F Sorgente 1Notation: (*, G) * = All Sources G = Group C Ricevitore 2 Sorgente 2

19 19 Forwarding Multicast Logica inversa rispetto al Routing Unicast Routing Unicast analizza IP_Destinazione Routing Multicast analizza IP_Source e applica il Reverse Path Forwarding: IP_source è lindirizzo da cui proviene la trasmissione multicast IP_destinazione è il gruppo multicast RPF: consente di evitare le duplicazioni scegliendo linterfaccia da cui ricevere il traffico multicast (su tutte le altre è scartato); linterfaccia scelta è quella che si userebbe per inviare traffico verso la sorgente (tabella di routing unicast)

20 20 Mcast Dist. Tree RPF Pacchetti Mcast RPF Check Fallisce: il traffico è scartato Sorgnte mcast E0 S1 S0 S2 Router con comportamento anomalo

21 21 RPF Check Fails! Multicast Route Table Network Interface /16S /24S /24E0 Check RPF che fallisce Pacchetto arrivato da una interfaccia sbagliata (verrà scartato) E0 S1 S0 S2 Pacchetto multicast con IP sorgente X

22 22 Check RPF che ha successo Multicast Route Table Network Interface /16S /24S /24E0 E0 S1 S0 S2 Il pacchetto arriva dallinterfaccia corretta e viene forwardato su tutte le altre interfacce (distribution tree) Pacchetto multicast con IP sorgente

23 23 Tipi di protocollo multicast Differiscono dal modo in cui costruiscono e gestiscono il distribution tree (DT) Dense-mode (si assume unalta densità di ricevitori) Inizialmente effettua il flooding, i router non interessati chiedono di essere rimossi dal DT (prune) quando un ramo viene tagliato viene più inviato traffico dopo un tempo prestabilito, il ramo tagliato riceve nuovamente traffico e il router deve eventualmente richiedere il prune Sparse-mode (si assume che solo alcune zone saranno interessate alla trasmissione) I router interessati devono fare richiesta esplicita (join) per essere aggiunti al DT Usa lo shared distribution tree ma al superamento di soglie prefissate i router possono comandare la costruzione di un source distribution tree

24 24 Pacchetti PIM Join/Prune Sia il DM sia lo SP usano pacchetti di segnalazione per aggiungere o togliere dei rami dal distribution tree; tali pacchetti contengono un elenco di gruppi multicast (multicast group) ciascuno dei quali contiente a sua volta una lista di sorgenti su cui fare Join o Prune Gruppo n JOIN ( Sorgente 1, Sorgente 2,…) (S;G) Gruppo k PRUNE ( *, RP) ---- (*,G) Gruppo m JOIN (*, RP) ---- chiede che la Join venga propagata fino allo shared root/rendevouz point (per default sarebbe propagata fino alla sorgente)

25 25 PIM DM: flooding rtr-a inoltra il traffico (S, G) su tutte le interfacce (tranne quella da cui lo ha ricevuto) Pacchetto multicast ( , ) S0 rtr-a rtr-b S1 E1 S0 S3 A questo punto su rtr-a esistono due entry: per (*, G) e (S, G) (*, ) con interfacce di uscita S1 e S3 ( , ) con interfacce di uscita S1 e S3 La entry, (*, G) è creata appena si riceve un pacchetto da qualsiasi sorgente per G opprure quando si riceve una richiesta di connessione al gruppo (JOIN IGMP) da un host locale

26 26 PIM DM: prune S0 rtr-a rtr-b S1 E1 S0 S3 Rtr-b non ha ricevitori, quindi invia un messaggio di prune (S,G) A questo punto su rtr-a nella entry ( , ) linterfaccia S0 viene messa in stato di prune; ma è solo sospesa per un tempo fissato (e.g 3 min) dopo di che ritorna in stato di forward Prune (S,G)

27 27 PIM DM: Grafting E0 S0 rtr-b Pacchetti (S,G) A A invia una JOIN per il gruppo G. 1 IGMP Join 1 rtr-b invia un messaggio PIM Graft per il gruppo (S,G) verso rtr-a 2 PIM Graft 2 rtr-a invia un riscontro (PIM Graft-Ack) 3 PIM Graft-ACK 3 rtr-a inizia a tramettere il traffico per (S,G). 4 rtr-c 4 E0 E1 E0 E1 rtr-a S1

28 28 PIM SM: Forwarding E0 S0 rtr-a rtr-b Shared Tree Pacchetti Multicast ( , ) S1 E0 E1 Nel protocollo Sparse mode il check RPF usa: lindirizzo del RP, nel caso di shared trees lindirizzo sorgente nel caso di shortest-path tree Source Tree Pacchetti Multicast ( , ) RP ( ) Tabella di routing unicast Route Intfc / /24 S /24 E / /16 S1

29 29 PIM SM: Forwarding Quando un router riceve un pacchetto multicast per il gruppo G lo inoltra su unaltra interfaccia se: ha ricevuto un pacchetto di JOIN PIM per il gruppo G su quella interfaccia da un router adiacente un host su quella interfaccia ha inviato una richiesta IGMP per il gruppo G Al contrario del dense mode, i router PIM-SM assumo che non ci sono ricevitori interessati al gruppo in assneza di JOIN esplicite Al contrario del DM, i router a valle del RP rispetto alla sorgente non si devono preocuppare dellindirizzo sorgente dei pacchetti multicast perché tutto il traffico passa per i RP (infatti il check RFP è fatto sullindirizzo IP del RP) I router a valle del RP mantengono lo stato (*,G) I router tra la sorgente e il RP mantengono lo stato (S,G)

30 30 PIM SM: costruzione del distribution tree (caso in cui il ricevitore si registra per primo su RP) RS R2 RP R1 R3 R4 RECEIVER Il ricevitore chiede di ascoltare il gruppo (*,G) tramite messaggio IGMP; Il router sorgente invia il primo pacchetto multicast che riceve in un pacchetto unicast di registrazione verso RP (register); RP chiede di costruire il DT join(S,G) R4 invia una join (*,G) verso RP I router sul percorso S-RP intercettano la join e creano le entry (S,G) mettendo in stato di forward linterfaccia da cui è arrivata la join I router R3, R2 intercettano le join e creano le entry (*,G) mettendo le interfacce da cui ricevono la join in stato di forward R4 crea lentry (*,G) e mette in forward linterfaccia verso RCR Quando RP riceve il primo pacchetto multicast completa il processo di registrazione S

31 31 PIM SM: creazione del distribution tree (caso in cui la sorgente si registra per prima su RP) RS R2 RP R1 R3 R4 Receiver S 3. RP non ha uno stato (*,G) e quindi scarta il pacchetto 1. S invia il primo pacchetto mcast 2. RS crea lo stato (*,G) e (S,G) e incapsula il pacchetto mcast in un messaggio unicast PIM register verso RP Fino a questo momento RS ha attivato lo stato (S,G) è in stato registering e non ha interfacce di forward attive poiché non ha ricevuto nessuna join 4 RP manda un messaggio prune (S,G) verso R1 (che però lo ignora in quanto anchesso non ha il gruppo G attivo 5 RP invia un msg register stop a RS 6 RS riceve il register stop e non inoltra più i pacchetti mcast ricevuti da S in pacchetti unicast di register (RS non è più nello stato di registering)…cancella lo stato (S,G) In questo momento R1 vede attivo il gruppo (S,G) perché ha ricevuto un prune da RP ma non ha interfacce attive, anche RP ha il gruppo (S,G) ma non interfacce attive (non ci sono ricevitori connessi) 7 RP riceve un PIM join (*,G) da R4 (RCR ha chiesto il gruppo G) 8 RP cerca tutte le entry (S,G) e invia un PIM join verso tutte le sorgenti trovate R2-R3,R4 intercettano la join e creano il distribution tree

32 32 RS R2 RP R1 R3 R4 Receiver S PIM SM: pruning del distribution tree R4 ha un solo ricevitore attivo sul gruppo G RCR lascia il gruppo G (leave IGMP); R4 cancella linterfaccia verso RCR dal ouil del gruppo G. Poiché R4 non ha altre interfacce attive per il gruppo G, invia un messaggio di prune (*,G) verso il RP Rec. 2 R3 intercetta il messaggio prune e rimuove l interfaccia dal DT Poiché non ha altre interfacce attive inoltra il messaggio di prune verso RP R2 intercetta il messaggio, rimuove linterfaccia dal DT ma non inoltra il messaggio

33 33 Source Specific Multicast Utilizzato quando le sorgenti sono poche e ben definite (e.g. head end di trasmissioni TV) Prevedono lutilizzo del protocollo IGMP v3 Permette una notevole semplificazione dei processi dei router


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