PDF de programación - Tema 3. IP Multicast

1908 – Arquitectura de Redes

Tema 3. IP Multicast

Pedro M. Ruiz

<[email protected]>

Francisco J. Ros
<[email protected]>

3º Grado en Ingeniería Informática – 2011/2012

Organización del tema

 Introducción a IP Multicast
 Direccionamiento y control de ámbito
 Protocolos de gestión de grupos
 Encaminamiento Multicast

– Árboles multicast y multicast forwarding
– Protocolos en modo denso (DVMRP, PIM-DM)
– Protocolos en modo disperso (PIM-SM)

 Encaminamiento multicast entre dominios

Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia

2

Organización del tema

 Introducción a IP Multicast
 Direccionamiento y control de ámbito
 Protocolos de gestión de grupos
 Encaminamiento Multicast

– Árboles multicast y multicast forwarding
– Protocolos en modo denso (DVMRP, PIM-DM)
– Protocolos en modo disperso (PIM-SM)

 Encaminamiento multicast entre dominios

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3

Contextualización

 Hasta ahora hemos asumido comunicaciones

desde un emisor a un receptor
– Encaminamiento (IP)
– Control de flujo y de errores (TCP)

 En esta lección, introduciremos el caso de un

emisor, que desea enviar la misma información a
múltiples destinos
– Caso 1: multi-unicast. Una sesión con cada destino.
– Caso 2: broadcast. Datos a todos los nodos.

¿Es posible conseguir algo mejor?

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4

¿Qué es multicast?

Host

Host

Router

Router

Unicast

Multicast

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5

Ventajas e inconvenientes

 Ventajas

– Reducción del consumo de ancho de banda
– Reducción de la carga en servidores
– Reducción de la carga en la red

 Inconvenientes

– Transmisión no fiable basada en UDP
– Congestión de la red al no usar el slow-start de TCP

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El modelo IP Multicast

 S. Deering, RFC 1112: “Host Extensions for

Multicast Support”

 No existe requisito alguno para transmitir multicast
 Los receptores deben unirse al grupo multicast

para recibir los datagramas

 Los routers “conspiran” para hacer que los
datagramas lleguen de los emisores a los
receptores

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Modelo IP Multicast

Protocolos entre Hosts y Routers (IGMP)

Hosts

Routers

Protocolos de Enrutamiento
Multicast (PIM, DVMRP, MBGP,...)

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Organización del tema

 Introducción a IP Multicast
 Direccionamiento y control de ámbito
 Protocolos de gestión de grupos
 Encaminamiento Multicast

– Árboles multicast y multicast forwarding
– Protocolos en modo denso (DVMRP, PIM-DM)
– Protocolos en modo disperso (PIM-SM)

 Encaminamiento multicast entre dominios

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Direcciones IP Multicast

 Clase D: 224.0.0.0 - 239.255.255.255
 Algunas direcciones reservadas (IANA)

– 224.0.0.0/24: link-local

224.0.0.1 (todos los hosts), 224.0.0.2 (todos los routers

multicast), …

– 224.0.1.0/24: reservadas para distintos protocolos

224.0.1.1 (NTP, Network Time Protocol), …

– etc

 Direcciones privadas para ámbito local

– 239.0.0.0/8

 Otras usadas dinámicamente

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IP Mcast vs. Link Mcast

1110

32 bits

28 bits

239.255.0.1

5 bits perdidos

01-00-5e-7f-00-01

Prefijo
25 bits

23 bits

48 bits

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Cálculo de MAC Mcast

Ethernet y FDDI

Dada IPmcast, MAC corresondiente es

(0x0000IPmcast & 0x0000007FFFFF) | 0x01005E000000

229.12.10.93

0000E5C0A05D
AND 0000007FFFFF

00000040A05D

OR

01005E000000

01005E40A05D

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Ejemplo de mapping incompleto

224.1.1.1
224.128.1.1
225.1.1.1
225.128.1.1
.
.
.
.
.
.
238.1.1.1
238.128.1.1
239.1.1.1
239.128.1.1

0x0100.5E01.0101

32:1

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Direcciones Reservadas

 224.0.3/24 - 238.255/16: Para cualquier grupo de

ámbito mundial

 239.255/16: Para grupos locales a una

organización

Control de Ámbito

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Scoping

 TTL Scoping

– Consiste en limitar el alcance de un paquete en base al campo TTL

del datagrama IP.

 Administrative Scoping

– Consiste en reservar determinados rangos de direcciones multicast

para sólo sean distribuidos internamente. Los routers multicast se
encargarán de no distribuir los datagramas con esas direcciones
como destinos.

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TTL Scoping

TTL
16

TTL
32

TTL
64

TTL
>128

UM

RedIRIS

Dante

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16

Administrative Scoping

Univ. Murcia

Univ. Carlos III

RedIRIS

239.128.0.0/16

239.0.0.0/8

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Arquitectura General

Protocolos entre Hosts y Routers (IGMP)

Hosts

¿Qué ocurre si no todos los
¿Qué ocurre si no todos los

routers soportan
routers soportan

multicast?
multicast?

Routers

Protocolos de Enrutamiento
Multicast (PIM, DVMRP, BGMP,...)

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MBone

 Backbone Multicast experimental de Internet
 Utilizado por multitud de aplicaciones de

transmisión de audio y vídeo multidestino en
tiempo real

 Red virtual construida sobre la Internet para

soportar tráfico multicast
– Islas multicast unidas mediante túneles o bien con

routing nativo (DVMRP)

 Inútil cuando todos los routers de Internet soporten

multicast

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Túneles Multicast

 Permiten la interconexión de islas multicast a través

de redes no multicast:

Red Multicast

Red no
Multicast

Tunel

Red Multicast

 Encapsulación de IP sobre IP

Dir. IP multicast

Datos

Dir. IP unicast

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Multicast Tunneling

Paquete de datos

encapsulado

UR1

UR2

Multicast
Router 2
desencapsula
paquetes IP-in-
IP y lo difunde
a la red local

Multicast
Router 2

Multicast
Router 1

¿Como hacer que el control de
¿Como hacer que el control de

Multicast Router
1 encapsula
paquetes
multicast para
receptores fuera
de la red
mediante el uso
de paquetes
unicast IP-in-IP .

Unicast Routers

ámbito basado en TTL se
ámbito basado en TTL se
ajuste al acuerdo general
ajuste al acuerdo general

Sender 1

ante la presencia de túneles?
ante la presencia de túneles?

Receiver

Network 1

Network 2

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Control de Ámbito con Túneles

 Cada túnel se configura con un valor llamado TTL
 A su vez, el datagrama multicast tiene un valor de TTL en

la cabecera, que denominaremos TTLmcast

 Al enviar un datagrama por una interfaz correspondiente a

un túnel
– TTLmcast -= TTL
– Si TTLmcast <= 0, descartar datagrama

 Por cada salto real, el TTL que se decrementa es el del

paquete unicast, por lo que el reenvío unicast no afecta a
los cálculos

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Ejemplo de Control de Ámbito basado en

TTL con Túneles

Nacional = 32

RedIRIS

Red no
Multicast

TTL=16

Red no
Multicast

Local=16

Univ. 1

Univ. 2

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Organización del tema

 Introducción a IP Multicast
 Direccionamiento y control de ámbito
 Protocolos de gestión de grupos
 Encaminamiento Multicast

– Árboles multicast y multicast forwarding
– Protocolos en modo denso (DVMRP, PIM-DM)
– Protocolos en modo disperso (PIM-SM)

 Encaminamiento multicast entre dominios

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Contextualización

 Modelo IP multicast

Protocolos entre Hosts y Routers (IGMP)

Hosts

Routers

Protocolos de Enrutamiento
Multicast (PIM, DVMRP, MBGP,...)

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Internet Group Management Protocol

(IGMP)

 Tres versiones diferentes

– IGMPv1

Operación básica con limitaciones

– IGMPv2

Mejora los aspectos referentes al abandono de un grupo
Genera cuestiones de interoperabilidad

– IGMPv3

Aporta posibilidad de unirse sólo a determinadas fuentes de un

grupo multicast

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IGMPv1

 Internet Group Management Protocol (RFC 1112): protocolo

de comunicación entre hosts y routers para la gestión de
grupos multicast

 Mensajes IGMP encapsulados sobre IP (tipo 0x02 y TTL=1):

Cab. IP

IGMP

Datos

Mensaje IGMP
Datagrama IP

 IGMP no es parte integral de IP
 Formato:

0
Vers

4
Tipo

8
Reserv.

16

Checksum

Dirección clase D

31

Mensaje

Tipo
1 query (consulta router)
2 report (respuesta hosts)

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27

IGMPv1 - Unión al grupo

224.5.5.5

Host 1

Host 2

Host 3

Envía IGMP

Report al grupo

224.5.5.5

 Para unirse al grupo, el host envía un IGMP

Report a la dirección IP Multicast a la que desea
unirse de forma asíncrona.

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28

IGMPv1 - General Queries

224.2.0.1

224.2.0.1

224.2.0.1
224.5.5.5

Host 1

Host 2

Host 3

Envía Report

al grupo 224.2.0.1

Envía Report

algrupo 224.5.5.5

Envía periódicamente
IGMP Queries al grupo

224.0.0.1

 El router, para determinar si siguen quedando

miembros de un determinado grupo envía General
Queries periódicamente a AllHosts

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29

IGMPv1 - Mantenimiento del grupo

224.2.0.1

Report a
224.2.0.1
suprimido

224.2.0.1

Report a
224.2.0.1
suprimido

224.2.0.1
224.5.5.5

Host 1

Host 2

Envía Report
al 224.2.0.1

Host 3

Envía Report
al 224.5.5.5

Envía periódicamente
IGMP Query al 224.0.0.1

 El router envía consultas periódicas (60 seg.)
 Sólo responde un miembro por grupo, ¿por qué?
– host inicia un timer entre 0 y MRT (10 seg por defecto)
– cancela timer si recibe Report de otro host
– envía Report si el timer expira

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30

IGMPv1 - Abandonar grupo

Host 2

Host 1
Problema:
Problema:
Suelen pasar 3 minutos hasta
Suelen pasar 3 minutos hasta
que dej