transporte ip multicast - arco...

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David Villa <[email protected]> :: http://www.inf-cr.uclm.es/www/dvilla/ 1

Versión 28/02/11

IP multicast

:: Redes ::

aplicación

transporte

enlace

física

red

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Introducción

Grupos Multicast

IGMP

Enrutamiento Multicast

Contenidos

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El envío de datagramas en IP es de dos tipos:● Unicast. Un origen a un solo destino.● Broadcast. Un origen a todos los hosts de la sub-red. Los

encaminadores no permiten que estos datagramas salgan de la sub-red

Algunos tipos de aplicaciones necesitan un método eficiente para enviar mensajes a un grupo de nodos en cualquier parte de la red.Se trata de evitar que el origen tenga que enviar una copia del mensaje a cada destino.

Introducción

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IP multicast permite el envío de datagramas a un grupo concreto de nodos.El grupo completo de nodos se identifica por una única dirección IP (una dirección multicast)Los grupos son dinámicos, los nodos pueden entrar y salir de un grupo en cualquier momento. Un nodo puede ser miembro de varios grupos de forma simultánea.No hay limitaciones en el número de nodos que pueden estar un grupo.

Grupos multicast

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Grupos multicast

Un nodo puede enviar a un grupo sin pertenecer a él.

Los grupos pueden ser permanentes o temporales.

Los grupos permanentes tiene dirección IP fijas asignadas

Los grupos temporales existen sólo mientras tengan

miembros.

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Direcciones multicast

Todas las direcciones multicast son de clase D. Cada dirección identifica un grupo multicast: 228 gruposAlgunas direcciones multicast especiales:

● 224.0.0.0 - Reservado● 224.0.0.1 - Todos los hosts de esta red● 224.0.0.2 - Todos los enrutadores de esta red● 224.0.0.5 - Todos los enrutadores OSPF● 224.0.0.11 - Todos los agentes móviles

Lista de direcciones IP multicast asignadas estáticamente: http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses

Lista de direcciones IP multicast asignadas estáticamente: http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses

Nota

http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses

http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses

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Envío de paquetes multicast

El envío de datagramas IP multicast a otras redes lo realizan enrutadores multicast. Pueden utilizarse enrutadores unicast/multicast o se puede usar otros específicos.Operación de envío:

● Un nodo transmite un paquete IP multicast (en una trama Ethernet multicast), llegando a todos los miembros del grupo en la sub-red.

● Los enrutadores de la sub-red son responsables de hacer llegar ese paquete a todas las redes en las que haya miembros de ese grupo.

● En las redes distantes, el enrutador debe encapsular el paquete sobre una trama multicast para que llegue a todos los nodos suscritos al grupo.

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En la LAN, los paquetes IP multicast se encapsulan en tramas muticast. La dirección física multicast se construye a partir de un patrón de 25 bits más los 23 bits de la dirección IP del datagrama

1110

IP clase D: 32 bits

23 bits

01:00:5E:0

Ethernet: 48 bits

Multicast en el nivel de enlace

En una WAN donde raramente se soporta multicast, el datagrama multicast se encapsula en un datagrama unicast (tunneling)

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Ventajas y desventajas

Ventajas● Se ahorra ancho de banda● Disminuye la carga de los servidores

Desventajas● Distribución no confiable de los paquetes. No se puede usar TCP● Duplicación de paquetes, debida a errores de enrutamiento● Congestión. Las aplicaciones multicast no pueden implementar

un mecanismo de control como el de TCP.

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Es un protocolo específico para la gestión de grupos multicast.

Los nodos de una red local lo utilizan para notificar a los enrutadores multicast su entrada y salida de los grupos

Formato del mensaje IGMP:

dirección del grupo

tipo checksum

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

0 130

tiempo máximode respuesta

● tipo: a) pregunta general o especial (0x11), b) informe de membresía (0x16) y c) salida (0x17)

● tiempo máximo: un valor tiempo (en decenas de segundos) en el que una petición será respondida.

Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol)

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Protocolo IGMP

Formato del mensaje IGMP:


tipo checksum

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

0 130

tiempo máximode respuesta

tipo: a) pregunta general o

especial (0x11), b) informe de

membresía (0x16) c) salida (0x17)

Encapsulación:

● tiempo máximo: un valor tiempo (en decenas de segundos) en el que una

petición será respondida.

cabecerade trama área de datos de la trama

terminadorde la trama

cabecera IPTTL:1 área de datos IP

cabecera IGMP

datosIGMP

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Protocolo IGMP :: operación

Los enrutadores multicast utilizan IGMP para aprender las direcciones de los grupos con miembros en la sub-red

Un enrutador multicast mantiene una lista de grupos.

Cuando un nodo quiere entrar en un grupo envía un paquete de petición de suscripción. Si el nodo sabe que hay otros miembros activos no envía nada.


0x16 0

host o enrutador

petición para entrar en el grupo

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Protocolo IGMP :: salir de un grupo

Cuando un nodo quiere dejar un grupo, envía un mensaje de salida del grupo a 224.0.0.2 (todos los enrutadores multicast de la sub-red)

Cuando el enrutador interrogador recibe un mensaje de salida envía un mensaje de pertenencia a ese grupo para averiguar si queda algún nodo más, antes de abandonarlo él mismo.


0x17 0

petición para salir del grupo


0x11 100

comprobación especial de membresía

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Protocolo IGMP :: mantenimiento de grupos

0.0.0.0

0x11 100

comprobación general de membresía

Un enrutador (el interrogador) envía periódicamente mensajes IGMP de pertenencia a grupos a la dirección 224.0.0.1. (todos los nodos mcast)

Cuando un nodo recibe ese paquete inicia un temporizador aleatorio para cada uno de los grupos a los que pertenece.

Cuando el temporizador expira, envía un mensaje de pertenencia.

Si el enrutador no recibe ningún mensaje de pertenencia después de ese tiempo, elimina a su vez su suscripción al grupo.

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Diferencias con el enrutamiento unicast.● Entra un solo datagrama pero puede ser necesario generar

copias que saldrán por varios interfaces.● La tabla de enrutamiento es más compleja y más costosa de

mantener.

El datagrama unicast se enruta a través de un grafo, mientras que el multicast se enruta a través de un árbol.

Hay dos clases de árboles● Árbol con raíz en el origen del paquete● Árbol compartido


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Enrutamiento Multicast :: Árboles

Árbol con raíz en el origen

Árbol de núcleo

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Tipos de árboles● bidireccionales. ● unidireccionales.

Árbol de núcleo bidireccional

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Tipos de árboles● bidireccionales. ● unidireccionales.

Árbol de núcleo bidireccional

Árbol de núcleo unidireccional

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La mayoría de los protocolos de enrutamiento multicast utilizan la técnica RPF (Reverse Path Fordwarding), Reenvío por Ruta Inversa

La información de enrumatiento se puede obtener de la tabla de enrutamiento unicast o usar una especifica, como DVMRP (Distance Vector Multiple Routing Protocol)

La transmisión multicast se puede limitar de dos modos:● Con un umbral TTL● Utilizando direcciones con el prefijo 239.0.0.0/8 que no se

transmiten fuera de una red corporativa

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Tipos de protocolos:

de modo denso (DVMRP y PIM-DM): Asumen que en cada red existe, al menos, un receptor activo en cada grupo

de modo disperso (PIM-SM y CBT): En este caso, se asume que la mayoría de las redes no tiene ningún receptor para los grupos activos.

de estado de enlace (MOSPF): Es como los protocolos de modo denso, pero el método de actualización de las tablas está basado en OSPF.

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Enrutamiento Multicast :: Protocolos de modo denso

Utilizan la inundación y poda de ramas en la transmisión de paquetes a un grupo.Pasado un tiempo, un enrutador vuelve a enviar paquetes multicast de un grupo podado.Los enrutadores que han enviado un mensaje de poda, y desean volver a recibir paquetes del grupo podado, envían un mensaje “injerto”Utilizan árboles con raíz en el origen.

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Enrutamiento Multicast :: Protocolos de modo disperso

Usan árboles de núcleo.

Los enrutadores suponen que, por defecto, no ningún host interesado en ningún grupo multicast.

Cuando un enrutador tiene un nodo que pertenece a un grupo, envía una solicitud al enrutador siguiente con destino en la raíz del árbol del grupo.

Cuando un enrutador no tiene receptores de un grupo concreto, envía un mensaje de poda al siguiente enrutador hacia la raíz del árbol de ese grupo.

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Se recomienda repasar y profundizar el contenido de este tema utilizando (al menos) la siguiente bibliografía básica:

B.F. Transmisión de datos y redes de comunicaciones, cuarta edición 2007.● Sección 21.3 y 22.4.

Referencias

transporte ip multicast - arco...

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