Ruteo Mutlicast1 Del Capítulo 4 Ruteo Broadcast y Multicast Agustín J. González Tomado de: Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004.

Ruteo Mutlicast2 R1 Figura 4.39 duplicación en la fuente versus en la red (a) Duplicación en fuente, (b) duplicación en la red R2 R3R4 (a) R1 R2 R3R4 (b) duplicación creación/transmisión duplicate

Ruteo Mutlicast3 Difusión de paquetes (broadcast)  Inundación no controlada: cada nodo recibe un paquete lo envía a todos sus vecinos, menos el vecino desde donde llegó.  Hay problema?  Y si hay ciclos?  Y si un nodo tiene mas de dos vecinos?  => tormenta de difusión  Inundación controlada. hay varias formas de lograrlo:  Inundación controlada por números de secuencia: Poniendo la dirección de la fuente u un número de secuencia permite a receptores descartar paquetes que ya ha re-enviado  Reverse path forwarding (reenvío por camino inverso): Un nodo transmite el paquete a sus vecinos, sólo si llegó por el enlace de la ruta más corta a la fuente (1978).

Ruteo Mutlicast4 A Figure 4.40: Reverse path forwarding B G D E c F

Ruteo Mutlicast5 Difusión vía spanning tree  Si bien los métodos previos evitan tormenta de difusión, no evitan duplicación innecesaria de paquetes.  El problema se resuelve si usamos un árbol para difundir los mensajes.  No importando cual es la fuente, la raíz será la fuente  ¿Recuerdan el algoritmo para encontrar el árbol de expansión mínima de un grafo? (es el árbol de menor costo)

Ruteo Mutlicast6 Figure 4.41: Broadcast a lo largo de un árbol de expansión A B G D E c F A B G D E c F (a) Broadcast iniciado en A (b) Broadcast iniciado en D

Ruteo Mutlicast7 Árboles Multicast  spanning tree ≡ árbol que conecta todos los vértices  vértices = hosts y routers  Árbol compartido = árbol único para todos las fuentes S  minimum cost spanning tree (MST) Árbol de peso mínimo en un grafo con costos el cual contiene a todos los vértices del grafo costo = saltos, retardo, costo de transmisión ($), …  No minimiza el largo de la fuente a un destino individual  Todo el tráfico es enviado por el árbol  Árbol por fuente  Es aquel construido independientemente para cada fuente

Ruteo Mutlicast8 Esquemas para construir el árbol de multicast Estrategias:  Árbol basado en fuente: un árbol por fuente  Árbol de camino más corto  Re-envío por camino inverso  Árbol de grupo compartido: grupo usa un árbol  Árbol de expansión mínimo (Steiner)  Árbol basado en centro … primero veremos las estrategias simples, luego los protocolos específicos que adoptan estas estrategias

Árbol Basado en fuente: Árbol de camino más corto  Cuando se utiliza algoritmo de ruteo de estado de enlace (link-state routing), cada router puede calcular el camino más corto desde cada fuente a cada grupo.  Esta operación es cara pues cada router debe calcular este árbol para cada par (fuente, grupo multicast).  link-state routing: es aquel donde cada router envía información de estado de cada uno de sus enlaces a sus vecinos. Al final cada nodo tiene suficiente información para correr algoritmo de Dijkstra.

Árbol Basado en fuente: Re-envío por camino inverso, RPF – Reverse path forwarding if (datagrama multicast llegó por enlace de camino más corto a la fuente) then enviar a todos los enlaces de salida (excepto el de llegada) else ignorar datagrama  Se basa en conocimiento del router de ruta más corta hasta el transmisor  Cada router tiene mecanismo de re-envió simple:

Ruteo Mutlicast11 RPF – Reverse path forwarding (cont.)  Ruteo normal (unicast): mirar dirección destino en tabla de ruteo  Re-enviar a interfaz listada  RPF: mirar dirección fuente en tabla de ruteo IP  Sólo re-enviar si paquete llega por esa interfaz  Estrictamente correcto para ruteo simétrico Cisco IP multicast technology overview

Ruteo Mutlicast12 Árboles Multicast– árbol de Steiner  “dado un grafo con pesos en el cual un subconjunto de vértices son identificados como terminales, encontrar el sub-grado conectado de peso mínimo que incluya a todos los terminales”  No es usado en la práctica:  Es un problema NP-complete  inestable: pequeña adición a grafo  gran cambio en flujo de tráfico

Árbol Basado en Centro  Árbol de distribución compartido por todos  Un router es identificado como centro del árbol  Para integrarse al grupo:  Router de extreno envía mensage (join-msg) con dirección unicast del router centro  join-msg es “procesado” por routers intermedios y re-enviados hacia el centro  join-msg ya sea llega a una rama existe para el centro o llega al centro  El camino tomado por join-msg pasa a ser una nueva rama del árbol para este router

Ruteo Multicast en Internet: DVMRP  DVMRP: distance vector multicast routing protocol, RFC1075  Inunda y poda: usa re-envío por camino inverso (RPF) y árbol basado en fuente  Es un árbol con RPF basado en tablas de ruta DVMRP construidas por los routers  No hay suposiciones sobre servicios Unicast  El datagrama inicial al grupo mcast es inundado hacia todas partes vía RPF  routers sin receptores del multicast: envían mensaje de poda hacia quien se los envío.

DVMRP: continuación …  Estado soft: Router DVMRP periódicamente (1 min.) “olvida” ramas podadas:  Datos mcast fluyen por ramas no podadas  downstream router: repoda o continua recibiendo datos si poda ya no corresponde  routers pueden rápidamente re-injertar se en el árbol  Según membresías vía IGMP en las hojas  Aplicación  Implementado comúnmente en router comerciales, pero no disponible en Internet  Ruteo en Mbone es hecho usando DVMRP

PIM: Protocol Independent Multicast  No depende de ningún algoritmo de ruteo unicast específico (trabaja con todos)  Dos escenarios de distribución multicast diferentes : Dense (denso):  Grupo de miembros densamente localizados, en proximidad “cercana”.  Abundancia de ancho de banda Sparse (ralo):  # de redes con pequeño número de miembros con respecto al # de redes interconectadas  Miembros de grupo “ampliamente disperso”  Ancho de banda no abundante

Consecuencias de la dicotomía ralo-denso: Denso  Membresía un grupo es asumida por routers hasta que el router explícitamente se retiran (poda)  Construcción de árbol multicast dirigida por datos (e.g., RPF)  Disponible ancho de banda y procesamiento de router Ralo :  No hay membresía hasta que un router explícitamente envía join  Construcción de árbol multicast dirigido por receptores (e.g., basado en centro)  Uso moderado de ancho de banda y procesamiento en router

PIM- Modo Denso Inundar y podar con RPF, similar a DVMRP pero  Protocolo unicast provee información de RPF de datagramas entrantes  Menos complicada (menos eficiente) inundación que DVMRP  Tiene un mecanismo para que los routers detecten es un nodo hoja

Ruteo Mutlicast19 PIM-DM (dense mode)  Usa protocolo de ruteo unicast (difiere de DVMRP)  Modelo push  envía tráfico para todas partes  No hay poda de receptores  timeout después de 3 minutos  Sólo árboles de fuentes  Bueno para redes donde la mayoría de las subredes quieren tráfico

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Dense Mode PIM Source Receiver 2Receiver 1 DF IBCAE G H Link Data Control following slides by Salmani

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Dense Mode PIM Inundación inicial de datos y creación de estados Source Receiver 2Receiver 1 DF IBCAE G H

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Dense Mode PIM Poda de vecinos no en RPF Source Prune Receiver 2Receiver 1 DF IBCAE G H

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Dense Mode PIM C y D confirman para determinar re-envió hacia LAN, C gana Source Asserts Receiver 2Receiver 1 DF IBCAE G H

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Dense Mode PIM I se poda La poda de E es ignorada La poda de G es sobre escrita Source Prune Receiver 2Receiver 1 Join Override Prune DF IBCAE G H

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Dense Mode PIM Source Graft Receiver 2 Receiver 3 Receiver 1 Nuevo receptor, I envía injerto DF IBCAE G H

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Dense Mode PIM Source Receiver 2 Receiver 3 Receiver 1 DF IBCAE G H

Ruteo Mutlicast27 PIM-SM (sparse mode)  Modelo pull  join sólo (*,G) = (fuente cualquiera, G)  inicialmente, árbol compartido = punto de encuentro o centro (RP)  Router más cercano al receptor se registra con RP  La fuente se registra con RP y luego envía datos vía árbol compartido (situación inicial)  Router de borde pueden forzar la creación de un árbol de fuente enviando mensaje (S,G) hacia la fuente si distancia hacia la fuente es menor que distancia a RP  Ver draft-ietf-pim-v2-dm Cisco IP multicast technology overview

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E AD Source C Receiver 2 RP Link Data Control

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E AD Source Receiver 1 se incorpora a Grupo G C Crea estado (*, G), envía Join (*, G) a RP C Receiver 2 RP Join

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source RP Crea estado (*, G) C Receiver 2

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source Fuente envía datos, A envía registro de envío a RP C Receiver 2 Register

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source RP desencapsula registros y Re-envía datos por el árbol compartido y envía Join hacia la fuente C Receiver 2 Join

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source RP envía Register-Stop una vez que datos llegan nativamente C Receiver 2 Register-Stop

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source C envía Join (S, G) para incorporarse al árbol de camino más corto Shortest Path (SPT) Tree C Receiver 2 (S, G) Join

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source Cuando C recibe datos nativamente, envía podas hacia árbol RP para esa fuente. RP borra (S, G) y envía poda hacia la fuente C Receiver 2 (S, G) RP Bit Prune (S, G) Prune

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source Nuevo receptor 2 Joins E Crea estado y envía Join (*, G) C Receiver 2 (*, G) Join

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source C agrega enlace hacia E a su estado Lista de ambos (*, G) y (S, G) datos de fuente llega a E C Receiver 2

Ruteo Mutlicast Ejemplo: Sparse Mode PIM Receiver 1 B E A RP D Source Nueva fuente comienza a enviar D envía registros, RP envía Joins RP re-envía datos a receptores a través de árbol compartido C Receiver 2 Source 2 Register

Ruteo Mutlicast39 Otros aspectos sobre multicast en Internet: Modelo de grupos de hosts  Modelo de servicio Multicast:  S. Deering, 1991 (RFC 1112) Tx no requieren ser miembros Grupos pueden tener cualquier número de miembros No hay restricciones a la topología de los miembros del grupo Membresía es dinámica y autónoma Grupos de host pueden ser dinámicos o permanentes   es un modelo guiado por receptores “subscripciones”

Ruteo Mutlicast40 Multicast Local  Algunas redes son por naturaleza (original) multicast o broacast:  Ethernet: conexión original vía coaxial (CDMA), wireless  token ring  FDDI  Enlaces wireless (BlueTooth, cellular), redes powerlines  Ethernet, token ring:  broadcast: dirección con todo en 1  multicast: 01.xx.xx.xx.xx.xx  Adaptador de hardware puede filtrar dinámicamente la lista de direcciones

Ruteo Mutlicast41 IP multicast: modelo y direcciones  Capa de red: paquetes permanecen igual, sólo cambia dirección  Se requiere ayuda de routers para replicar y rutear  Direcciones IP especiales (clase D): a (224/4)  28 bits  268 millones de grupos  Además, se considera alcance (Valor IP TTL: 0 = host, 1 = red, valores mayores para aumentar alcance)  x: sólo rede local  : todos las máquinas  : todos los routers  x: bloque reservado para control en Internet  : reservado  : bloque SDP/SAP  Algunos son pre-asignados por IANA  Mapeo a Ethernet: E bits menos significativos