Verteilte Systeme Übung T5

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1 Verteilte Systeme Übung T5 IP- Multicast Exkurs W M-Übertragung an der ETH Nachbesprechung T5 Vorbesprechung T6 Ziele IP-Multicast Exkurs Eine praxistaugliche Technologie aufzeigen I P -Multicast = rel. komplex und umfangreich, daher Nur I N T R A d o m a i n R o u t i n g b e t r a c h t e n ( N i c h t z w i s c h e n N e t z e n, a l s o I N T E R d o m a i n R o u t i n g, z.b. MBGP) Notwendige Netzwerkelemente Ein Protokoll: PIM-S M ( Protocol Independent Multicast Routing, im S p a r s e M o d e ) Alle anderen Protokolle => (Fast) nur Theorie M B o n e nicht betrachtet L a y e r 2 n u r a m R a n d e ( Vrgl. a u c h A u f g a b e n 1, 2 ) L a y e r 3, grobkörnig und nicht zu detailliert => Literatur IP- Multicast 2 IP-Multicast Überblick Vorteile Geringere Netzwerklast Bandbreite besser ausnützen Nachteile Verwendet UDP Best E f f o r t Service Congestion (immer noch) möglich Operator bzw. ISP involvieren Technische Probleme => WM Fallstudie IP- Multicast 3 Adressierung Layer 3 Klasse D bis Reservierte Bereiche Layer 2 Spezielle Ethernet Multicast A d r e s s e n 00:00:5e:00:00: : 0 0 : 5 e : f f : f f : f f Abbildung von Layer 3 a u f Layer 2 IP- Multicast 4

2 Elemente, Begriffe, Protokolle Zeitlicher Ablauf S e n d e r, S o u r c e First Hop router N e t z w e r k L a s t H o p r o u t e r I P P I M IGMP R T P Konfigurations- und Setup-phase U s e r P a t t e r n = > P r o t o k o l l ( P I M -D M, P I M-SM) N e t z w e r k = > U. a. R e i c h w e i t e d e s M u l t i c a s t f e s t l e g e n Adressierung => M u l t i c a s t-g r u p p e n d e f i n i e r e n Router, Switches k o n f i g u r i e r e n ( m e i s t e n s ) M u l t i c a s t-s e n d e r r e g i s t r i e r e n Dienstanpreisung L a s t H o p R o u t e r => IGMP M e m b e r s h i p Q u e r y Dienstbenützung R e c e i v e r R e g i s t r i e r u n g IP- Multicast 5 IP- Multicast 6 Zusätzliche Elemente nötig? Multicast verteilen (abstrakt) J A : Rendez-Vous Points () Router mit spezieller Funktionalität S e n d e r u n d R e c e i v e r s treffen sich beim Alle R o u t e r i m N e t z m ü s s e n R P k e n n e n R P n u r v o r h a n d e n b e i PIM -S M (S p a r s e Mode) First Hop router Netzwerk Rendez-Vous Point () Last Hop router Shared -Tree Wurzel = Mehrere teilen sich denselben Tree Suboptimal Daten fliessen via zum -Tree Wurzel = Sender Für jeden Daten fliessen direkt vom Sender zum IP- Multicast 7 IP- Multicast 8

3 Multicast verteilen (Router) Rückblende: Unicast- Routing Paket an incoming Interface des Routers Z i e l-adresse des Pakets betrachten L o o k -u p in der Routing-Tabelle => Outgoing Interface des Routers Multicast Z i e l-adresse ist nicht eindeutig, sondern Gruppe! Wie Routen? => Reverse Path Forwarding (F) IP- Multicast 9 Reverse Path Forwarding Router kennen Topologie des Multicast Tree Incoming I n t e r f a c e R i c h t u n g W u r z e l (S o u r c e ) Outgoing Interface Richtung Blatt () Weiterleiten der Pakete entlang des Tree, aber nur dann, wenn F - Check erfolgreich F-Check Incoming-I n t e r f a c e u n d Paket-S o u r c e stimmen mit Topologie des Multicast Tree überein D.h. Paket kam aus Richtung Wurzel IP- Multicast 1 0 Gegeben sei nun... Sender registriert sich 1/2? Sender sendet einfach Multicast- Pakete der Gruppe G an den First Hop Router Der kennt die Multicast-Gruppe G noch nicht Weiss nicht wie Routen K a n n F-Check nicht machen => macht Anfrage an s Multicast-P akete i n P I M- Message eingepackt IP- Multicast 1 1 IP- Multicast 1 2

4 Sender registriert sich 2/2 macht update in (Multicast-) R o u t i n g-tabelle weiss nun M u l t i c a s t-g r u p p e G ( g. g. g ) k o m m t v o n S o u r c e s.s.s.s a u f d e m R o u t e r I n t e r f a c e y r e i n => kann von nun an F -Check machen S e n d e t PIM Register-S t o p -Message s Vorgang wiederholt sich so lange, bis sich registrieren IP- Multicast 1 3 registriert sich 1/4 rtr -d verschickt periodisch IGMP Membership Query R c r v-2 antwortet mit IGMP Report für Multicast Gruppe G (224.g.g.g) IP- Multicast 1 4 registriert sich 2/4 registriert sich 3/4 r t r-d k e n n t Multicast Gruppe G nicht r t r-d schickt daher ein PIM Join(*,G) R i c h t u n g W u r z e l d e s S h a r e d Tree (Annahme: shared t r e e : d -c-r P ) => Message a n r t r-c r t r-c kennt Gruppe G auch nicht => schickt Message weiter etc. bis erreicht wird schickt ein PIM Join (S,G) Richtung rtr -b schickt Join Richtung weiter rtr -a merkt, dass direkt angeschlossen ist => Traffic fliesst bis zum IP- Multicast 1 5 IP- Multicast 1 6

5 registriert sich 4/4 registriert sich 1/2 schickt nun den Traffic entlang des Shared Tree Richtung Rcvr rtr -b verschickt periodisch IGMP Membership Query Rcvr -1 antwortet mit IGMP Report für gewünschte Multicast- Gruppe IP- Multicast 1 7 IP- Multicast 1 8 registriert sich 2/2 registriert sich 1/2 rtr -b sendet PIM Join (*,G) an den nächsten Knoten Richtung Wurzel des Shared Tree merkt T r a f f i c u n d Join auf gleichem I n c o m i n g I n t e r f a c e S e n d e t Traffic NICHT an r t r-b rtr -b schickt traffic direkt an 1 IP- Multicast 1 9 Annahme: Shared tree sei: f -e -c -rp IP- Multicast 2 0

6 registriert sich 2/2 Tree Switchover (rtr-f), vorher IP- Multicast 2 1 IP- Multicast 2 2 Tree Switchover, nachher WM-Übertragung an der ETH Multicast Erfahrung sammeln Viele = > W M Ü b e r t r a g u n g Max. ca nur an der ETH! Vier Sender Alle innerhalb des ETH Netzes (mit BAKOM Bewilligung) Empfang auf dem gesamten Hochschulnetz der Schweiz (SW ITCH) IP- Multicast 2 3 W M- Übertragung an der ETH 2 4

7 Netztopologie (Auszug) Erfahrungen 1/4 (ETH) Backbone Border Router Border Router "Internet" (CERN) Backbone E T H N e t z w e r k Switch Jeder ist auch ein Sender! RTP-Streams RTCP => Clients () versenden K o n t r o l l n a c h r i c h t e n a n d e n S e n d e r LEIDER: Als Zieladresse nicht der Sender (U n i c a s t), sondern MULTICAST Adresse der Gruppe L a s t H o p Router behandelt als Sender Shared T r e e a u f b a u e n Riesenoverhead a n P I M M e s s a g e s im Netz = > C P U L o a d der Router > 9 0 %! D a P I M M e l d u n g e n in Software behandelt werden müssen W M- Übertragung an der ETH 2 5 W M- Übertragung an der ETH 2 6 Erfahrungen 2/4 Erfahrungen 3/4 Border Router der ETH L e i t e t Join(*,G) Messages vom externen (oder externen Routern ) a n (ETH-) S e n d e r weiter Leider kann kein Shared Tree aufgebaut werden, d a ETH-B o r d e r-router den T r a f f i c nicht weiterleitet (Software Fehler) Stattdessen: Fehlermeldung als PIM Message Richtung Sender... (ETH) Backbone 2 s0 e0 s 1 Tree Backbone 1 s0 e 0 s1 Switch => Nochmals Belastung der ETH-R o u t e r! W M- Übertragung an der ETH 2 7 W M- Übertragung an der ETH 2 8

8 Erfahrungen 4/4 L o a d B a l a n c i n g (unabhängig von Multicast) rtr- a s e n d e t IP- Pakete mit der gleichen Ziel Adresse abwechslungsweise an den B a c k b o n e 1 u n d 2 ( w a h l w e i s e I n t e r f a c e s 0, s 1) F-Check in r t r-b (B a c k b o n e nur L a y e r 2, daher kein R P F-C h e c k ) rtr- b wirft IP-P a k e t e v i a b l a u e R o u t e weg, da sie nicht entlang des S o u r c e T r e e ankommen (Interface s 0 v s. s 1 ) => erhält nur jedes zweite Paket! A b h i l f e S o u r c e: A l l e P a k e t e d o p p e l t s e n d e n... IP-Multicast, Fazit Technologie skaliert bis zu einem gewissen Grade (PIM- SM) ETH: 1000 User ca. Maximum ( => Zu hohe CPU Last in den Routern ) Einige ungelöste Probleme (abgesehen von eingangs erwähnten) IP- Multicast wird sich nicht so rasch durchsetzen W M- Übertragung an der ETH 2 9 W M- Übertragung an der ETH 3 0 T5, Aufgabe 1 B r o a d c a s t u n d Multicast 1:N und M:N möglich B r o a d c a s t Nur innerhalb eines Netzes oder Subnetzes A l l e B i t s d e r H o s t I D a u f 1 s e t z e n S e n d e t a n a l l e R e c h n e r i n n e r h a l b d e s ( S u b-) N e t z e s Beispiel (C l a s s B) Multicast K l a s s e D A d r e s s i e r u n g Nicht auf (Teil -) N e t z b e s c h r ä n k t T5, Aufgabe 2 Abbildung von Layer 3 a u f Layer 2: T5 Nachbesprechung 3 1 T5 Nachbesprechung 3 2

9 T5, Aufgabe 2 l 32 IP Adressen werden auf 1 Ethernet MC-Adr. abgebildet l Routing auf Layer 2? l l T5, P2P: Centralized Dumme Hubs und Switches => Verteilen an alle Ports! Rest: Spezielle Protokolle l CGMP (Nur Cisco, braucht Router-Unterstützung) l IGMP Snooping (Layer 3 Pakete ansehen...) T5 Nachbesprechung 33 T5, P2P: Mediated IP-Multicast IP-Multicast 34 T5, P2P: Decentralized 35 IP-Multicast 36 9

10 T6: Vector Clocks T6: Vector Clocks Beispiel (1,0,0) (2,0,0) p 1 a b m 1 = (m, (2,0,0)) p 2 (2,1,0) (2,2,0) (0,1,0) c d Physical time m 2 = (m, (2,2,0)) p 3 (0,0,1) e (0,0,2) f (2,2,2) T6 Vorbesprechung 3 7 T6 Vorbesprechung 3 8