Dienstkonzept und Routing-Algorithmen für Mehrpunktkommunikation (Multicast) Prof. B. Plattner ETH Zürich IP Next Generation - Multicast (1)
Modell für Multicast in IPv4 und IPv6 Jede Multicast-Adresse identifiziert eine Gruppe von Empfängern. Jeder sendende Host kann ein Datengramm in einer einzigen Operation an eine Menge von Empfängern schicken, indem er es mit der entsprechenden Multicast- Adresse versieht. Ein Sender auf Ebene IP muss nicht (und wird normalerweise auch nicht) die Menge der Empfänger kennen. Damit ist Punkt-Mehrpunkt und Mehrpunkt-Mehrpunkt- Kommunikation möglich. Im heutigen Internet wirdmulticastingundseine Anwendungen im Mbone-Overlay-Netz praktisch erprobt. IP Next Generation - Multicast (2)
Mbone Multicast IP-Multicast ist in der Adressierung schon lange vorgesehen (D-Adressen), wurde aber bis vor 2-3 Jahren nicht verwendet. Steve Deering, XEROX PARC, entwickelte Routing- Algorithmen für Multicast (z.b. DVMRP, Distance Vector Multicast Routing Protocol, RFC 1075) Wird von heutigen Routern nicht unterstützt -> Virtuelles Overlay-Netz von DVMRP-Routern, verbunden über IP- Tunnel Verschiedene Applikationssoftware verfügbar für Audiocast, Videocast, ganze Konferenzsysteme, etc. Wird verwendet für weltweite Konferenzen (IETF, INET, JENC (500 kbit/s) IP Next Generation - Multicast (3)
Multicast-Adressen 8 4 4 112 11111111 Flags Scope 1 node local 2 link local 5 site local 8 organization local E global Gruppenidentifikation bisher definiert: transiente oder permanente Adresse Einige spezielle Multicast-Gruppen: ::0 reserviert (in allen Scopes) ::1 alle IPv6-fähigen Geräte (all nodes) (node/link-local) ::2 alle IPv6-Router (all routers) (node/link/site-local) ::1:3 alle DHCP-Server (site-local) ::1:4 alle DHCP-Relays (site-local) IP Next Generation - Multicast (4)
Einige Anmerkungen Broadcast: Spezialfall von Multicast - alle möglichen Empfänger sind Mitglied der Gruppe. Die Zuordnung Gruppenmitglieder zu Gruppenadresse wird durch Funktionen des neuen ICMP (IPv4: IGMP) vorgenommen, die umgekehrte Abbildung durch das Routing-System Multicast-Assoziation: Einer oder mehrere Sender und Empfänger sind bereit zum Nachrichtenaustausch. Während der Lebensdauer einer Multicast-Assoziation kann sich die Multicast-Gruppe verändern: Join und leave-operationen. Durchden Empfänger initiiert IP Next Generation - Multicast (5)
Basismechanismen für effizientes Multicasting In Netzen mit gemeinsamem Medium (LAN, Satellitenkommunikation): Stationen reagieren auf ihre eigene (unicast) sowie auf eine oder mehrere Multicast- Gruppenadressen, sowie die Broadcast-Adresse. Implementation in Netzwerk-Software auf dem Netzadapter (Liste von konfigurierten MC-Adressen oder Hashtabelle) Wie implementiert man ein effizientes Internet-Multicasting? IP Next Generation - Multicast (6)
Gruppenverwaltung Gruppenverwaltungsfunktionen im neuen ICMP: identische Funktionen wie beim Internet Group Management Protocol (IGMP) von IPv4 Group Membership Query (für Join), gesendet vom Router Group Membership Report (für Join), gesendet vom Mitglied Group Membership Termination (Leave), ges. vom Mitglied Membership Query Membership Report (MC) Router Membership Termination Fromat von ICMP group management Paketen Typ 0 max. Verzögerung für Antwort Multicast-Adresse Prüfsumme 0 IP Next Generation - Multicast (7)
Routing für Broadcast Flooding als Routing-Algorithmus Jeder Router repliziert ein ankommendes Paket auf alle abgehenden Links Ein Paket wird von einem Router nur weitergeleitet/repliziert, wenn er es zum ersten Mal sieht, sonst wird es ignoriert (Mechanismus?) ->Ein Paket wird höchstens zwei Mal über jeden Link befördert. Flooding ist jedoch als Routing-Algorithmus für Multicast ineffizient. IP Next Generation - Multicast (8)
Spanning Tree Broadcasting Keine Schleifen im Spanning Tree (ST) möglich! Jeder Router repliziert ein ankommendes Paket auf alle abgehenden Links des ST. Ein optimaler ST pro Sender. Falls ein einziger gemeinsamer Spanning Tree für alle Sender gewünscht wird, ist dieser suboptimal (gegenüber mehreren ST). Ein gemeinsamer ST ist statisch. IP Next Generation - Multicast (9)
Reverse Path Broadcasting (RPB) Jeder Router repliziert ein Paket auf alle abgehenden Links, sofern es auf dem Link ankommt, der auf dem optimalen Weg zum Absender liegt ( on the reverse path ). Annahme: Symmetrischer Graph. IP Next Generation - Multicast (10)
Reverse Path Multicasting (RPM) Sender Router mit Mitgliedern der Multicast-Gruppe Prune-Nachrichten (unbestätigt) schneiden den Baum zurück. Prunes haben begrenzte Wirkungsdauer (Baum wächst nach ) Graft-Nachrichten heben die Wirkung von Prunes auf (graft=aufpfropfen) Schnitt IP Next Generation - Multicast (11)
Bemerkungen zu Reverse Path Multicasting Die Information über den besten Pfad zurück zur Quelle (reverse path) erhält man vom Unicast-Routing Unicast-Routing: Distanzvektor (z.b. RIP) oder Link State (OSPF) Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) in Mbone funktioniert nach diesem Muster, allerdings enthält es ein eigenes Distanzvektor-Routing. RPM ist ineffizient bei kleinen Multicast-Gruppen in einem grossen Netz, da die ersten Datengramme (bevor der Baum beschnitten wird) immer im ganzen Netz verteilt werden müssen (sparse vs. dense mode multicasting) Jeder Router muss Information über jedes Paar (Quelle, Gruppe) speichern. IP Next Generation - Multicast (12)
Weitere Multicast-Routing-Protokolle Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) Verwendet Information aus dem Unicast-Routing mit OSPF für die Bestimmung des besten Pfads zum Sender. Unterstützt keine Tunnels (im Gegensatz zu DVMRP) Core Based Tree (CBT) Routing Baut einen einzigen gemeinsamen Core Tree für alle Sender zu allen Empfängern. Jede Gruppe kann ihren eigenen Core Tree haben (vermeiden von lokaler Überlast) Protocol Independent Multicast (PIM) sparse mode: ähnlich CBT, mit Übergang zu einem optimalen Distribution Tree pro Sender dense mode: Ähnlich DVMRP und MOSPF IP Next Generation - Multicast (13)
Weiterführende Literatur Thomas A. Maufer: Deploying Ip Multicast in the Enterprise; Hardcover - 300 pages (December 1997) Prentice Hall; ISBN: 0138976872 C. Huitema: Routing in the Internet, Prentice-Hall, 1995. Eine grosse Sammlung von Links zum Thema Multicast: http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/refs/ipm_refs.htm IP Next Generation - Multicast (14)