Mbone / Multicast Großes Seminar Markus Heurung 04.02.2002 © Markus Heurung

Mbone / Multicast

Großes Seminar

Markus Heurung

04.02.2002

© Markus Heurung

Kurzüberblick

Multicast MBone IGMP Multicast Forwarding Multicast Routing MBone-DE Anwendungen Ausblick

© Markus HeurungMBone / Multicast

Multicast

IPv4 Adresstypen: unicast (one – one) broadcast (one – all) multicast (one – many)

Multicast basiert auf UDP-> nicht verbindungsorientiert


Multicast – verbindungslos

+ reduziert Traffic+ skaliert besser

- Verluste möglich- keine Flusskontrolle- keine „Congestion Control“


Multicast – IP Adressen

Class D – Adressen:224.0.0.0 – 239.255.255.255

entspricht 224.0.0.0/4

Unterschied zu unicast Adressen:IP Multicast Adressse ist eine Gruppenadresse

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1 1 1 0 Gruppen ID0 3

14

MBone / Multicast

Multicast – reservierte Adressenvon IANA (Internet Assigned Numbers Authority) reserviert:

224.0.0.0/24 festgelegt für verschiedene Protokolle

Beispiel: local: 224.0.0.1 – All Hosts

224.0.0.2 – All Multicast Routers224.0.0.3 – All DVMRP Routers224.0.0.5 – All OSPF Routers

Diese werden nicht weitergeleitet.

begrenzter Gültigkeitsbereich:239.0.0.0/24 (local scope)


IP Multicast –> MAC Adressen

Adressblock 01:00:5E von IANA reserviert.Ermöglicht die Nutzung von HW-Multicasting.Die letzten 23bit der Gruppenadresse werden an

den Block angehängt.Beispiel: Class D Adresse: 224.10.8.5

1110 0000 0000 1010 0000 1000 0000 0101

0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 1010 0000 1000 0000 0101

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ignoriert

reserviert

01:00:5E:0A:08:05

MBone / Multicast

Multicast – Eigenschaften

Hosts können nach Belieben Gruppen beitreten und sie wieder verlassen.Gruppenmitgliedschaft ist nicht physikalisch begrenzt.Mitgliederzahl einer ist nicht begrenzt.Host kann in einer beliebigen Anzahl von Gruppen sein und kann auch an eine Gruppe senden ohne Teilnehmer zu sein.


MBone – Geschichte

Ende der 80er Jahre begannen grundlegende Arbeiten, u.a. von Steve Deering1992erste Übertragungen von IETF VideokonferenzenStart des MBoneetwa 40 Subnetze in 4 Ländern1997ca. 5000 (Sub-)Netze weltweit verteilt im Internet


MBone

MulicastBackboneExperimentelles Netzwerk, das auf das Internet aufsetzt. („overlay network“)Viele Router sind nicht multicast-fähig.Multicast-fähige Inseln werden über unicast Tunnel verbunden.MBone wird durch die Multicast-Router, die daran angeschlossenen Subnetze und die verbindenden Tunnel definiert.Topologie wird über regionale und überregionale Mailinglisten organisiert.


MBone

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Multicast-Routing

HostRouter

IGMPIGMP

IGMP

IGMP IGMP

IGMP

Multicast-Routing

unicast Tunnel

Insel

MBone / Multicast

IGMP

Internet Group Management Protocol

nur im lokalem Subnetz zwischen Host und nächstem Router Hosts geben den Beitritt (join) und das Verlassen (leave) einer Gruppe bekanntRouter fragen periodisch nach, ob Mitglieder noch aktiv sindMehrere Multicast-Router -> ein Router wird verantwortlich („Querier“)Router entscheidet mit diesen Informationen, ob ein Multicast-Datagramm geschickt werden.


IGMPv1

RFC1112Query Nachrichten werden periodisch an 224.0.0.1 (all hosts group) geschickt mit IP TTL=1Hosts antwortet mit einem „Host Membership Report“, also der Mitgliedschaft in einer Gruppe (oder mehren)Dem Router genügt die Information, dass mindestens ein Host im Subnetzt Mitglied einer Gruppe ist


IGMPv2/v3

IGMPv2: RFC2236rückwärtskompatibel zu IGMPv2Router mit niedrigster IP ist „Querier“„group-specific query“Neuer Messagetyp: „leave group“

IGMPv3: draft-ietf-idmr-igmp-v3-11.txtin Entwicklungexplizites Anfordern/Ablehnen von SendernReduktion des Traffic


Multicast Forwarding

IGMP regelt nur die Verwaltung innerhalb eines Subnetzes und Router. Kommunikation zwischen den benachbarten Routern oder über Internet benötigt spezielle Routingalgorithmen:Flooding

Spanning Trees (ST)

Reverse Path Broadcasting (RPB)

Truncated Reverse Path Broadcasting (TRPB)

Reverse Path Multicasting (RPM)

Core-Based Trees (CBT)

Diese können dann in speziellen Routingprotokollen umgesetzt werden.


Flooding

Router prüft, ob ein Paket schon gesehen wurde:falls ja, dann wird es verworfen.falls nicht, dann wird es auf allen anderen Interfaces verschickt.

+ sehr einfach zu implementieren, weil keine Routingtabelle nötig ist

- generiert viele Duplikate

- alle mögliche Pfade werden benutzt, nicht nur die nötigen -> skaliert in großen Netzen sehr schlecht

- Routerspeicher wird ineffizient genutzt, da eine Tabelle aller “gesehenen” Pakete gehalten werden muss. © Markus HeurungMBone / Multicast

Spanning Tree (ST)

Zwischen zwei Routern gibt es nur einen aktiven Pfad.

Pakete werden auf allen aktiven ST-Interfaces verschickt, ausgenommen dem auf dem das Paket ankam.


+ keine Duplikate+ keine Schleifen - Traffic auf wenige Links konzentriert- Oft wird nicht der effizienteste Weg

genutzt

Reverse Path Broadcasting (RPB)Für jedes aktive (Source, Group) Paar wird ein ST gebildet

(Shortest-Path-Tree, SPT):

Router leitet ein Paket nur dann weiter, wenn es auf dem Interface an-kommt, das er selbst nutzen würde um die Source zu erreichen. (parent link). Er leitet nur dann auf ein anderes Interfaces (child link) weiter, wenn der dortige Nachbar-Router ihn als parent link für dieses (S,G) Paar sieht.


S

1 2

3

4 5 6 7

8 9

A

B C

D

EF

+ einfach und effizient zu implementieren+ muss sich keine Pakete „merken“+ Router braucht keinen ST zu speichern+ nutzt effizienten unicast Weg+ Lastverteilung, da jedes (S,G) Paar eigenen

Distribution Tree hat- Forwarding in alle potentiellen Empfänger Subnetze

Truncated Reverse Path Broadcasting (TRPB)Mittels IGMP erkennen Router Gruppenmitgliedschaften

in ihren Subnetzen.

Falls keine Empfänger vorliegen, wird der SPT entsprechend abgeschnitten („truncated”).


S

(Source, G1)

G1

G1

G1

+ RPB wird verbessert, indem unnötiger

Traffic in den Subnetzen vermieden wird.

- Alle Router bekommen immer noch die

Pakete, da Gruppenmitgliedschaften beim

Aufbau des SPT nicht beachtet werden.

Reverse Path Multicasting (RPM)Verbesserung von TRPB durch „Beschneidung“ des Distribution

Trees („pruning“). Router ohne Gruppenmitglieder in ihren Subnetzen können eine Prune Nachricht an ihren Parent schicken, der dann keine entsprechenden Pakete mehr dorthin weiterleitet.

-> Traffic wird auf Router und Subnetze mit Gruppenmitglieder und entlang des Weges dorthin beschränkt.


S

(Source, G1)

G1

G1

prune

prune

prune

+ Traffic nur noch auf notwendigen Links

- jeder Router muss Zustände für alle Gruppen und

jede Source verwalten-> skaliert sehr schlecht

- Wegen neuer Gruppenmitgliedschaften und

Änderungen der Netzwerktopologiemüssen

Prunes periodisch aufgehoben werden.

Core Based Tree (CBT)

Ein Distribution Tree für jede Gruppe, der von allen Sendern genutzt wird.

Einer oder mehrere Router sind “Core” Router.

Empfänger müssen explizit der Gruppe beitreten („Join“).


S

Empfänger1

Empfänger2

Source

JOIN

JOIN

IGMP

CORE

+ Router muss nur Zustände für Gruppen

verwalten -> skaliert besser+ kein periodisches Flood und Prune

- Traffickonzentration im Core-> potentieller Flaschenhals

- evtl. schlechtere Routen

Multicast Routingprotokoll-TypenDense Mode

nimmt “dichte”Gruppenmitgliedschaft an

pruning, wo keine Teilnehmer

Beispiele:Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP)

Protocol Independent Multicast – dense mode (PIM-DM)

Multicast Open Shortest Path First (MOSPF)Link State Protokoll, Erweiterung zu OSPF


Sparse Mode

Mitglieder über große Regionen dünn verteilt

Shortest-Path- oder Shared-Tree

explizites Join notwendig

Beispiele:CBT

PIM-SM (sparse mode)

MBone-DE

Natives Multicast bis zum Kundenrouter

weitgehend kongruente unicast/multicast Topologie

intern: Open Shortest Path First (OSPF)

PIM sparse-dense mode

auto-RP

extern:Multicast BPG (MBPG)

PIM-SM

Multicast Source Discovery Protocol (MSDP)


Multicast Anwendungen

Audiokonferenzen

Videokonferenzen

Video on Demand

Groupwork, CollaborationNetzwerkeditor

Whiteboards: Gleichzeitiges schreiben, zeichnen

Live TV und Radio

Dateitransfer

Echtzeitdatenübertragung (Börsenkurse,Wetterdaten,...)

Training, "Teleteaching"© Markus HeurungMBone / Multicast

MBone-Tools

Freie Software

Vielzahl von unterstützten Platformen, zB. Solaris, SunOS, HP, Linux, Windows(9x, NT, 2k, XP), Irix, uvm.

Beispiele:sdr – Session Directory

vat – Audio (PCM, DVI, GSM und LPC4 Kompression)

vic – Videokonferenzen (H.261 Video Kompression)

wb – Whiteboard (mit Reliable Multicast)

nt – Netzwerkeditor

MVoD - MBone Video Conference Recording on Demand

http://www.rvs.uni-hannover.de/products/mbone_collection/


Die Zukunft

IPv6:

Integration von IGMP in ICMP

Alle Router sind multicast-fähig

„Echtzeittransport“ durch Quality of Service

„Der MBone wird sich entwickeln wie das Internet:

erst langsam und unauffällig und dann ist er überall.“


Documents

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