Sistemas Telemáticos

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GCOM-DI-UM ST 2002, A.Costa

Sistemas TelemáticosTrabalho Prático 1

António Costa <[email protected]>

Grupo de Comunicações por Computador

Departamento de Informática

Universidade do Minho

Horário de Atendimento:• Quarta-Feira, 15h – 18h• Terça-Feira, 10h – 13h

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Objectivos

• Explorar aplicações MBONE (sdr, vic e vat)• Utilização das ferramentas

• Familiarização com a rede virtual MBONE

• Formatos audio/video usados

• Pretexto para estudo da tecnologia de suporte multicast

• Encaminhamento Multicast– Conceitos:

• Endereçamento, registo dinâmico e encaminhamento

– Aspectos operacionais:• Configuração de hosts

• Configuração de routers CISCO

• Diagnóstico de problemas...

– Preparação para o estudo detalhado do Multicast

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Difusão de audio e vídeo

– Difusão de conferências - são sessões especializadas, com um número não muito grande de interessados mas que estão espalhados por todo o mundo…

– Educação à distância - permite que os alunos possam ter aulas com os melhores especialistas...

– Projectos de colaboração alargados - para grande número de participantes, quando as ferramentas de videoconferência excedem a sua capacidade…

– Promoções comerciais - apresentação de produtos em sessões multicast com potenciais clientes em todo o mundo…

– Eventos especiais - missões espaciais, etc...

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– possibilidade de recepção simultânea de vários canais• pode ser útil para efectuar gravações, ou mesmo para redistribuir

diferentes eventos externos para diferentes salas…

– separação entre as emissões audio e vídeo• coloca problemas de sincronização entre as duas sequências• mas permite que alguns recebam apenas a emissão audio (se os

débitos e tempos de atraso não permitirem boa recepção video)

– possibilidade de ter vários canais audio e vídeo do mesmo acontecimento:

• várias câmaras a filmar o mesmo evento...• emissão em diferentes formatos audio, com diferentes níves de

qualidade, e mesmo em línguas diferentes…• cabe a cada receptor escolher o que quer ver e ouvir...

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Esta última hipótese tem algumas desvantagens evidentes:– sobrecarga de processamento no emissor, que tem de gerar vários fluxos idênticos

– sobrecarga de comunicações na rede, no transporte repetido de sequências de bits:

• alguns segmentos da rede transportam várias vezes a mesma coisa…

– o conjunto de potenciais destinatários é necessáriamente limitado…

Multicasting

Rede

Rede

1. A rede suporta multicast/broadcast

2. Recorrendo a múltiplas conexões...

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– o multicast consegue-se por replicação do fluxo de dados nalguns pontos

– evitam-se assim que vários fluxos de dados idênticos passem no mesmo percurso...

R

Servidor(origem multicast)

RR

RR

receptor multicast

receptor multicast

receptor multicast

Pontos de replicação

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MBone

– Virtual Internet Backbone for Multicast IP

(ou simplesmente Multicast Backbone)• uma implementação real, no mundo inteiro, de uma rede multicast

– A designação abrange duas coisas:• uma rede física, a funcionar sobre a Internet, com routers que suportam

funções de multicasting

• Um conjunto de programas para difundir audio e video na rede, e para ajudar os utilizadores a procurarem sessões e a reproduzi-las (vídeo e som)

O que é o Mbone?

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MBone

– surgiu por organização voluntária de utilizadores e não de fornecedores de serviço Internet...

– o crescimento foi feito com base no interesse e na expertise e não com base em optimizações de fluxo de dados…

• contornou-se a indecisão dos ISP que não sabiam se queriam ou não suportar a difusão de vídeo…

– são os utilizadores que organizam eventos esporádicos e calendarizam-nos…

Mbone - a rede de multicast

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MBone

– utilizadores são informados das emissões através de uma ferramenta especial que se chama sdr (Session directory):

• esta informação é também difundida, usando a mesma tecnologia!

• Protocolo SDP

– descrição textual das sessões é difundida num grupo próprio

– A descrição é suficiente para configurar e arrancar as ferramentas necessárias para participar na sessão...

• toda a informação necessária é adicionada na directoria… mas basta clicar para activar

• qualquer utilizador pode criar e calendarizar uma sessão…

– vat (ferramenta audio)

– vic (ferramenta video)

Mbone - as aplicações

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MBone

• Existem também aplicações de trabalho cooperativo:– quadro branco partilhado: wb (WhiteBoard)

– editor de texto: nt (TextEditor)

– replicação de ficheiros em servidores de réplicas (mirroring)

– distribuição das News

– Content Delivery Networks...

Mbone - as aplicações (cont.)

Outras possibilidades:

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Multicast• Transmissão de um datagrama IP de um host para um grupo,

com 0 ou mais membros, identificados por um único endereço IP– Entrega a todos os membros com as mesmas garantias best-effort da

entrega unicast

• Grupos são de filiação dinâmica: – Membros podem juntar-se ou abandonar um grupo a qualquer

momento

– Não há restrições sobre o nº de membros ou a sua localização

– Um host pode pertencer a mais do que um grupo ao mesmo tempo

– Um host pode enviar dados para um grupo mesmo sem ser membro

– Os grupos podem ser permanentes ou transitórios...

– Um router multicast deve reencaminhar os pacotes IP multicast para todas as redes com membros sempre que o seu TTL seja superior a 1

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Multicast

• Uma extensão IP:

IGMPICMPMódulo IP

Mapeamento (ex: ARP)Módulo Rede Local

(ex: Ethernet)

Módulos dos protocolos das camadas superiores

Interface com a rede local

Interface de Serviços IP extendida ( JoinHostGroup e LeaveHostGroup

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Endereçamento• IP Multicast Group Addresses:

– Classe “D” (primeiros 4 bits a “1110”)– Gama de endereços: 224.0.0.0 – 239.255.255.255

• Endereços reservados: – 224.0.0.0 – 224.0.0.255 (transmissão com TTL = 1)– Examples:

• 224.0.0.1 Todos os sistemas• 224.0.0.2 Todos os routers • 224.0.0.4 Todos os routers DVMRP• 224.0.0.5 Todos os routers OSPF• 224.0.0.13 Todos os routers PIMv2

• Endereços de utilizção limitada administrativamente:– 239.0.0.0–239.255.255.255

– Tal como a gama de endereços “intranet” unicast...• Site local: 239.253.0.0/16

• Organização: 239.192.0.0/14

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Mapeamento em endereços MAC• Para evitar a utilização de protocolos tipo ARP fazem-se

mapeamentos nos endereços multicast de nível 2...

• Endereços Ethernet (48 bits) para multicast começam por “01-00-5e” seguido de um bit zero (bit multicast)

• Os restantes 23 bits são ocupados com os últimos 23 bits do endereço IP classe D

• Mapeamento não é de um para um, mas de 32 para 1 !!!

IP classe D (32 bits) 1110

End. MAC (48 bits) 0

23 bits5 bits

“01-00-5e”

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Protocolo IGMP

• Internet Group Management Protocol (IGMP)– Protocolo assimétrico usado para reportar a filiação nos

grupos multicast...

– IGMPv1, IGMPv2 e IGMPv3 (draft)

• Parte integrante do IP– deve correr em todos os hosts...

TypeType Max Response Max Response TimeTime

ChecksumChecksum

Group addressGroup address

00 313177 1515

VersVers TypeType ChecksumChecksum

Group addressGroup address

00 313177 151533

UnusedUnused

Version 1Version 1

Version 2Version 2

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Protocolo IGMP• IGMPv1

– Routers enviam periodicamente uma “IGMP Host Membership Query” para o grupo 224.0.0.1 com TTL 1

– Hosts disparam um temporizador com valor aleatório

– O primeiro cujo temporizador expirar responde com “IGMP Host Membership Report” para o endereço do grupo a que deseja filiar-se...

– Como todos os interessados da mesma rede no mesmo grupo recebem essa resposta... escusam-se a responder...

– Se ninguém responder não há membros activos...

– Um host que se junte pela primeira vez manda imediatamente um “IGMP Host Membership Report” para diminuir a latência da operação de Join ao grupo...

• IGMPv2 - acrescenta mensagem de “Leave Group”...

• IGMPv3 - permite ao host seleccionar os emissores...

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Encaminhamento Multicast• Duas tarefas em torno das tabelas de encaminhamento:

– Envio dos pacotes multicast (“forwarding”)• Extrair endereços do cabeçalho IP...

• Consulta das entradas da tabela de encaminhamento (por endereço de destino e endereço de origem)

• Validação RPF (Reverse Path Forwarding)

• Replicar pacote em todas as interfaces de saída...

– Construção das árvores de difusão• Inserir e actualizar entradas na tabela de encaminhamento multicast

• Existem vários protocolos de encaminhamento:– DVMRPv3 (Internet-draft)

» DVMRPv1 (RFC 1075) is obsolete and unused. A variant is currently implemented

– MOSPF (RFC 1584)

– PIM-DM (Internet-draft)

– PIM-SM (RFC 2362- v2)

– Others (CBT, OCBT, QOSMIC, SM, etc.)

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Árvores de difusão• Centradas nas fontes (Shortest reverse Path Trees)

• Notação: (S, G) com S = source e G = Grupo

RP

R

S1

R

R

R

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Árvores de difusão• Partilhadas (centradas num “RendezVous Point”) (Shared Trees)

• Notação: (*, G) com * = todas as fontes e G = grupo

RP

R

S1

R

R

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Validação RPF

• Entradas na tabela de encaminhamento:– Endereços de origem e de grupo: par (*, G) ou (S,G)

– Interface de Entrada (iif)• Interface de entrada

– Vizinho RPF (rpf neighbor) • router no caminho mais curto em direcção à fonte

– Lista de interfaces de saída (oif list)

R1i0

i1

i2

i3 i4

Entrada: (S,G) iif= i1 oiflist= i3, i4

Validação RPF:i1 é o caminho mais curto unicast para SPacotes que não venham de i1 são descartados

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Protocolos Multicast• Muito diferentes dos protocolos unicast...• Muito complexos...• Dois tipos de estratégias:

– Modo denso• Estratégia tipo “Push” designada Flood & Prune • O tráfego é difundido por toda a rede…• Deve ser truncado onde não for desejado…• Repete-se de 3 em 3 minutos tipicamente…• Exemplos: DVMRP e PIM-DM

– Modo esparso• Estatégia tipo “Pull” (requere join/leave explícitos)• O tráfego só é difundido para onde é desejado…• Exemplo: PIM-SM

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Tuneis IP-sobre-IP

TunnelTunnel

Multicast Multicast islandisland

Router ARouter A

TunnelTunnel

TunnelTunnel

AABBIP datagramIP datagram

IP in IPIP in IP

Router BRouter B

IP datagramIP datagram


IP datagramIP datagram


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