Mbone / Multicast Großes Seminar Markus Heurung 04.02.2002 © Markus Heurung.

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1 Mbone / Multicast Großes Seminar Markus Heurung 04.02.2002 © Markus Heurung

2 Kurzüberblick Multicast MBone IGMP Multicast Forwarding Multicast Routing MBone-DE Anwendungen Ausblick © Markus Heurung MBone / Multicast

3 Multicast IPv4 Adresstypen: unicast(one – one) broadcast(one – all) multicast(one – many) Multicast basiert auf UDP -> nicht verbindungsorientiert © Markus Heurung MBone / Multicast

4 Multicast – verbindungslos + reduziert Traffic + skaliert besser - Verluste möglich - keine Flusskontrolle - keine Congestion Control © Markus Heurung MBone / Multicast

5 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 © Markus Heurung 1 1 1 0 Gruppen ID 0 31 4 MBone / Multicast

6 Multicast – reservierte Adressen von 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 Routers 224.0.0.3 – All DVMRP Routers 224.0.0.5 – All OSPF Routers Diese werden nicht weitergeleitet. begrenzter Gültigkeitsbereich: 239.0.0.0/24 (local scope) © Markus Heurung MBone / Multicast

7 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 © Markus Heurung ignoriert reserviert 01:00:5E:0A:08:05 MBone / Multicast

8 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. © Markus Heurung MBone / Multicast

9 MBone – Geschichte Ende der 80er Jahre begannen grundlegende Arbeiten, u.a. von Steve Deering 1992 erste Übertragungen von IETF Videokonferenzen Start des MBone etwa 40 Subnetze in 4 Ländern 1997 ca. 5000 (Sub-)Netze weltweit verteilt im Internet © Markus Heurung MBone / Multicast

10 MBone MulicastBackbone Experimentelles 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. © Markus Heurung MBone / Multicast

11 MBone © Markus Heurung Multicast- Routing Host Router IGMP Multicast- Routing unicast Tunnel Insel MBone / Multicast

12 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 bekannt Router fragen periodisch nach, ob Mitglieder noch aktiv sind Mehrere Multicast-Router -> ein Router wird verantwortlich (Querier) Router entscheidet mit diesen Informationen, ob ein Multicast-Datagramm geschickt werden. © Markus Heurung MBone / Multicast

13 IGMPv1 RFC1112 Query Nachrichten werden periodisch an 224.0.0.1 (all hosts group) geschickt mit IP TTL=1 Hosts 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 © Markus Heurung MBone / Multicast

14 IGMPv2/v3 IGMPv2: RFC2236 rückwärtskompatibel zu IGMPv2 Router mit niedrigster IP ist Querier group-specific query Neuer Messagetyp: leave group IGMPv3: draft-ietf-idmr-igmp-v3-11.txt in Entwicklung explizites Anfordern/Ablehnen von Sendern Reduktion des Traffic © Markus Heurung MBone / Multicast

15 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. © Markus Heurung MBone / Multicast

16 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 Heurung MBone / Multicast

17 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. © Markus Heurung MBone / Multicast + keine Duplikate + keine Schleifen - Traffic auf wenige Links konzentriert - Oft wird nicht der effizienteste Weg genutzt

18 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. © Markus Heurung MBone / Multicast S 1 2 3 4 5 6 7 89 A B C D E F + 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

19 Truncated Reverse Path Broadcasting (TRPB) Mittels IGMP erkennen Router Gruppenmitgliedschaften in ihren Subnetzen. Falls keine Empfänger vorliegen, wird der SPT entsprechend abgeschnitten (truncated). © Markus Heurung MBone / Multicast S (Source, 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.

20 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. © Markus Heurung MBone / Multicast S (Source, G1) G1 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.

21 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). © Markus Heurung MBone / Multicast S Empfänger1 Empfänger2 Source 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

22 Multicast Routingprotokoll-Typen Dense 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 © Markus Heurung MBone / Multicast Sparse Mode Mitglieder über große Regionen dünn verteilt Shortest-Path- oder Shared- Tree explizites Join notwendig Beispiele: CBT PIM-SM (sparse mode)

23 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) © Markus Heurung MBone / Multicast

24 Multicast Anwendungen Audiokonferenzen Videokonferenzen Video on Demand Groupwork, Collaboration Netzwerkeditor Whiteboards: Gleichzeitiges schreiben, zeichnen Live TV und Radio Dateitransfer Echtzeitdatenübertragung (Börsenkurse,Wetterdaten,...) Training, "Teleteaching" © Markus Heurung MBone / Multicast

25 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/ © Markus Heurung MBone / Multicast

26 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. © Markus Heurung MBone / Multicast