mbone / multicast großes seminar markus heurung 04.02.2002 © markus heurung
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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
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Multicast – verbindungslos
+ reduziert Traffic+ skaliert besser
- Verluste möglich- keine Flusskontrolle- keine „Congestion Control“
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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 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)
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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
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.
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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
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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.
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MBone
© Markus Heurung
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.
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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
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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
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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.
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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.
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+ 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.
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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”).
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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.
© Markus HeurungMBone / Multicast
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“).
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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
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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)
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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/
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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.“
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