Sistemas Telemáticos

1. Sistemas Telemáticos Trabalho Prático 3 Grupo de Comunicações por Computador Departamento de Informática Universidade do Minho 1

2. 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 2

3. 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... 3

4. Difusão de audio e vídeo • possibilidade de recepção simultânea de vários canais • pode ser útil para efectuar gravações, ou mesmo para redistribuir diferentes eventos externos para diferentes salas… • separaçãoentre as emissõesaudio 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... 4

5. Difusão de audio e vídeo 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… Rede 1. A rede suporta multicast/broadcast Multicasting 2. Recorrendo a múltiplas conexões... Rede 5

6. Pontos de replicação R Servidor (origem multicast) receptor multicast R R R R receptor multicast receptor multicast Difusão de audio e vídeo • 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... 6

7. MBone O que é o 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) 7

8. 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 8

9. 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 9

10. 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: 10

11. 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 11

12. Multicast • Uma extensão IP: Módulos dos protocolos das camadas superiores Interface de Serviços IP extendida ( JoinHostGroup e LeaveHostGroup ICMP IGMP Módulo IP Interface com a rede local Mapeamento (ex: ARP) Módulo Rede Local (ex: Ethernet) 12

13. 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 utilização 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 13

14. 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 !!! 1110 5 bits 23 bits IP classe D (32 bits) “01-00-5e” 0 End. MAC (48 bits) 14

15. 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... 0 3 7 15 31 Vers Type Unused Checksum Group address Version 1 0 7 15 31 Max Response Time Checksum Type Group address 15 Version 2

16. 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... 16

17. 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.) 17

18. Árvores de difusão • Centradas nas fontes (Reverse Shortest Path Trees) • Notação: (S, G) com S = source e G = Grupo S1 RP R R 18 R R

19. Árvores de difusão • Partilhadas (centradas num “RendezVous Point”) (Shared Trees) • Notação: (*, G) com * = todas as fontes e G = grupo S1 RP R R 19 R R

20. 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) • Entrada: (S,G) iif= i1 oiflist= i3, i4 • Validação RPF: • i1 é o caminho mais curto unicast para S • Pacotes que não venham de i1 são descartados i1 i0 R1 i2 i3 i4 20

21. 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 • Estratégia tipo “Pull” (requere join/leave explícitos) • O tráfego só é difundido para onde é desejado… • Exemplo: PIM-SM 21

22. Tuneis IP-sobre-IP Multicast island Multicast island IP datagram IP datagram IP in IP IP datagram B A Tunnel Tunnel Router A Router B Tunnel Multicast island 22