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David Villa <David.Villa@uclm.es> :: http://www.inf-cr.uclm.es/www/dvilla/ 1
Versión 28/02/11
IP multicast
:: Redes ::
aplicación
transporte
enlace
física
red
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David Villa <David.Villa@uclm.es> :: http://www.inf-cr.uclm.es/www/dvilla/ 2
Introducción
Grupos Multicast
IGMP
Enrutamiento Multicast
Contenidos
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El envío de datagramas en IP es de dos tipos:● Unicast. Un origen a un solo destino.● Broadcast. Un origen a todos los hosts de la sub-red. Los
encaminadores no permiten que estos datagramas salgan de la sub-red
Algunos tipos de aplicaciones necesitan un método eficiente para enviar mensajes a un grupo de nodos en cualquier parte de la red.Se trata de evitar que el origen tenga que enviar una copia del mensaje a cada destino.
Introducción
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IP multicast permite el envío de datagramas a un grupo concreto de nodos.El grupo completo de nodos se identifica por una única dirección IP (una dirección multicast)Los grupos son dinámicos, los nodos pueden entrar y salir de un grupo en cualquier momento. Un nodo puede ser miembro de varios grupos de forma simultánea.No hay limitaciones en el número de nodos que pueden estar un grupo.
Grupos multicast
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Grupos multicast
Un nodo puede enviar a un grupo sin pertenecer a él.
Los grupos pueden ser permanentes o temporales.
Los grupos permanentes tiene dirección IP fijas asignadas
Los grupos temporales existen sólo mientras tengan
miembros.
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Direcciones multicast
Todas las direcciones multicast son de clase D. Cada dirección identifica un grupo multicast: 228 gruposAlgunas direcciones multicast especiales:
● 224.0.0.0 - Reservado● 224.0.0.1 - Todos los hosts de esta red● 224.0.0.2 - Todos los enrutadores de esta red● 224.0.0.5 - Todos los enrutadores OSPF● 224.0.0.11 - Todos los agentes móviles
Lista de direcciones IP multicast asignadas estáticamente: http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses
Lista de direcciones IP multicast asignadas estáticamente: http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses
Nota
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Envío de paquetes multicast
El envío de datagramas IP multicast a otras redes lo realizan enrutadores multicast. Pueden utilizarse enrutadores unicast/multicast o se puede usar otros específicos.Operación de envío:
● Un nodo transmite un paquete IP multicast (en una trama Ethernet multicast), llegando a todos los miembros del grupo en la sub-red.
● Los enrutadores de la sub-red son responsables de hacer llegar ese paquete a todas las redes en las que haya miembros de ese grupo.
● En las redes distantes, el enrutador debe encapsular el paquete sobre una trama multicast para que llegue a todos los nodos suscritos al grupo.
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En la LAN, los paquetes IP multicast se encapsulan en tramas muticast. La dirección física multicast se construye a partir de un patrón de 25 bits más los 23 bits de la dirección IP del datagrama
1110
IP clase D: 32 bits
23 bits
01:00:5E:0
Ethernet: 48 bits
Multicast en el nivel de enlace
En una WAN donde raramente se soporta multicast, el datagrama multicast se encapsula en un datagrama unicast (tunneling)
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Ventajas y desventajas
Ventajas● Se ahorra ancho de banda● Disminuye la carga de los servidores
Desventajas● Distribución no confiable de los paquetes. No se puede usar TCP● Duplicación de paquetes, debida a errores de enrutamiento● Congestión. Las aplicaciones multicast no pueden implementar
un mecanismo de control como el de TCP.
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Es un protocolo específico para la gestión de grupos multicast.
Los nodos de una red local lo utilizan para notificar a los enrutadores multicast su entrada y salida de los grupos
Formato del mensaje IGMP:
dirección del grupo
tipo checksum
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91
0 1 2 3 4 5 6 7 8 92
0 130
tiempo máximode respuesta
● tipo: a) pregunta general o especial (0x11), b) informe de membresía (0x16) y c) salida (0x17)
● tiempo máximo: un valor tiempo (en decenas de segundos) en el que una petición será respondida.
Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol)
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Protocolo IGMP
Formato del mensaje IGMP:
dirección del grupo
tipo checksum
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91
0 1 2 3 4 5 6 7 8 92
0 130
tiempo máximode respuesta
tipo: a) pregunta general o
especial (0x11), b) informe de
membresía (0x16) c) salida (0x17)
Encapsulación:
● tiempo máximo: un valor tiempo (en decenas de segundos) en el que una
petición será respondida.
cabecerade trama área de datos de la trama
terminadorde la trama
cabecera IPTTL:1 área de datos IP
cabecera IGMP
datosIGMP
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Protocolo IGMP :: operación
Los enrutadores multicast utilizan IGMP para aprender las direcciones de los grupos con miembros en la sub-red
Un enrutador multicast mantiene una lista de grupos.
Cuando un nodo quiere entrar en un grupo envía un paquete de petición de suscripción. Si el nodo sabe que hay otros miembros activos no envía nada.
dirección del grupo
0x16 0
host o enrutador
petición para entrar en el grupo
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Protocolo IGMP :: salir de un grupo
Cuando un nodo quiere dejar un grupo, envía un mensaje de salida del grupo a 224.0.0.2 (todos los enrutadores multicast de la sub-red)
Cuando el enrutador interrogador recibe un mensaje de salida envía un mensaje de pertenencia a ese grupo para averiguar si queda algún nodo más, antes de abandonarlo él mismo.
dirección del grupo
0x17 0
petición para salir del grupo
dirección del grupo
0x11 100
comprobación especial de membresía
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Protocolo IGMP :: mantenimiento de grupos
0.0.0.0
0x11 100
comprobación general de membresía
Un enrutador (el interrogador) envía periódicamente mensajes IGMP de pertenencia a grupos a la dirección 224.0.0.1. (todos los nodos mcast)
Cuando un nodo recibe ese paquete inicia un temporizador aleatorio para cada uno de los grupos a los que pertenece.
Cuando el temporizador expira, envía un mensaje de pertenencia.
Si el enrutador no recibe ningún mensaje de pertenencia después de ese tiempo, elimina a su vez su suscripción al grupo.
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Diferencias con el enrutamiento unicast.● Entra un solo datagrama pero puede ser necesario generar
copias que saldrán por varios interfaces.● La tabla de enrutamiento es más compleja y más costosa de
mantener.
El datagrama unicast se enruta a través de un grafo, mientras que el multicast se enruta a través de un árbol.
Hay dos clases de árboles● Árbol con raíz en el origen del paquete● Árbol compartido
Enrutamiento Multicast
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Enrutamiento Multicast :: Árboles
Árbol con raíz en el origen
Árbol de núcleo
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Enrutamiento Multicast :: Árboles
Tipos de árboles● bidireccionales. ● unidireccionales.
Árbol de núcleo bidireccional
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Enrutamiento Multicast :: Árboles
Tipos de árboles● bidireccionales. ● unidireccionales.
Árbol de núcleo bidireccional
Árbol de núcleo unidireccional
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Enrutamiento Multicast
La mayoría de los protocolos de enrutamiento multicast utilizan la técnica RPF (Reverse Path Fordwarding), Reenvío por Ruta Inversa
La información de enrumatiento se puede obtener de la tabla de enrutamiento unicast o usar una especifica, como DVMRP (Distance Vector Multiple Routing Protocol)
La transmisión multicast se puede limitar de dos modos:● Con un umbral TTL● Utilizando direcciones con el prefijo 239.0.0.0/8 que no se
transmiten fuera de una red corporativa
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Enrutamiento Multicast
Tipos de protocolos:
de modo denso (DVMRP y PIM-DM): Asumen que en cada red existe, al menos, un receptor activo en cada grupo
de modo disperso (PIM-SM y CBT): En este caso, se asume que la mayoría de las redes no tiene ningún receptor para los grupos activos.
de estado de enlace (MOSPF): Es como los protocolos de modo denso, pero el método de actualización de las tablas está basado en OSPF.
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Enrutamiento Multicast :: Protocolos de modo denso
Utilizan la inundación y poda de ramas en la transmisión de paquetes a un grupo.Pasado un tiempo, un enrutador vuelve a enviar paquetes multicast de un grupo podado.Los enrutadores que han enviado un mensaje de poda, y desean volver a recibir paquetes del grupo podado, envían un mensaje “injerto”Utilizan árboles con raíz en el origen.
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Enrutamiento Multicast :: Protocolos de modo disperso
Usan árboles de núcleo.
Los enrutadores suponen que, por defecto, no ningún host interesado en ningún grupo multicast.
Cuando un enrutador tiene un nodo que pertenece a un grupo, envía una solicitud al enrutador siguiente con destino en la raíz del árbol del grupo.
Cuando un enrutador no tiene receptores de un grupo concreto, envía un mensaje de poda al siguiente enrutador hacia la raíz del árbol de ese grupo.
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Se recomienda repasar y profundizar el contenido de este tema utilizando (al menos) la siguiente bibliografía básica:
B.F. Transmisión de datos y redes de comunicaciones, cuarta edición 2007.● Sección 21.3 y 22.4.
Referencias
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