Sistemas Telem

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Sistemas Telemáticos

• Trabalho Prático 3
• Grupo de Comunicações por Computador
• Departamento de Informática
• Universidade do Minho

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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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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
• 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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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
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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...

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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

Módulos dos protocolos das camadas superiores
Interface de Serviços IP extendida (
JoinHostGroup e LeaveHostGroup
IGMP
ICMP
Módulo IP
Interface com a rede local
Mapeamento (ex ARP)
Módulo Rede Local (ex Ethernet)
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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 utilização limitada
  administrativamente
• 239.0.0.0239.255.255.255
• 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
  !!!

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

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

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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 (Reverse Shortest Path
  Trees)
• Notação (S, G) com S source e G Grupo

S1
RP
R
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

S1
RP
R
R
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)

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
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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
• Estratégia 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
Multicast island
Multicast island
IP datagram
IP datagram
IP in IP
IP datagram
A
B
Tunnel
Tunnel
Router A
Router B
Tunnel
Multicast island