Part I: Introduction

1
IP Multicast o que é?

• RFC 1112

IP multicasting is the transmission of an IP
datagram to a host group, a set of zero or more
hosts identified by a single IP destination
2
IP Multicast o que é?

• Grupo multicast (endereço IP classe D)
• Vinculação dinâmica de fontes e receptores
• Duplicação de fluxos na camada de rede

3
Multicast versus Unicast
Unicast
Links
Streams
4
Multicast versus Unicast
Multicast
Links
Streams
5
Vantagens com Multicast

• Escalabilidade sem duplicação de fluxos
• Redução de congestionamentos
• Melhor utilização de banda

• Suporte estrutural e eficiente a aplicações
  distribuídas
• Modelo consistente de distribuição de conteúdo

6
Desvantagens com Multicast
Multicast é baseado em UDP

• Entrega de pacotes no estilo best effort
• Sem mecanismo de controle de fluxo
• Duplicação de pacotes
• Sem mecanismos de ordenamento de pacotes

7
Multicast - Aplicações
Multicast enables coordination - it is well
suited to loosely coupled distributed systems (of
people, servers, databases, processes, devices
...)
RFC 3170
8
Multicast - Aplicações

• Conferências multimídia
• Distribuição de dados
• Multicast de dados em tempo real
• Simulações e Games

9
Multicast - Aplicações

• Um-para-muitos (1toM)
• distribuição programada de áudio/vídeo
• push media notícias, clima, esportes, etc.
• distribuição de arquivos e caching
• anúncios
• monitoração

10
Multicast - Aplicações

• Muitos-para-muitos (MtoM)
• conferências multimídia
• processamento distribuído
• jogos com múltiplos jogadores
• colaboração

11
Multicast - Endereçamento

• Endereços Classe D primeiros 4 bits do endereço
  devem ser 1110
• 224.0.0.0 - 239.255.255.255
• Para associar um host ao um grupo multicast (
  end. multicast) usa-se o protocolo IGMP entre
  host e roteador.

12
Roteamento multicast indicação do problema

• Objetivo encontrar uma árvore (ou árvores)
  conectando roteadores que possuam membros de
  grupo multicast local
• ? Árvore não são todos os caminhos entre os
  roteadores usados
• ? Baseada na fonte uma árvore diferente de cada
  transmissor para os receptores
• ? Árvore compartilhada a mesma árvore é usada
  por todos o membros do grupo

13
Roteamento multicast indicação do problema(2)
14
Métodos para construir multicast trees

• Métodos
• ? Árvore baseada na fonte uma árvore por origem
• ? Shortest path trees
• ? Repasse pelo caminho reverso
• ? Árvore compartilhada pelo grupo grupo usa uma
  árvore
• ? Minimal spanning (Steiner)
• ? Center-based trees

15
Shortest Path Tree

• ? mcast forwarding tree árvore de rotas de
  caminho mais curto da origem para todos os
  receptores
• ? Algoritmo de Dijkstra

S source
LEGENDA
R1
R4
roteador com membro de grupo anexado
R2
roteador sem nenhum membro de grupo anexado
R5
link usado para encaminhamento, i indica link de
ordem adicionado por algoritmo
R3
R7
R6
16
Reverse Path Forwarding
? Baseia-se no conhecimento dos roteadores sobre
caminhos de unicast mais curtos dele até o
transmissor ? Cada roteador possui comportamento
de encaminhamento simples

• if (datagrama mcast recebido no link de entrada
  do menor caminho de retorno à origem)
• then dispara datagramas para todos os links de
  saída
• else ignora datagrama

17
Reverse Path Forwarding exemplo
S source
LEGENDA
R1
R4
roteador com membro de grupo anexado
R2
roteador sem nenhum membro de grupo anexado
R5
datagrama será encaminhado
R3
R7
R6
datagrama não será encaminhado
? Resultado é um reverse SPT de origem
específica. ? Pode ser uma má escolha com links
assimétricos
18
Reverse Path Forwarding pruning

• ? Árvores de encaminhamento contêm subárvores com
  membros de grupo sem multicast
• ? Não necessita encaminhar datagramas por
  subárvores abaixo
• ? Mensagens prune são enviadas por upstream
  pelo roteador com membros de grupo sem nenhum
  downstream

LEGENDA
S source
R1
roteador com membro de grupo anexado
R4
roteador sem nenhum membro de grupo anexado
R2
P
P
R5
mensagem prune
links com encaminhamento multicast
P
R3
R7
R6
19
Shared-Tree Steiner Tree

• ? Steiner Tree árvore de custo mínimo conectando
  todos os roteadores com membros de grupo anexados
• ? Problema é NP-completo
• ? Existe uma heurística excelente
• ? Não é usado na prática
• ? Complexidade computacional
• ? Informação sobre toda a rede é necessária
• ? Monolítica reexecuta sempre que um roteador
  precisa se juntar/deixar.

20
Center-based trees

• ? Única árvore de entrega compartilhada por todos
• ? Um roteador é identificado como centro da
  árvore
• para se juntar
• ? Roteador de borda envia uma join-msg unicast
  endereçada ao roteador de centro
• ? join-msg processada pelos roteadores
  intermediários e encaminhada rumo ao centro
• ? join-msg ou encontra um ramo da árvore para
  seu centro, ou chega até o centro
• ? O caminho tomado pela join-msg torna-se um
  novo ramo da árvore para esse roteador

21
Center-based trees um exemplo
Suponha que R6 foi escolhido como centro
LEGENDA
R1
roteador com membro de grupo anexado
R4
3
roteador sem nenhum membro de grupo anexado
R2
2
1
R5
ordem de caminho onde são geradas mensagens join
R3
1
R7
R6
22
Tunelamento

• P. Como conectar ilhas de roteadores multicast
  num mar de roteadores unicast?

topologia lógica
topologia física
? Datagrama mcast encapsulado dentro de um
datagrama normal (sem endereço mcast) ? O
datagrama IP normal é enviado pelo túnel via
unicast IP regular para o roteador mcast
receptor ? O roteador mcast receptor desencapsula
para obter o datagrama mcast
23
Endereço Anycast

• Um único endereço IP atribuído a várias
  interfaces espalhadas numa rede
• Datagrama destinado a um endereço anycast é
  entregue em apenas uma interface
• Prefixo anunciado (IGP BGP) a partir de
  múltiplas origens
• Interface de destino determinada a partir dos
  protocolos de roteamento (mais próxima)
• Potencialmente útil para a criação de sistemas de
  alta disponibilidade

24
Endereço Anycast (2)

• Exemplo de uso DNS root-servers
• Redução no retardo das requisições para
  root-servers
• Melhor balanceamento da carga
• Escalabilidade e disponibilidade
• Serviço com mais imunidade a ataques de DDOS
• Sistema Autônomo é formado por ilhas - não há
  rede interna interligando os roteadores de
  borda!!!

25
IPv6

• Motivação inicial o espaço de endereços de
  32-bits em processo de esgotamento.
• Motivações adicionais
• melhorar o formato do header para permitir maior
  velocidade de processamento e de transmissão
• mudanças no header para incorporar mecanismos de
  controle de QOS
• necessidade de maior simplicidade para
  renumeração e autoconfiguração
• IPv6 formato dos datagramas
• cabeçalho fixo de 40 bytes
• não é permitida fragmentação

26
IPv6 Header
27
IPv6 Header (2)
Priority permitir definir prioridades
diferenciadas para vários fluxos
de informação Flow Label identifica datagramas
do mesmo fluxo. (conceito de
fluxo não é bem definido). Next header
identifica o protocolo da camada superior ou um
header auxiliar
28
Formato do endereço IPv6
29
Formato do endereço Ipv6 (2)
30
Outras mudanças do IPv4

• Checksum removido inteiramente para reduzir o
  tempo de processamento em cada hop
• Options são permitidas, mas são alocadas em
  cabeçalhos suplementares, indicados pelo campo
  Next Header
• ICMPv6 nova versão de ICMP
• tipos de mensagens adicionais , ex. Packet Too
  Big
• funções de gerenciamento de grupos multicast
• SLAAC e NDP Stateless Address AutoConfiguration
  usando Neighbor Discovery Protocol (fe80/64)

31
Transição do IPv4 para IPv6

• Nem todos os roteadores poderão ser atualizados
  simultaneamente
• não haverá um dia da virada universal
• A rede deverá operar com os dois tipos de
  datagramas simultaneamente presentes
• Duas abordagens propostas
• Dual Stack algusn roteadores com pilhas de
  protocolos duais (v6, v4) podem trocar pacotes
  nos dois formatos e traduzir de um formato para o
  outro
• Tunneling IPv6 transportado dentro de pacotes
  IPv4 entre roteadores IPv4

32
Dual Stack Approach
33
Tunneling
IPv6 dentro do IPv4 onde necessário
34
Update da ARIN sobre IPv6

• IPv4 status, free pool da IANA terminou!
• Quando sobraram apenas cinco /8's, foi um /8
  para cada RIR
• Alocações de IPv6 crescem exponencialmente
• APNIC já está usando seu último /8
• Previsão de esgotamento das faixas livres da
  LACNIC em 2014