Групповое вещание Multicasting

Источник группового трафика
- узел, не принадлежащий группе
- узел, принадлежащий группе
Маршрут распространения
Постановка задачи

Принципы группового вещания
(Steve Deering в 1988 г.)
Источник посылает пакеты в любое время по групповому адресу (класс D - 224.0.0.0 и выше) по протоколу UDP
Открытые группы
- Источник не должен знать состав группы
- Источник не обязательно принадлежит к группе
- Группа может быть образована узлами разных подсетей
Динамические группы
- Узлы могут присоединяться или покидать группы без регистрации или переговоров с централизованным элементом управления группового вещания

Магистраль MBONE
Появилась в 1992 году
Объединяла 20 сетей с помощью туннелирования группового трафика – mrouted
В конечной точке туннеля пакет распространялся широковещательно

Формат группового адреса (multicast)
1
1
1
0
Идентификатор группы (ID) – 28 бит
Адреса класса D

Постоянные группы (permanent host groups) имеют зарезервированные (well known) идентификаторы:
224.0.0.1 – все узлы данной сети
224.0.0.2 - группа, в которую входят все маршрутизаторы в сети,
224.0.1.7 - группа получателей аудио-новостей.
224.0.1.9 – все маршрутизаторы RIPv2
… - определены в RFC1700 – Assigned Numbers

Область действия группового адреса (scope) ограничивается TTL
Например, TTL=3 - адрес может пересечь 2 маршрутизатора
Групповой адрес определяет не узел, а сервис – аналог порта UDP/TCP

Отображение
групповых адресов IP на групповые адреса Ethernet
От 00:00:5e:00:00:00 до 00:00:5e:ff:ff:ff
блок MAC-адресов, закрепленных за IANA.
От 00:00:5e:00:00:00 до 00:00:5e:7f:ff:ff -
половина из них отведена для групповой адресации.
Поскольку 01- признак группового MAC- адреса, имеем следующий диапазон для отображения групповых IP-адресов:
от 01:00:5e:00:00:00 до 01:00:5e:7f:ff:ff

0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 1 1 1 1 0
0
Младшие 23 бита номера группы
IP-multicast
Ethernet-multicast
5 бит
01
5e
224.128.64.32 (11100000 10000000 01000000 00100000) и 224.0.64.32 (11100000 00000000 01000000 00100000)
отображаются на один и тот же MAC-адрес (Какой?)
01:00:5е:00:40:20

Решение проблемы неоднозначности:
Сетевой интерфейс может принять не предназначенный ему кадр
2. Модуль IP проверяет адрес, указанный в заголовке IP, сравнивая его с собственным групповым адресом
3. Даже при такой избыточности групповая адресация намного эффективнее широковещания.

Протоколы группового вещания
IGMP
DVMRP, MOSPF, PIM

Internet Group Management Protocol
(IGMP)
Позволяет маршрутизатору выяснить, есть ли в его подсетях члены групп:
Маршрутизатор периодически рассылает сообщения
Host Membership Query (HMQ) с нулевым адресом группы
Узлы отвечают сообщениями Host Membership Replay (HMR), указывая групповой адрес, по которому они хотят получать пакеты

Distance-Vector Multicast Routing Protocol
DVMRP
Источник группового трафика
1. Маршрутизаторы обмениваются векторами расстояний
до сетей, как и в RIP
2. При приеме пакета с multicast-адресом определяется
получен ли он с «корневого» порта - Reverse Path Forwarding Port (RPF) - если нет, то пакет отбрасывается - исключаются петли
RPF-порт
Не RPF-порт
Задача - найти покрывающее дерево с вершиной в источнике

Distance-Vector Multicast Routing Protocol
DVMRP
Источник группового трафика
3. Пакет, принятый с RFP-порта, распространяется на все порты - затопление сети
4. Тупиковый маршрутизатор, не имеющий в локальной сети членов группы, посылает через RFP-порт сообщение prune - усечение дерева
RPF-порт
Не RPF-порт
prune
5. Все маршрутизаторы посылают сообщение prune на не RFP-порты
В сети устанавливается покрывающее дерево

Недостатки DVMRP
Эффективно работает в «плотно» населенных multicast-группами сетях (dense mode)
Маршрутизатор должен хранить большое количество информации - пропорционально количеству источников - для каждого источника свое дерево!
В разряженных сетях (sparse mode) протокол DVMRP порождает много избыточного трафика:
- за счет затопления сети на этапе существования неусеченного дерева
- за счет служебного трафика DV, требуемого для построения таблицы маршрутизации (протокол работает назависимо от протоколов обычной маршрутизации)

Протокол MOSPF
Multicast Extensions to OSPF, RFC 1584
1. Каждый маршрутизатор выясняет по IGMP членство в группах в непосредственно присоединенных сетях
2. Эта информация рассылается в специальных объявлениях Group Membership - состояние членства
3. Каждый маршрутизатор находит дерево кратчайших маршрутов от себя до членов каждой группы – тот же недостаток, что и у DVMPR: для каждой группы своя таблица маршрутизации
4. При изменении членства в группе маршрутизатор сразу же делает объявление о новом состоянии членства
Относится к классу Sparse Mode протоколов

Protocol Independent Multicast - Sparse Mode
(PIM-SM)
Источник группового трафика
Разделяемое дерево для всех источников одной группы (или нескольких)
RP
Для определенной группы или нескольких групп назначается Rendezvous Point - связной маршрутизатор

Построение разделяемого дерева по PIM-SM
1. C помощью специального протокола между маршрутизаторами распространяется информация о том, по какому уникальному IP-адресу находится RP, обслуживающий данный групповой адрес
2. Каждый маршрутизатор-получатель (у которого есть подсети с членами группы) посылает по адресу RP сообщение joint о присоединении к разделяемому дереву
3. Вдоль пути joint маршрутизаторы фиксируют состояние продвижения группового адреса
4. Любой источник для группы посылает RP по уникальному адресу первые пакеты, инкапсулированные в сообщение регистрации
5. RP посылает источнику сообщение joint, после чего источник начинает посылать пакеты по групповому адресу - его присоединили к дереву

Развитие междоменного группового вещания
1. MBGP – BGP Multiprotocol Extensions
Сам по себе MBGP недостаточен – он только объявляет о наличии в AS получателей группового адреса – нужен протокол построения дерева вещания

Проблемы MBGP:
В какой AS размещать точку встречи?
Как уведомить получателей одной AS о существовании источника в другой AS? – MBGP не переносит эту информацию
MBGP узнает о наличии в домене получателей определенной группы по протоколу PIM-SM

Новый дополнительный протокол –
Multicast Source Discovery Protocol, MSDP
+ PIM SP внутри AS

1. Когда новый источник для группы становится активным, он регистрируется в точке RP домена по PIM.
2. Протокол MSDP, работающий в данном домене, обнаруживает возникновение нового активного источника и посылает сообщение «Источник активен» (Source Active, SA) всем узлам MSDP, с которыми у него сконфигурировано одноранговое TCP-соединение.
3. Сообщение SA затем периодически повторяется
4. MSDP-партнеры, которые получают сообщение SA, выполняют одноранговую RPF-проверку – не зациклилось ли SA – на основе данных MBGP
5. Внутри домена MSDP-партнер, который является точкой RP, проверяет, есть ли у него данные о членах группы в домене.
6. Если такие данные есть, то RP посылает сообщение протокола PIM о присоединении по адресу источника, объявленному в сообщении SA
7. Сообщение о присоединении проходит обратный путь до источника, используя междоменные пути, определяемые с помощью протокола MBGP, и фиксируя в маршрутизаторах состояние продвижения для данного группового адреса
. 8. Как только обратный путь продвижения установлен, точки RP начинают продвигать данные, в том числе и между доменами.

Недостатки подхода MBGP/PIM/MSDP
Громоздкое решение – 3 протокола
Возникают задержки присоединения, поскольку сообщения SA распространяеются периодически
Большой объем служебного трафика между доменами – MSDP работает по принципу начального затопления, как DVMPR, только между доменами