Transcript Multicasting

Multicast
컴퓨터 비젼 연구실
발표자 : 안 재 철
Introduction
Multidestination delivery techniques
IP Addressing Overview
IGMP(Internet Group Management Protocol)
Multicast
Multicast Routing Algorithms
MBONE, the Multicast Backbone.
Multidestination delivery techniques
Broadcast




The simplest “solution” for multidestination delivery
Every station on a LAN receives and processes a packet
which has been broadcast.
This solution is in adequate for all but the smallest
intranetworks
Broadcasts are limited in scope to the LAN on which they
were originally transmitted, but in some case broadcasts
can be forwarded across routers
Multidestination delivery techniques
157.2.0.0
157.3.0.0
IBM 호환
IBM 호환
라우터
157.3.255.255
IBM 호환
157.2.255.255
IBM 호환
Multidestination delivery techniques
Replicated unicast






A source sends a copy of the data to each receiver in turn
For solution ,all receivers must preregister with the sender,
Or the sender must be preconfigured with the receivers’
address
This solution may work for small number of recivers
LANs have only finite capacity to carry a number of some
given size packets per second.
I.e. require more packets, increase delays
Multidestination delivery techniques
F
C
G
B
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
라우터
라우터
라우터
라우터
라우터
IBM 호환
A
IBM 호환
호환
IBM
IBM 호환
D
IBM 호환
E
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
Multidestination delivery techniques
Network-layer multicast




This service enables a source to send a packet to a special
multicast IP destination “group address”
To deliver packets only to “interested” group members, the
end stations must communicate their group membership
interest to their local routers
No more than one copy of any given packet appears on
any subnetwork in the intranet
Multicast has clear advantage by using one multicast
scenario, when groups are increased.
Multidestination delivery techniques
F
C
G
B
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
라우터
라우터
라우터
라우터
라우터
IBM 호환
A
IBM 호환
호환
IBM
IBM 호환
D
IBM 호환
E
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IBM 호환
IP Addressing Overview
The IP address space




Class
Class
Class
Class
A
B
C
D
0.0.0.0
128.0.0.0
192.0.0.0
224.0.0.0
to
to
to
to
127.255.255.255
191.255.255.255
223.255.255.255
239.255.255.255
240
0 255
224
A
D
C
B
U nic a st
192
191
M u lt ic a st
U nsp e c ifie d
IP Addressing Overview
Modes of IP Packet Delivery




Unicast (one-to-one)
Boradcast(one-to-all)
 Limited broadcast
 Subnet-specific broadcast
 All-subnets broadcast
Anycast(one-to-nearest)
Multicast
 One-to-many
 Many-to-many
IP Addressing Overview
Reserved Multicast Addresses
Class D address starting with 224.0.0.x and 224.0.1.x
224.0.0.0 Base Address
224.0.0.1 All System on this subnet
224.0.0.2 All Routers on this subnet
224.0.0.3 Unassigned
224.0.0.4 DVMRP Router
224.0.0.5 OSPF All Routers
224.0.0.6 OSPF Designate
Routers
224.0.0.7 ST Routers
224.0.1.8
224.0.1.2
224.0.1.3
224.0.1.5

224.0.0.8
ST Hosts
224.0.0.9
RIP2 Routers
224.0.0.11 Mobile Agents
224.0.0.12 DHCP Server/Relay Agent
224.0.0.13 All PIM Routers
224.0.0.14 RSVP, ENCAPSULATION
224.0.0.15 All CBT Routers
224.0.0.16-224.0.0.255 Unsigned
NTP(Network Time Protocol)
SGI-Dogfight
rwhod
artificial horizons-aviator
224.0.1.20 any private experiment
224.0.1.21 DVMRP on MOSPF
224.0.1.22 SVRLOC
224.0.1.23 XINGTV
224.0.1.32 mtrace
IP Addressing Overview
Multicast Ethernet Address




Internet address(223.0.0.0-224.255.255.255) + 48bit
Ethernet address
The mapping is not unique.
ex)e0.80.40.20(224.128.64.32),e0.00.40.20(224.0.64.32)
01:00:5e:00:40:20 Multicast Ethernet Address
not used to form the Ethernet address
0
Class D
78
15 16
23 24
1110
23bits of multicast
group ID copied to Ethernet address
00000001 00000000
01011110 0
31
IP Addressing Overview
deliver
UDP
discard
deliver
IP
discard
deliver
device
driver
discard
deliver
discard
인터페이스 카드
 The mapping is not unique
 So, the interface card may receive
multicast frames in which the host is
really not interested
 It, implies that the device driver or
the IP module must peform filtering.
Multicast
Multicasting on a single physical network.






The sending process specifies a destination IP address
that is a multicast address, and send it
The receiving processes must notify their IP layers that they
want to receive datagrams destined for a given multicast
address, and the device driver must somehow enable
reception of these multicast frames.
This is called”joining a multicast group”
When we pass multicast packets through routers,
complications arise. I.e. extend multicasting beyond a
single physical network.
A protocol is needed for multicast routers to know if any
hosts on a given physical network belong to a given
multicast group
This protocol is called the Internet Group Management
Protocol(IGMP).
Multicast
Senders
Dense Mode Routing protocols
MRouter
Multicast
Routing
Protocol
DVMRP(Distance-Vector
Multicast Routing Protocol)
MRouter
MRouter
MOSPF(Multicast Extensions to
Open Shortest Path First)
Sparse Mode Routing protocols
Group
Membersip
Protocol
MRouter
MRouter
MRouter
join
Reveiver
Delivery Tree
Reveiver
Pruned Branch
join
Reveiver
PIM-SM(Protocol Independent
Multicast-sparse Mode)
CBT(Core-Based Trees)
Multicast Packet
IGMP(Internet Group Management Protocol)
Which is used by hosts and routers that support multicasting.
It lets all the systems on a physical network know which hosts
currently belong to which multicast groups
This information is required by multicast routers, so they know
which multicast datagrams to forward onto which interfaces.
IP datagram
IP
header
20bytes
IGMP
message
8bytes
Encapsulation of an IGMP message
within an IP datagram
 IGMP is considered part of
the IP layer
 IGMP has a fixed-size
message, with no optional data
IGMP(Internet Group Management Protocol)
IGMP Message
0
8byte
34
4-bit
IGMP
Version(1)
78
4-bit
IGMP
type(1-2)
15 16
(unused)
31
16-bit checksum
32-bit group address(class D IP address)
Format of fields in IGMP message
4-bit IGMP version : The IGMP version is 1
4-bit IGMP type(1-2) : 1 is a query sent by a multicast router
2 is a response sent by a host
Checksum : the same manner as the ICMP checksum
Group address : Class D IP address
IGMP(Internet Group Management Protocol)
Join to
224.1.2.2
호스트 A
2.Report
Join to
224.22.3.1
호스트 B
2.Report
1.Query
Group address Interface
224. 1.2.2
Ethernet 0
224.22.3.1
Ethernet 0
IGMP_Query
IGMP_Report
R
Multicast Routing Algorithms
Flooding
Spanning Tree
Reverse-Path Forwarding
RPF and Prunes
Steiner Trees
Core-Based Trees
Multicast Routing Algorithms
Flooding






This technique may work only in small networks.
Deliver multicast datagrams to all routers.
Each router checks the packets to determine whether or
not it has seen this particular packet before.
Looping is prevented by discarding packets the router has
seen before.
Each router doesn’t have to maintain a routing table
Inefficient use of router memory resources.(packet 정보)
Spanning Tree




Indicate Main center
Main center를 제외한 모든 노드들은 Main Center에서 자신까
지의 최적 경로를 계산.
그 경로만이 multicast에 사용된다.
Make loopless graph.
Multicast Routing Algorithms
Spanning Tree의 링크 설정
Reverse-Path Forwarding


Multicast packet을 수신한 Router 는 이 packet의 근원지 노
드 인터넷 어드레스를 라우팅 테이블에서 검색
If (Packet 수신 경로가 최적) then
 이 경로를 제외한 다른 모든 인접 경로에 Multicast packet을
전송
 RPF는 그룹의 목적지에 대한 정보가 전혀 없다.
 RPF는 그룹의 멤버 이외에도 packet가 전달되는 문제.
Multicast Routing Algorithms
RPF and Prunes





RPF에 그룹의 관리를 위한 초기 설정 절차를 추가
즉, 근원지 노드의 packet 을 전송하기 이전에 네트워크 전체
에 packet을 Flooding한다.
마지막 노드인 Router가 자신의 네트워크에 멤버가 하나도 존
재하지 않으면 Prune메시지를 전송
일정한 시간이 지나면 위의 두 단계를 다시 반복하게 된다.
Packet 전송은 RPF를 와 동일
단점

초기화 메시지가 네트워크 전체에 전달되는 단점.
Multicast Routing Algorithms
Steiner Tree


최적 경로와 빠른 전송보다는 네트워크의 자원 최소화를 전제
로 둔 알고리즘
즉, 그룹이 많아질 경우 네트워크의 최적화가 더 큰 관건이 될
것이라는 점에 착안한 알고리즘으로 최소의 링크사용으로 혼잡
의 위험을 최소화하는 것이 목적
Steiner Tree의 경로 배정

링크의 사용을 최소화하기 위해 C에서 D로가는 경로를 C에서
A로 가도록 구성
Multicast Routing Algorithms
Core-Based Trees



RPF의 단점인 전체 네트워크로의 초기화 패킷 전송과 그룹과
근원지 당 하나의 Prune정보를 유지해야 하는 단점을 보환하기
위한 경로 배정
RPF and Prune은 각 라우터가 모든 그룹과 근원지당 하나의
정보를 유지해야 하는 반면, CBT는 근원지가 Core로 일정하므
로 그룹당 정보만 유지하면 된다.
Request
 A host wants to join a multicast group issues an IGMP
Host Membership Report. This message informs its local
CBT-aware router(s). Upon receipt of an IGMP Host
Membership Report for a new group, the local CBT router
issues a JOIN-REQUEST hop by hop toward the group’s
core
Multicast Routing Algorithms

Ack
 If the JOIN_REQUEST encounters a router which is already
on the group’s shared tree before it reaches the core
router, that router issues a JOIN_ACK hop by hop
backtoward the sending router
Multicast Routing Algorithms
Multicast Routing Algorithms
MBONE
MBONE 이란?




D class를 이용하고 있는 IP Multicast Packet의 Routing을 지
원하도록 하는 실제적인 Internet의 기능적이자 구조적인 부분
현 Router의 문제점
 현재 Internet을 구성하고 있는 대부분의 Router들이 Multicast
Packet을 Routing하는 능력이 없다.
Tunnel
 Ethernet과 같은 Multicast LAN들의 고립된 망들이 'tunel’이라
부르는 virtual point to point link에 의해 연결되어 있는 구조
를 이용.
 tunnel의 끝점은 IP Multicast를 지원하고 ‘mrouted’ 라는
routing daemon을 가지고 있는 workstation급의 기계들이 처
리하고 있다.
현재 13개국 400여곳에서 Multicast application을 사용하거나
연구중에 있음(서울대, 카이스트, 포항공대)
MBONE
IGMP



즉 IP Multicast를 지원하는 workstation들은 자신들에게 유일
하게 지정된 주소 이외의 Multicast 그룹주소를 이용하여 정보
를 주고 받는다
이러한 과정에서 하나의 host가 어떤 group을 새로 형성하거
나 이에 속하고자 할때 주고 받아야 하는방식을 규정한
protocol이 IGMP 이다.
이렇게 구성된 Multicast groups을 표시해주는 도구가
SD(session display)
Mrouter(multicast router)


Session정보를 주기적으로 주고 받는 역할
Group 및 group membership의 정보
MBONE
Multicast stream 전송


Unicast packet으로 감싸 목적지 LAN 까지 mrouter들끼리 형
성한 virtual network을 따라 정상적인 IP packet처럼 전송하는
방식을 사용(unique한 IP address로 감싸 전송)
목적지 mrouter에 이르게 되면 IP header가 제거되고 local
LAN상의 host에 multicast 정보가 전달.
문제점


Tunnel의 설정은 수동적이다. 망 확장에 따른 관리 부담이 크
다.
유연성 있는 망의 구성을 위해 routing을 고려하자.
MBONE
MROUTER(multicast router)


대부분의 mrouter은 DVMRP라는 routing protocol을 지원/구
현하고 있다. DVMRP는 RIP와 같은 DVRP을 통해 MBONE의
구성 정보를 교환/유지하고, TRPB(Truncated Reverse Path
Broadcasting)이라는 Multicast Forwarding algorithm을 사용
한다.
MBONE의 형태는 기존의 망 형태와 유사하게 유연성을 가진다
문제점



망의 변화를 빠르게 포착하여 반영하지 못한다.
불필요한 구성 정보의 교환으로 대역폭을 낭비한다.
망의 확장에 따른 관리나 성능의 문제점.
Multicast Routing Protocols
문제점 해결방안

하드웨어 기반의 라우팅 방법이 제시
Multicast에 관련된 2개의 IETF Working Group


Multicast OSPF Working Group
 OSPF Protocol의 Multicast 버젼인 MOSPF의 제안
 제안된 크기의 Network에서 Multicast packet의 Routing 능력
을 제공하고자 함
Inter-Domain Multicast Routing Working Group
 PIM(Protocol-Independent Multicast) Protocol의 제안
장점



 전용 통신 장비인 라우터에서 구현함.
workstation 기반의 복잡한 tunnel을 형성하지 않아도 됨
빠른 응답 시간.
Multicast Routing Protocols
두 규정의 현실적 한계


전체 Internet의 모든 라우터가 multicast routing능력을 가지고
있지 않는다.
이로 인해 DVMRP와의 호환성을 보장한다.
참고 서적
Internetworking with tcp/ip, Douglase, Comer
Tcp/Ip illustrated, volume 1, W.Richard Stevens
Deploying IP Multicast In the Enterprise, Thomas A.
Maufer
마스터링 TCP/IP, 이도희 번역