Comunicação Multicast e Provisão de QoS para Aplicações Multimídia

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Redes de Computadores II

Comunicação Multicast e Provisão de QoS

para Aplicações Multimídia

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

debora@midiacom.uff.br

Departamento de Ciência da Computação - UFF

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2

Multicast e QoS

Comunicação Multicast Garantia de QoS

•

Mecanismos de escalonamento e policiamento QoS em Redes IP

•

Serviços Integrados e Diferenciados

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Comunicação Multicast

Comunicação de grupo

• corresponde à troca de dados de diferentes mídias entre múltiplas entidades.

• unidades de dados idênticas de um ou mais transmissores devem ser transmitidas para um grupo de receptores.

Casos particulares

• Unicast pode ser definido como um caso particular de

multicast, onde existe apenas um transmissor e um receptor, caracterizando assim uma comunicação ponto-a-ponto.

• Transmissão por difusão (broadcast) é um outro caso

particular, quando temos uma transmissão para todos os participantes do sistema

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4

Serviço Multicast

Transmissor não precisa ser membro do grupo (grupo aberto <> grupo fechado)

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Comunicação Multicast

A arquitetura genérica de um serviço de multicast pode ser dividida em duas partes:

• gerenciamento de grupo

– gerenciamento de grupo diz respeito a todas as ações relacionadas a composição do grupo

• manipulação de informações sobre os seus participantes e o controle sobre a entrada e saída de participantes ao grupo.

• construção de uma infraestrutura de distribuição.

– relacionada à forma de coordenação de recursos de forma a tentar minimizar as replicações desnecessárias de mensagens.

• Protocolos de roteamento são responsáveis por grande parte desse trabalho

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6

Gerenciamento de grupo

Um grupo é definido como um subconjunto de usuários para o qual é possível a transmissão de mensagens

•

várias entidades são representadas por nome e endereço únicos

–

Endereço multicast

A existência de um grupo é independente de

haver troca de informação

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Gerenciamento de Grupos

Distribuído:

• Informações e controle dos grupos estão distribuídos pelo sistema de comunicação

– Ex.: IGMP – IP Multicast

Centralizado:

• Existe a figura de um gerenciador de grupo centralizado, que controla todas as atividades de gerenciamento do grupo

– Ex.: MARS – IPOA

Primitivas:

• Criação - Create

• Destruição - Destroy

• Adesão - Join

• Abandono - Leave

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9

Transmissão Multicast

Resolução de Endereços

Construção da infraestrutura de distribuição e

roteamento

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Transmissão Multicast

Resolução de Endereços

• Realiza o mapeamento entre um endereço de nível N para um ou mais endereços de nível N-1

– Mapeamento direto

– Protocolo de resolução

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11

Exemplo de Resolução de Endereços

Mapeamento Direto

•

Ex.: tradução de endereço IP multicast (Classe D) para endereço MAC (Ethernet)

Endereço MAC multicast

Começa com 01:00:5E

Últimos 23 bits do endereço IP são mapeados no endereço MAC

(11)

Mapeamento IP multicast => MAC

32 endereços IP multicast diferentes mapeiam

para o mesmo endereço MAC multicast

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13

Modelo de Serviço IP Multicast

receptor (G_A)

Inter-redes Fonte

receptor (G_A) IGMP

receptor (G_A) receptor (G_B) receptor (G_B)

IGMP

Gerenciamento de Grupo Gerenciamento

de Grupo

Protocolo de Roteamento

Gerenciamento de grupo Gerenciamento

de grupo

Protocolo de roteamento

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Roteamento Multicast

Problema de Roteamento Multicast G=(V,E)

• V conjunto de vértices

• E conjunto de enlaces

M subconjunto de V

• Inclui fontes e receptores do grupo multicast

Problema: construir uma, ou várias, topologias de

interconexão, árvores, que incluem todos os nós em M

• Árvore por fonte (source-based tree)

• Árvore compartilhada (shared tree)

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19

Roteamento Multicast

Árvore geradora

•

Nenhum pacote redundante recebido por nenhum nó

•

Nós encaminham cópias somente ao longo da árvore geradora

A

B

G E D

c

F

A

B

G D E

c

F

(a) Broadcast iniciado em A (b) Broadcast iniciado em D

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Achar uma árvore (ou árvores) conectando todos os roteadores com membros locais do grupo multicast Árvore

•

Nem todos os caminhos entre roteadores são usados

•

Baseada na fonte

–

Árvore distinta de cada fonte para receptores

•

Compartilhada

–

Mesma árvore usada por todos os membros do grupo

Roteamento Multicast

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22

Algumas Soluções

Árvores de cobertura (spanning trees) Algoritmo de inundação

Árvores RPF (Reverse Path Forwarding)

Árvores centradas

(17)

Spanning Tree

H A

B C

D

F E

G

I

J

H A

B C

D

F E

G

I

J

Spanning Tree

(18)

24

Flooding

A

B

C

D E

F

H

* A

(19)

Reverse Path Forwarding

H A

B C

D

F E

G

I

J

! Um nó só propaga o pacote de difusão recebido de um nó X, se o pacote chegar pela linha que o nó utilizaria para transmitir dados para o nó X, caso contrário, o pacote é descartado como sendo duplicata.

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26

Reverse Path Forwarding

H A

B C

D

F E

G

I

J

H A

B C

D

F E

G

I

J

Spanning Tree

(21)

Reverse Path Forwarding

H A

B C

D

F E

G

I

J

F

B D E H I

(22)

28

Reverse Path Forwarding

H A

B C

D

F E

G

I

J

F

B D E H I

A C I A G J J D J

(23)

Reverse Path Forwarding

H A

B C

D

F E

G

I

J

F

B D E H I

A C I A G J J D

E A J E G I

C

J

(24)

35

Árvores Centradas

Construída a partir de um nó central (core) Compartilhada por diversas fontes

•

Diversas fontes utilizam o mesmo nó central

•

“Pedidos de conexão” são enviados ao nó central

(25)

Árvores Centradas

receptor Fonte

receptor receptor

(26)

37

Protocolos de Roteamento

Árvore de distribuição multicast

•

Por Fonte

•

Compartilhadas

–

Nó central

Mecanismos de construção

•

Inundação-e-poda

•

Inscrição explícita

(27)

Protocolos de Roteamento

Inundação-e-poda

dados (S,G) poda (S,G)

(28)

39

Protocolos de Roteamento

Inscrição explícita – ponto central

dados (*,G) registro (S,RP)

inscrição (*,G)

(29)

Protocolos de Roteamento

Inscrição explícita – fonte

dados (S,G) inscrição (S,G)

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Roteamento Multicast Intradomínio

DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol)

• Primeiro protocolo utilizado no MBone

– Backbone experimental para tráfego multicast

• Início dos anos 90

• Source-based tree (inundação e poda)

MOSPF (Multicast Open Shortest Path First)

• Source-based tree

CBT (Core-Based Trees)

• shared tree

PIM (Protocol Independent Multicast)

• PIM-DM (PIM Dense-Mode) – source-based tree (inundação e poda)

• PIM-SM (PIM Sparse Mode) – shared tree (RP por grupo)

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Roteamento Multicast Interdomínio

Border Gateway Multicast Protocol (BGMP)

•

RFC 3913

Projeto semelhante ao BGP

•

“Anuncio as rotas que me interessam anunciar”

•

Comunicação Multicast e Provisão de QoS para Aplicações Multimídia

Comunicação Multicast e Provisão de QoS

para Aplicações Multimídia

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

debora@midiacom.uff.br

Multicast e QoS

Comunicação Multicast Garantia de QoS

Mecanismos de escalonamento e policiamento QoS em Redes IP

Serviços Integrados e Diferenciados

Comunicação Multicast

Comunicação de grupo

Casos particulares

Serviço Multicast

Comunicação Multicast

A arquitetura genérica de um serviço de multicast pode ser dividida em duas partes:

Gerenciamento de grupo

Um grupo é definido como um subconjunto de usuários para o qual é possível a transmissão de mensagens

várias entidades são representadas por nome e endereço únicos

Endereço multicast

A existência de um grupo é independente de

haver troca de informação

Gerenciamento de Grupos

Distribuído:

Centralizado:

Primitivas:

Transmissão Multicast

Resolução de Endereços

Construção da infraestrutura de distribuição e

roteamento

Transmissão Multicast

Resolução de Endereços

Exemplo de Resolução de Endereços

Mapeamento Direto

Ex.: tradução de endereço IP multicast (Classe D) para endereço MAC (Ethernet)

Endereço MAC multicast

Mapeamento IP multicast => MAC

32 endereços IP multicast diferentes mapeiam

para o mesmo endereço MAC multicast

Modelo de Serviço IP Multicast

Roteamento Multicast

Problema de Roteamento Multicast G=(V,E)

M subconjunto de V

Problema: construir uma, ou várias, topologias de

interconexão, árvores, que incluem todos os nós em M

Roteamento Multicast

Árvore geradora

Nenhum pacote redundante recebido por nenhum nó

Nós encaminham cópias somente ao longo da árvore geradora

Meta

Achar uma árvore (ou árvores) conectando todos os roteadores com membros locais do grupo multicast Árvore

Nem todos os caminhos entre roteadores são usados

Baseada na fonte

Árvore distinta de cada fonte para receptores

Compartilhada

Mesma árvore usada por todos os membros do grupo

Roteamento Multicast

Algumas Soluções

Árvores de cobertura (spanning trees) Algoritmo de inundação

Árvores RPF (Reverse Path Forwarding)

Árvores centradas

Spanning Tree

Flooding

Reverse Path Forwarding

Reverse Path Forwarding

Reverse Path Forwarding

Reverse Path Forwarding

Reverse Path Forwarding

Árvores Centradas

Construída a partir de um nó central (core) Compartilhada por diversas fontes

Diversas fontes utilizam o mesmo nó central

“Pedidos de conexão” são enviados ao nó central

Árvores Centradas

Protocolos de Roteamento

Árvore de distribuição multicast

Por Fonte

Compartilhadas

Nó central

Mecanismos de construção

Inundação-e-poda

Inscrição explícita