Multicast (Multidiffusion) Tuyêt Trâm DANG NGOC

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1 Réseaux avancés Multicast (Multidiffusion) Tuyêt Trâm DANG NGOC basé sur le support de cours de Pierre David, maître de conférences à l université de Strasbourg. Université de Cergy-Pontoise Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 1 / 62

2 Plan 1 Introduction 2 Les principes du Multicast Adressage Multicast Groupes Appartenance aux groupes Diffusion 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Protocoles Protocoles en mode clairsemé (dense mode) Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) 6 Les tunnels 7 Programmation Multicast 8 Crédits Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 2 / 62

3 Introduction 1 Introduction 2 Les principes du Multicast 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast 6 Les tunnels 7 Programmation Multicast 8 Crédits Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 3 / 62

4 Introduction Diffusion : une analogie avec une annonce publicitaire ciblée : ) Publicité dans un prospectus distribué à chaque personne n messages diffusés à n personnes. (unicast) $ $ $ : ) : ) Publicité sur une grand panneau implanté dans le quartier : ) : ) : ) Publicité sur une chaine de télévision - coût de n envois (par la poste) - maintenir la base des inscrits + message vu que par les personnes intéressées. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 4 / 62

5 Introduction Diffusion : une analogie avec une annonce publicitaire ciblée : ) Publicité dans un prospectus distribué à chaque personne Publicité sur une grand panneau implanté dans le quartier 1 seul message diffusé. Toutes les n personnes du quartier et elles seulement verront le message. (broadcast) Publicité sur une chaine de télévision = ( = ( : ) + coût d un seul envoi (sur le panneau) - limité par quartier : ( : ( - message vu par des personnes non intéressés. = ( = ( Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 4 / 62

6 Introduction Diffusion : une analogie avec une annonce publicitaire ciblée : ) Publicité dans un prospectus distribué à chaque personne Publicité sur une grand panneau implanté dans le quartier Publicité sur une chaine de télévision 1 seul message diffusé. Seules les m personnes regardant cette chaine (abonnées) verront le message. (multicast) : ) : ) : ) + coût d un seul envoi (sur les ondes) + pas de limite, peut éventuellement être circonscrite (chaine régionale, nationale, internationale) + message vu que par les personnes intéressés. : ) : ) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 4 / 62

7 Introduction Modes de transmission Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 5 / 62

8 Introduction Modes de transmission Transmission unicast : vers un seul destinataire Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 5 / 62

9 Introduction Modes de transmission Transmission broadcast : vers tous les équipements du LAN (le broadcast ne franchit pas les routeurs!!! ) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 5 / 62

10 Introduction Modes de transmission Transmission multicast : vers tous ceux qui appartiennent au même groupe multicast (qui se sont abonnés à ce groupe) Multicast émettre un datagramme vers plusieurs destinations en une seule opération. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 5 / 62

11 Introduction Applications du Multicast support de nouveaux types d applications : Exemples : visio-conférence diffusion d informations en continu (streams, ex : webradios, télévisions...) travail collaboratif (tableau blanc, édition de texte partagée, etc.) jeux en réseau rationaliser des trafics lourds Exemple : diffusion des news redondance et simplicité de configuration Exemple : désigner tous les routeurs situés sur un réseau sans connaître leur adresse précise (utilisé dans OSPF). Dans tous les cas : communication 1 n, ou n n Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 6 / 62

12 Les principes du Multicast 7 Programmation Multicast Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 7 / 62 1 Introduction 2 Les principes du Multicast Adressage Multicast Groupes Appartenance aux groupes Diffusion 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast 6 Les tunnels

13 Les principes du Multicast Problématiques posées par le multicast 1 comment nommer les destinataires? notion d adresse de groupe multicast 2 comment diffuser sur un réseau Ethernet? encapsulation dans une trame Ethernet 3 comment connaître les destinataires? appartenance dynamique aux groupes 4 comment effectuer une propagation sans cycle? protocoles de routage Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 8 / 62

14 Les principes du Multicast Stations terminales et routeurs Station terminale IGMP : adhésion, résiliation et maintenance au groupe Infrastructure des routeurs routage multicast IP algorithme (flood, spanning tree, Reverse Path First, etc.) Protocole : MOSPF, MBGP, DVMRP, PIM-SM, PIM-DM, etc. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 9 / 62

15 Les principes du Multicast Protocole utilisés par le multicast Comme pour les applications utilisant le broadcast, les applications multicast utilisent UDP en effet, TCP demande une connexion Les messages de contrôle ICMP n est pas utilisé dans le multicast à la place un protocole spécifique IGMP est défini. ICMP (proto 1) TCP (proto 6) UDP (proto 17) OSPF (proto 89) IGMP (proto 2) IP Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 10 / 62

16 Classes IP Les principes du Multicast A 1.x.y.z à 127.x.y.z B x.y.z à y.z C z à z 0rrrrrrr hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh 127 réseaux, machines 10rrrrrr rrrrrrrr hhhhhhhh hhhhhhhh réseaux, machines 110rrrrr rrrrrrrr rrrrrrrr hhhhhhhh réseaux, 256 machines D 224 à hhhh hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh Adresses multicast E 248 à rrrr rrrrrrrr rrrrrrrr rrrrrrrr Réservé pour usage expérimental Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 11 / 62

17 Adresses multicast Les principes du Multicast Adressage Multicast D 224 à hhhh hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh Adresses multicast = adresses IP de classe D ( à ) Soit l adresse réseau de masque En notation CIDR : /4 Une adresse multicast désigne un groupe de machines. Une machine appartient à un groupe elle reçoit tous les datagrammes émis à destination de l adresse de ce groupe Il existe des groupes prédéfinis. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 12 / 62

18 Les principes du Multicast Adresses Multicast (RFC 3171) Adressage Multicast Plage Attribution à ( /24) Local Network Control Block à ( /24) Internetwork Control Block à AD-HOC Block à (224.1/16) ST Multicast Groups à (224.2/16) SDP/SAP Block (alloués dynamiquement) à DIS Transient Block à RESERVED à (232/8) Source Specific Multicast Block à (233/8) GLOP Block à RESERVED à (239/8) Administratively Scoped Block (pour usage privé à l intérieur d un site) ( à à l intérieur d une organisation et à à l intérieur d un site ) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 13 / 62

19 Les principes du Multicast Adressage Multicast Adresses de groupe prédéfinies : Local Réservées pour la diffusion sur le LAN Détails : Réservé tous les systèmes multicast tous les routeurs multicast Inutilisé tous les routeurs DVMRP tous les routeurs OSPF tous les systèmes DR et BDR OSPF tous les systèmes RIPv tous les agents mobiles (Mobile IP) tous les serveurs DHCP tous les routeurs PIM tous les routeurs Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 14 / 62

20 Les principes du Multicast Adressage Multicast Adresses de groupe prédéfinies : organisation Réservées pour la diffusion dans l organisation Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 15 / 62

21 Les principes du Multicast Adressage Multicast Adresses de groupe prédéfinies : globale sur l Internet Réservées pour la diffusion globale Exemple : conférences IETF : groupes (pour le son) et (pour les images) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 16 / 62

22 Les principes du Multicast Adressage Multicast Portée d une émission multicast : TTL TTL (Time To Live) dans l en-tête du paquet IP. Seuils (Threshold) fixés sur les interfaces des routeur permettent de limiter l étendu de la diffusion : propagation seulement si TTL > seuil TTL Portée 0 Emetteur 1 Réseau local 16 Site 32 Région 48 Pays 64 Continent 128 Monde entier Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 17 / 62

23 Groupe multicast Les principes du Multicast Groupes un datagramme adressé à un groupe multicast est reçu par tous ses membres il faut être membre du groupe pour recevoir les datagrammes qui sont adressés au groupe on peut envoyer un datagramme à un groupe multicast sans en être membre. R1 R2 A B C D R3 E R4 F G H I J K L R5 R11 M N R6 O R10 X Y Z AA R7 T U V W R8 R9 R12 P Q R S BB CC DD EE Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 18 / 62

24 Groupes Les principes du Multicast Appartenance aux groupes L appartenance d une machine à un groupe est dynamique. Le système d exploitation d une machine offre aux processus deux opérations de base : ajouter un nouveau groupe à la liste des groupes reconnus par cette machine retirer un groupe existant de la liste des groupes reconnus par cette machine Exemple : pour recevoir une conférence IETF, il faut ajouter les groupes (pour le son) et (pour les images) à la liste des groupes reconnus. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 19 / 62

25 Les principes du Multicast Arbre de diffusion multicast Diffusion vu d un émetteur, le multicast correspond à un arbre dont il est la racine R1 R2 A B C D R3 E R4 F G H I J K L R5 R11 M N R6 O R10 X Y Z AA R7 T U V W R8 R9 R12 P Q R S BB CC DD EE Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 20 / 62

26 Les principes du Multicast Arbre de diffusion multicast Diffusion vu d un émetteur, le multicast correspond à un arbre dont il est la racine R1 R2 A B C D R3 E R4 F G H N I J K L R5 M R5 N R6 R7 O R11 X Y Z R10 T U V W AA M R11 R3 A C R1 X Y Z AA R12 B D BB CC DD EE R4 R10 I J K L R9 E F G H R2 T U V W R6 R7 R8 P Q R S O R8 R9 R12 P Q R S BB CC DD EE Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 20 / 62

27 Les principes du Multicast Arbre de diffusion multicast Diffusion vu d un émetteur, le multicast correspond à un arbre dont il est la racine R1 R2 A B C D R3 E R4 F G H N I J K L R5 M R5 N R6 R7 O R11 X Y Z R10 T U V W AA R11 R3 R12 A B C DD I R6 R7 R8 Q R O R8 R9 R12 P Q R S BB CC DD EE Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 20 / 62

28 Principes Les principes du Multicast Diffusion À quels destinataires envoyer un datagramme? Séparation du problème en deux sous-problèmes : protocole machine/routeur pour que le routeur apprenne quels groupes le réseau local doit recevoir Protocole IGMP (partie machine/routeur ) protocole routeur/routeur pour que les datagrammes circulent dans l Internet depuis la source jusqu au routeur Plusieurs protocoles de routage possibles pas encore de meilleur protocole Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 21 / 62

29 Diffusion sur un réseau ethernet 1 Introduction 2 Les principes du Multicast 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast 6 Les tunnels 7 Programmation Multicast 8 Crédits Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 22 / 62

30 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet Ethernet permet la diffusion multipoint bit 8 dans l adresse Ethernet (0x ) Sur équipement de niveau 1 (hub, câbles) : diffusion (broadcast) Sur équipement de niveau 2 (switch de niveau 2) : si reconnaissance des adresses multicast supportée alors transmission sur les ports matériels concernés Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 23 / 62

31 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet Ethernet permet la diffusion multipoint bit 8 dans l adresse Ethernet (0x ) Sur équipement de niveau 1 (hub, câbles) : diffusion (broadcast) Sur équipement de niveau 2 (switch de niveau 2) : si reconnaissance des adresses multicast supportée alors transmission sur les ports matériels concernés HUB Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 23 / 62

32 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet Ethernet permet la diffusion multipoint bit 8 dans l adresse Ethernet (0x ) Sur équipement de niveau 1 (hub, câbles) : diffusion (broadcast) Sur équipement de niveau 2 (switch de niveau 2) : si reconnaissance des adresses multicast supportée alors transmission sur les ports matériels concernés SWITCH Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 23 / 62

33 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet Codage d une adresse de groupe multicast (adresse IP) dans une adresse Ethernet : 23 derniers bits de l adresse IP multicast dans les 23 derniers bits de l adresse spéciale éthernet : 01:00:5E:00:00:00. numéro de groupe (28 bits) Bit multicast G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G Adresse IP 23 bits : 0 0 : 5 e 0 G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G : Adresse Ethernet Par exemple : l adresse IP multicast : ( ) mise dans l adresse éthernet : 01:00:5E:01:02:03 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 24 / 62

34 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet Trame à destination de 00:11:90:00:3C:23 00:40:DE:32:11:AC 00:11:90:00:3C:23 00:00:5a:9f:24:c8 01:00:5E:01:02:03 01:00:5E:8G:11:23 01:00:5E:01:02:04 00:16:76:04:F2:4A 00:19:CE:A3:BB:A2 01:00:5E:01:02:03 00:56:17:23:9A:CF 01:00:5E:8G:11:23 01:00:5E:01:02:03 Par exemple : l adresse IP multicast : ( ) mise dans l adresse éthernet : 01:00:5E:01:02:03 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 24 / 62

35 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet Trame à destination de 01:00:5E:01:02:03 00:40:DE:32:11:AC 00:11:90:00:3C:23 00:00:5a:9f:24:c8 01:00:5E:01:02:03 01:00:5E:8G:11:23 01:00:5E:01:02:04 00:16:76:04:F2:4A 00:19:CE:A3:BB:A2 01:00:5E:01:02:03 00:56:17:23:9A:CF 01:00:5E:8G:11:23 01:00:5E:01:02:03 Par exemple : l adresse IP multicast : ( ) mise dans l adresse éthernet : 01:00:5E:01:02:03 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 24 / 62

36 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet Trame à destination de 01:00:5E:8G:11:23 00:40:DE:32:11:AC 00:11:90:00:3C:23 00:00:5a:9f:24:c8 01:00:5E:01:02:03 01:00:5E:8G:11:23 01:00:5E:01:02:04 00:16:76:04:F2:4A 00:19:CE:A3:BB:A2 01:00:5E:01:02:03 00:56:17:23:9A:CF 01:00:5E:8G:11:23 01:00:5E:01:02:03 Par exemple : l adresse IP multicast : ( ) mise dans l adresse éthernet : 01:00:5E:01:02:03 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 24 / 62

37 Diffusion sur un réseau ethernet Diffusion sur un réseau Ethernet : ambiguïté Par exemple : l adresse IP multicast : ( ) mise dans l adresse éthernet : 01:00:5E:01:02:03 l adresse IP multicast : ( ) mise dans l adresse éthernet : 01:00:5E:5D:09:38 l adresse IP multicast : ( ) mise dans l adresse éthernet : 01:00:5E:01:02:03! Codage non bijectif (5 bits non représentés) les récepteurs doivent vérifier l adresse figurant dans l en-tête du datagramme IP. Pas besoin de ARP pour la classe D! Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 25 / 62

38 IGMP 1 Introduction 2 Les principes du Multicast 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast 6 Les tunnels 7 Programmation Multicast 8 Crédits Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 26 / 62

39 IGMP Appartenance aux groupes IGMP = Internet Group Management Protocol Protocole utilisé pour : obtenir ou annoncer l appartenance à un groupe protocole routeur/feuilles propager les informations de certains protocoles de routage (i.e. DVMRP) protocole routeur/routeur Les paquets IGMP sont encapsulés dans des datagrammes IP. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 27 / 62

40 IGMP Appartenance aux groupes Partie protocole routeur/feuilles de IGMP TYPE CODE CHECKSUM ADRESSE MULTICAST type signification 0x11 IGMP Membership Query 0x12 IGMPv1 Membership Report 0x13 DVMRP 0x14 PIM version 1 0x15 Cisco Trace Messages 0x16 IGMPv2 Membership Report 0x17 IGMPv2 Leave Group 0x1e Multicast Traceroute Response 0x1f Multicast Traceroute 0x22 IGMPv3 Membership Report 0x30 Multicast Router Advertisement 0x31 Multicast Router Solicitation 0x32 Multicast Router Termination 0xf0-0xff Reserved for experimentation Membership Query interrogation périodique par le routeur Membership Report annonce d appartenance par une machine Leave Group annonce de retrait d un groupe par une machine Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 28 / 62

41 IGMP Appartenance aux groupes Optimisations : réponses envoyées après un délai aléatoire borné pas de réponse si une autre machine réagit avant Tuyêt TTL Trâm= DANG 1 NGOC Réseaux avancés 29 / 62 Interrogation IGMP périodique par le routeur : R (1) R > Query A B C

42 IGMP Appartenance aux groupes Interrogation IGMP périodique par le routeur : R (2) A > Report A B C Optimisations : réponses envoyées après un délai aléatoire borné pas de réponse si une autre machine réagit avant TTL = 1 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 29 / 62

43 IGMP Appartenance aux groupes Interrogation IGMP périodique par le routeur : R (3) B > Report A B C Optimisations : réponses envoyées après un délai aléatoire borné pas de réponse si une autre machine réagit avant TTL = 1 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 29 / 62

44 IGMP Appartenance aux groupes Interrogation IGMP périodique par le routeur : R (4) rien! A B C Optimisations : réponses envoyées après un délai aléatoire borné pas de réponse si une autre machine réagit avant TTL = 1 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 29 / 62

45 IGMP Appartenance aux groupes Ajout d un groupe : A ajoute le groupe R A > Report A B C / / Retrait d un groupe : B retire le groupe (2) R > Query R (3) A > (1) B > Report Leave A B C / Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 30 / 62

46 IGMP Appartenance aux groupes Problème : plusieurs routeurs sur un même réseau Solution : élection d un routeur interrogateur Méthode : c est le routeur qui a l adresse IP la plus basse tous les routeurs commencent à émettre des interrogations (Query) si un routeur reçoit un message Query en provenance d une adresse plus petite, il arrête d émettre mais il continue à écouter si un routeur n a reçu aucun message Query au bout d un certain délai, il recommence à émettre des interrogations Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 31 / 62

47 Routage Multicast 7 Programmation Multicast Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 32 / 62 1 Introduction 2 Les principes du Multicast 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Protocoles Protocoles en mode clairsemé (dense mode) Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) 6 Les tunnels

48 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Problématiques de l acheminement multicast nécessité d un acheminement dynamique : acheminement unicast : les routes ne changent que si la topologie se modifie ou un équipement tombe en panne. acheminement multicast : les routes évoluent simplement parce qu une application décide de rejoindre ou quitter un groupe multicast. insuffisance de l acheminement en fonction de la destination : expéditeurs quelconques : Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 33 / 62

49 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Problématiques de l acheminement multicast nécessité d un acheminement dynamique : insuffisance de l acheminement en fonction de la destination : L acheminement multicast exige que le routeur étudie plus que la seule adresse de destination expéditeurs quelconques : Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 33 / 62

50 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Problématiques de l acheminement multicast nécessité d un acheminement dynamique : insuffisance de l acheminement en fonction de la destination : expéditeurs quelconques : Un hôte ne faisant pas partie d un groupe multicast peut envoyer un datagramme multicast qui peut devoir traverser des réseaux auxquels aucun membre n est connecté. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 33 / 62

51 Routage Multicast Algorithmes de propagation Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Comment propager les datagrammes dans le réseau? Plusieurs grandes familles algorithmes : 1 inondation (flooding) 2 arbres couvrants 3 arbres enracinés à la source simples avec élagage 4 arbres partagés par un groupe Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 34 / 62

52 Routage Multicast Algorithme de l inondation (flooding) Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Principe : un routeur envoie le datagramme sur toutes les interfaces, sauf sur celle qui a reçu le datagramme. Avantage : simple Inconvénients : S >G il faut conserver trace des derniers datagrammes reçus (car il peut y avoir des cycles dans le graphe) mémoire sur les routeurs! pas viable! le datagramme est envoyé systématiquement pas d élagage (pruning) de l arbre Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 35 / 62

53 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Algorithme de l arbre couvrant (spanning tree) Principe : former un arbre couvrant à partir du graphe de tous les routeurs Avantages : simple peu de ressources sur les routeurs Inconvénients : un seul arbre couvrant pour tout l Internet pas de routage en fonction de la source surcharge des liaisons de l arbre centralisation sur l arbre pas très efficace ne choisit pas toujours le chemin le plus court le datagramme est envoyé systématiquement pas d élagage (pruning) de l arbre M P A B C D Q R1 R5 N R6 R7 R8 R R3 I J K L S O R9 E R4 R10 R2 F G H T U V W R11 X Y Z AA R12 BB CC DD EE Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 36 / 62

54 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Algorithme de l arbre couvrant (spanning tree) Principe : former un arbre couvrant à partir du graphe de tous les routeurs Avantages : simple peu de ressources sur les routeurs Inconvénients : un seul arbre couvrant pour tout l Internet pas de routage en fonction de la source surcharge des liaisons de l arbre centralisation sur l arbre pas très efficace ne choisit pas toujours le chemin le plus court le datagramme est envoyé systématiquement pas d élagage (pruning) de l arbre M X Y Z AA BB CC DD R11 R12 EE A B C R3 D R1 R10 T U V W R5 I N J K L R9 E F R4 G H R2 P Q R S R6 R7 R8 Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 36 / 62

55 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Algorithme Reverse Path Forwarding (RPF) Principe : chaque routeur a une table de routage unicast le routeur connaît le meilleur chemin pour S si un datagramme S G arrive par l interface correspondant au meilleur chemin il est transmis à toutes les autres interfaces si un datagramme S G arrive par une autre interface il est ignoré Avantage : pas de boucles de routage Inconvénient : transmission de datagrammes sur les réseaux ne comptant aucun membre de groupes ou ne conduisant à aucun mebre de groupes. gaspillage de bande passante Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 37 / 62

56 Routage Multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Algorithme Truncated Reverse Path Forwarding (TRPF) Algorithme RPF en évitant les chemins ne conduisant pas à des membres du groupe. Utilisation : de la table de routage unicast une liste de groupes de diffusion accessible via chaque interface réseau Le routeur tronque la transmission lorsqu aucun membre du groupe ne se situe au bout du chemin concerné 1 application de RPF 2 controle supplémentaire pour vérifier que des membres du groupe sont accessibles via l interface avant de transmettre Inconvénient : duplication possible de datagramme Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 38 / 62

57 Routage Multicast Arbre de diffusion multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast Emetteur vu d un émetteur, le multicast correspond à un arbre dont il est la racine Arbre qui décrit comment atteindre les membres des différents groupes de diffusion répartis sur tout un domaine. Arbre basé sur la source (S, G). Dans l exemple : ( , ) S (S, G) Recepteur Recepteur Recepteur Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 39 / 62

58 Routage Multicast Arbre de diffusion multicast Paradigmes fondamentaux de l acheminement en multicast vu d un émetteur, le multicast correspond à un arbre dont il est la racine Arbre qui décrit comment atteindre les membres des différents groupes de diffusion répartis sur tout un domaine. S (*, G) Emetteur RP S Arbre partagé (*, G). Dans l exemple : (*, ) Recepteur Recepteur Recepteur Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 39 / 62

59 Protocoles Routage Multicast Protocoles Comment ces différents algorithmes sont-ils utilisés? protocole de routage Un protocole de routage : implémente un ou plusieurs algorithmes de diffusion maintient des informations spécifiques au multicast utilise une table de routage unicast définit un format de paquets Spécialisation des protocoles en deux catégories : mode dense (dense mode) mode clairsemé (sparse mode) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 40 / 62

60 Routage Multicast Protocoles Aperçu des protocoles de routage 2 familles de protocoles de routages multicast Protocoles intradomaine (PIM, DVMRP,...) Protocoles inter-domaines multicast (MSDP et MBGP) 2 modes de fonctionnement pour les protocoles intra-domaine Protocoles en mode dense (Dense Mode) : on diffuse tant qu on nous demande pas d arrêter (flooding+pruning) création d un état pour chaque source sur tous les routeurs utilise les arbres de distribution source optimisé pour les groupes à forte densité de membre Protocoles en mode clairsemé (Sparse Mode) : on diffuse quand on nous le demande explicitement utilise des arbres de distribution source et partagés optimisé pour les groupes à faible densité de membre Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 41 / 62

61 Routage Multicast Protocoles en mode dense Protocoles en mode clairsemé (dense mode) Utilisation du mode dense : beaucoup de bande passante, ou grande densité de destinataires Idée : on part du principe que tous les nœuds sont intéressés par tous les groupes on propage vers tous les nœuds par défaut si un nœud ne veut pas d un groupe, il réagit envoi d un message d élagage Mode dense adapté aux réseaux de sites MOSPF (Multicast Open Shortest Path First) RFC 1584 PIM-DM (Protocol Independent Multicasting - Dense Mode) RFC 3973 obsolète et quasiment plus utilisé DVMRP (RFC 1075) basé sur RIP Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 42 / 62

62 Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (dense mode) Protocole PIM-DM Protocol Independent Multicast Dense Mode PIM-DM utilise : un algorithme proche du Reverse Path Multicast des messages d élagage (prune) ou de greffe (graft) utilise son propre format de messages (et pas IGMP comme DVMRP) utilise la table de routage unicastdu le routeur et construit sa table de routage multicast envoie les datagrammes sur toutes les interfaces(et pas seulement aux interfaces meilleur chemin ) raison : indépendant du routage unicast Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 43 / 62

63 Protocole PIM-DM Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (dense mode) Nécessite deux tables : La table de routage unicast du routeur Source Masque Routeur Distance Temps précédent donne le meilleur chemin pour chaque source La table de diffusion multicast : Source Groupe Temps Parent Fils i1 prune i2p i3p i1 i2p i i1 i i2 i1p i3 donne la structure de l arbre Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 44 / 62

64 Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Utilisation du mode clairsemé : Idée : peu de bande passante, et destinataires éventuellement nombreux, mais très dispersés on part du principe qu aucun nœud n est intéressé par un groupe on n envoie rien par défaut si un nœud veut appartenir à un groupe, il envoie explicitement un message d adhésion Mode clairsemé adapté aux réseaux à longue distance PIM-SMv2 (Protocol Independent Multicasting - Sparse Mode) RFC 2362 protocole indépendant du routage unicast large échelle : extensible au routage multicast inter-domaines obsolète ou peu utilisés : CBT, OCBT, QOSMIC, SM Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 45 / 62

65 Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Protocole PIM-SM Protocol Independent Multicast Sparse Mode Rappel : PIM-SM est adapté aux réseaux à longue distance : bande passante rare membres de groupes éventuellement nombreux mais très disséminés PIM-SM est un protocole différent de PIM-DM, mais qui en reprend certaines caractéristiques : il est indépendant du protocole de routage unicast il utilise le même format de messages PIM-SM utilise l encapsulation, l algorithme d arbre enraciné à la source, ou l algorithme d arbre partagé. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 46 / 62

66 Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Protocole PIM-SM - Point de rendez-vous Notion de point de rendez-vous (RP) : routeur qui recueille les demandes de réception et d émission pour un groupe donné. il y a un seul et un seul RP par groupe un RP peut être le point de rendez-vous de plusieurs groupes Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 47 / 62

67 Protocole PIM-SM Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Adhésion d un récepteur R à un groupe G : S E (1) R > IGMP Report G (2) A >B PIM Join G C (3) B >RP PIM Join G D R A B RP Chaque routeur intermédiaire ajoute le groupe G à sa liste de groupes. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 48 / 62

68 Protocole PIM-SM Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Émission vers G par une nouvelle source S : (2) E >RP PIM Register (S,G) Datagramme S >G encapsulé R A (1) S >G C B S E (3) RP >D PIM Join (S,G) (4) D >E PIM Join (S,G) D RP RP décapsule le datagramme S G et le propage. Tant que E n a pas reçu le message Join, E encapsule les datagrammes S G dans des messages Register. Lorsque l émetteur est enregistré, il y a un chemin de S vers R (S,E,D,RP,B,A,R) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 49 / 62

69 Protocole PIM-SM Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Une fois l émetteur enregistré : soit E continue à utiliser le chemin passant par RP algorithme de l arbre partagé par un groupe Mais problèmes : route non optimale congestion près de RP soit un routeur de récepteur décide de demander une diffusion par le meilleur chemin algorithme de l arbre enraciné à la source Le changement est décidé si le trafic le justifie Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 50 / 62

70 Protocole PIM-SM Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Changement du routage S G pour R : S (4) C >E PIM Join (S,G) E R (3) B >C PIM Join (S,G) (1) A >B PIM Join (S,G) A C B (2) B >RP PIM Prune (S,G) D RP Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 51 / 62

71 Protocole PIM-SM Routage Multicast Protocoles en mode clairsemé (sparse mode) Il y a un ensemble de RP pour tous les groupes. Un routeur élu est chargé de : surveiller les RP constituer l ensemble de RP distribuer périodiquement les adresses des RP Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 52 / 62

72 Les tunnels 1 Introduction 2 Les principes du Multicast 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast 6 Les tunnels 7 Programmation Multicast 8 Crédits Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 53 / 62

73 Tunnel multicast Les tunnels Le multicast requiert des extensions dans les couches IP déploiement lent Utilisation de tunnel multicast permettant de relier deux ilôts multicast au travers d un réseau ne supportant pas le multicast. Réseau (supportant le multicast) A > G datagramme multicast R2 Réseau (supportant le multicast) R1 Internet (ne supportant pas le multicast) R3 Réseau (supportant le multicast) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 54 / 62

74 Tunnel multicast Les tunnels Le multicast requiert des extensions dans les couches IP déploiement lent Utilisation de tunnel multicast permettant de relier deux ilôts multicast au travers d un réseau ne supportant pas le multicast. A > G datagramme multicast A > G datagramme multicast R1 > R2 datagramme unicast Réseau (supportant le multicast) A > G datagramme multicast R2 Réseau (supportant le multicast) R1 Internet (ne supportant pas le multicast) R3 Réseau (supportant le multicast) A > G datagramme multicast A > G datagramme multicast R1 > R3 datagramme unicast Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 54 / 62

75 Tunnels multicast Les tunnels Les tunnels sont configurés explicitement par les administrateurs des deux nœuds (IP-dans-IP). Quatre paramètres pour chaque tunnel : adresse IP de l autre extrémité du tunnel coût de la liaison utilisé pour le calcul des chemins intéressant pour avoir des tunnels de secours TTL seuil tout paquet entrant avec un TTL < seuil est rejeté permet de mettre des barrières à la sortie d un campus, d une région, d un pays, etc. bande passante utilisable pour limiter les dégats! MBone ensemble de tunnels mondiaux multicast. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 55 / 62

76 Programmation Multicast 1 Introduction 2 Les principes du Multicast 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast 6 Les tunnels 7 Programmation Multicast 8 Crédits Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 56 / 62

77 Programmation Multicast Programmation Multicast Extension de l interface de programmation : rejoindre un groupe multicast quitter un groupe multicast spécifier le TTL des datagrammes multicast en émission bouclage automatique des datagrammes multicast (réception des datagrammes émis localement) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 57 / 62

78 Programmation Multicast Programmation Multicast Ajouter ou quitter un groupe multicast : setsockopt (s, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &imr, sizeof imr) setsockopt (s, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, &imr, sizeof imr) Avec : struct ip_mreq { struct in_addr imr_multiaddr ; struct in_addr imr_interface ; } ; Initialisation de la structure : struct ip_mreq imr ; imr.imr_multiaddr.s_addr = htonl (inet_addr (" ")) ; imr.imr_interface.s_addr = htonl (INADDR_ANY) ; Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 58 / 62

79 Programmation Multicast Programmation Multicast Spécifier le TTL des datagrammes multicast : unsigned char ttl = 1 ; setsockopt (s, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, &ttl, sizeof ttl) Bouclage automatique des datagrammes multicast : pour recevoir les datagrammes envoyés localement : unsigned char o = 1 ; setsockopt (s, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP, &o, sizeof o) Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 59 / 62

80 Programmation Multicast Programmation Multicast L envoi et la réception des messages se fait ensuite comme n importe quelle application utilisant UDP Émission des datagrammes multicast : sendto Réception des datagrammes multicast : recvfrom Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 60 / 62

81 Crédits 1 Introduction 2 Les principes du Multicast 3 Diffusion sur un réseau ethernet 4 IGMP 5 Routage Multicast 6 Les tunnels 7 Programmation Multicast 8 Crédits Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 61 / 62

82 Crédits I Crédits Certains des transparents ont été largement inspirés du cours de Pierre David, maitre de conférences à l université de Strasbourg. Tuyêt Trâm DANG NGOC Réseaux avancés 62 / 62