Chapitre 11 : Le Multicast sur IP

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1 1 Chapitre 11 : Le Multicast sur IP 2 Le multicast, Pourquoi?

2 Multicast vs Unicast 3 Réseau 1 Serveur vidéo Réseau 2 Multicast vs Broadcast 4 Réseau 1 Serveur vidéo Réseau 2

3 Multicast 5 Réseau 1 Serveur vidéo Réseau 2 Avantages du Multicast 6 Réduction de la charge des éléments actifs Optimisation de l utilisation du réseau Trafic Mbps Multicast Unicast Diffusion audio Flux de 8 kbp/s pour chaque client Nombre de clients

4 Domaine d application 7 Multimédia : Streaming audio/vidéo Formation à distance Vidéoconférence Informatique : Distribution d applications Travail coopératif Et n importe quelle application un à plusieurs 8 Adressage Multicast

5 L adressage IP 9 Utilise la classe D Adresses : à Chaque adresse correspond à un groupe Adresses réservées Pour dialoguer avec les routeurs De à Exemples: Tous les postes multicast du réseau Tous les routeurs multicast du réseau Adresses privées Fonctionnement et rôle identique à celle unicast De à L adressage Ethernet 10 Obligation d un adressage spécifique Trame A quel IP adresse pour A une Aux MAC le En groupe 2 effectuant adresses doit on MAC multicast des envoyer Multicast une postes diffusion les?! trames générale?? Hub

6 L adressage Ethernet 11 Nécessité d adressage de niveau 2 : Création d une classe d adresse MAC spécifique : E-xx-xx-xx Mappage d adresse IP / MAC : 5 bits perdu Bits 28 Bits e-7f Bits 23 Bits 48 Bits 12 La signalisation : IGMP

7 IGMP 13 Signalisation entre routeurs et ordinateurs Choisir Maintenir et Quitter un groupe Trames IGMP De même niveau qu ICMP Encapsulée dans des trames IP IGMP 14 Trames IGMP : VERSION TYPE Inutilisé Contrôle (HCS) Adresse multipoint Version : 1 (ancienne) 2 (actuel) 3 (en travail) Type : 1 : d un routeur 2 : d un poste Adresse IP : groupe multicast Tous à 0 : interrogation

8 IGMP 15 Rejoindre un groupe Demande Le poste envoie une demande au routeur Le routeur fait suivre la demande IGMP X Inutile Report Maintenir X Inutile Interroge Le routeur interroge le périodiquement. Un membre répond (Report). Les autres voient la réponse et annule la leur.

9 IGMP 17 Quitter (IGMPv1) Demande d appartenance Un poste quitte silencieusement Le routeur envoie au maximum 3 demandes Pas de réponse d un des postes Arrêt de l émission multicast IGMP 18 Quitter (IGMPv2) Leave Le poste envoie un message de fin à Le routeur envoie une demande au groupe Si pas de Report dans les 3 secondes Arrêt de l émission multicast Demande pour #2

10 IGMP 19 Cas de plusieurs routeurs Election d un routeur dominant DR IGMP v1 : en fonction du routage IGMP v2 : adresse IP la plus petite Le DR gère l IGMP Emission / Réception 20 Emission A une adresse multicast = un groupe Appartenance au groupe facultative Trame : : IP poste Internet Réception Automatique par le routeur qui est abonné au groupe Envoyer grâce à une trame de niveau 2 multicast Abonnement obligatoire

11 21 Techniques et Protocoles Multicast Généralités du routage 22 Attention le routage en multicast n a pas de point commun avec le routage unicast! Il s intéresse plus à la source qu à la destination d un message.

12 Vocabulaires 23 Inonder (Flood) Envoyer un message sur la totalité de l arbre Élaguer (Prune) Enlever une branche inutile Greffer (Graft) Ajouter une branche à l arbre Types de protocoles 24 2 types : Mode Dense : Inondation du réseau Élagage des branches non- utiles Beaucoup de destinataires Mode Clairsemé (Sparse) : Le trafic est émis à ceux qui le veulent Mécanisme explicite d attachement Peu de destinataires

13 DVMRP : Distance Vector Multicast Routing Protocol 25 Protocole Dense Algorithme à vecteur de distance Utilise des métriques Proche de RIP Avec un infini à 32 (15 pour RIP) Utilise l inondation et l élagage On inonde suivant l arbre de diffusion réduit Les branches inutiles sont enlevées On re-inonde régulièrement DVMRP : Création de l arbre réduit 26 A Source B Arbre de broadcast crée avec métrique de chaque ligne En cas de conflit c est la + petite adresse IP qui gagne. Ici : Adresse IP de D < C < B < A) Il faut un arbre par source! X C 2 2 D 34 E 3 35 Y n m Chemin depuis la source de métrique n Retour (métrique + 32 (infini)) envoyé aux parents après le choix. Arbre réduit pour LA source 1.

14 DVMRP : Création de l arbre réduit 27 A Source S1 B Arbre de diffusion réduit pour la source S1 X C D E Y Arbre réduit pour S1 DVMRP : Élagage 28 A B Source Inondation initial de l arbre : Tous les noeuds sont touchés! X 1 C D E Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau

15 DVMRP : Élagage 29 A Prune B Source C n a pas de poste client Le routeur B élague la branche X C D E Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau DVMRP : Élagage 30 A B Source S X et Y sont dans le même cas. E élague et poursuit le processus. Prune X C D E Prune Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau

16 DVMRP : Élagage 31 A B Source S E est maintenant seul. D élague. X Prune C D E Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau DVMRP : Élagage 32 A B Source S Etat final! X C D E Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau

17 DVMRP : Greffe 33 A B Source S Le poste 2 arrive et rejoint S Y envoie un graft X Graft C D E Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau Récepteur 2 IGMP DVMRP : Greffe 34 A B Source S E répond avec un graft-ack Et renvoie un graft à D X Graft C D E Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau Graft-Ack Récepteur 2

18 DVMRP : Greffe 35 A B Source S D répond avec un graft-ack La transmission commence! X Graft-Ack C D E Y Récepteur 1 Arbre réduit de base Inondation du réseau Récepteur 2 DVMRP 36 Très utilisé au début du multicast (solution logiciel mrouted) Problème d augmentation de charge : Convergence lente (comme RIP) Beaucoup d informations doivent être stockée dans les routeurs Pas de gestion des arbres partagés Ne convient pas pour des réseaux de grande taille : Inondation et élagage long et coûteux en ressources Inondation régulièrement répétée pour voir nouveau routeur (entre 60 secondes et 3 minutes)

19 PIM : Protocol Independent Multicast 37 Protocole Sparse Mode : Peu de densité de récepteurs/émetteurs. Avec point de rendez-vous RP : Point commun entre tous les postes multicast du réseau pour acquérir et diffuser des données Évite la surcharge des éléments actifs du réseau Fragilisé par la concentration en un point Indépendant du protocole de routage sous-jacent PIM : Point de Rendez-Vous 38 RP Demande Arbre partagé L information de connexion n est stockée que dans les routeurs sur le chemin. Récepteur

20 PIM SM : Enregistrement 39 Source RP Flux Toutes les connexions rejoignent le RP. Arbre partagé Source Attachement Demande (unicast) Récepteur Les demandes d attachement contiennent également des données. PIM SM : Enregistrement 40 Source RP Flux Arbre partagé Le trafic multicast arrive par l arbre a partir de la source. Source Attachement Demande Fin Enregistrement (unicast) (unicast) Récepteur Le RP envoie un paquet unnicast pour stopper les demandes d attachement.

21 PIM SM : Enregistrement 41 Source RP Trafic Arbre partagé Arbre source Récepteur Le trafic va de la source au RP. Du RP, il repart par l arbre partagé vers les recepteurs. PIM SM : Saut du RP 42 Source RP Trafic Arbre partagé Arbre source Demande Récepteur Si le trafic est supérieur à un seuil SPT-Treshold, le routeur terminal effectue une demande de connexion directe. Un nouvel arbre direct est créé.

22 PIM SM : Saut du RP 43 Source RP Trafic Arbre partagé Arbre source Elagage Récepteur Le flux se propage de la source au récepteur. On élague la liaison inutile. PIM SM : Saut du RP 44 Source RP Trafic Arbre partagé Arbre source Récepteur Le flux emprunte le chemin direct et ne charge plus le RP.

23 PIM SM : Saut du RP 45 Source RP Trafic Arbre partagé Arbre source Elaguage Récepteur Le RP élague le trafic inutile. PIM SM : Saut du RP 46 Source RP Trafic Arbre partagé Arbre source Récepteur Situation finale!

24 PIM SM : Conclusion 47 Efficace pour tous le types de réseaux Avantages: Le trafic ne se répand que lorsqu on le souhaite Quand le trafic est trop important on repasse en mode direct Très utilisé actuellement (inventé et déployé par Cisco) PIMv2 = PIM SDM pour les grands réseaux 48 PIMv2 adapté à toutes les situations : Dense : si pas de RP défini Sparse : si un RP est présent Gestion des grands réseaux : Découpage en plaque (type OSPF/EGP/BGP) Problème : Comment transmettre entre plaque? Où placer le RP? Des solutions existent...

25 49 Applications existantes? Applications : Système d exploitation 50 Contraintes : Niveau 2 : Ethernet (carte réseau) Niveau 3 : IGMP, Microsoft Géré dès Windows 95 Serveur sous Windows 2000 Linux / Unix / BSD Noyau spécifique Pile TCP à mettre à jour

26 Applications : SDR 51 Connaître et rejoindre un groupe : Une solution : Session DiRectory (SDR) Utilise une adresse multicast pour diffuser la liste des groupes Créer un groupe : Spécifie les outils disponibles Et les horaires de présence Publie les infos en multicast sur le groupe SDR Les conflits d adresses sont résolues à la création de la session Futur : MADCAP (DHCP Multicast) Applications : travail coopératif 52 Outils usuels : RAT : Robust Audio Tool VIC : VIdeo Conference NTE : Network Text Editor WB : White Board Mais outils spécifiques! Protocoles standards Maintenance dépendant des labos de recherches (University College of London) Pas d interfaces connues et simples

27 Applications : Sécurité 53 Problèmes de la diffusion : Visibilité des données Possibilité d appartenir à un groupe même si l on est pas désiré Solution : Chiffrement des annonces : Grâce à SDR Cryptage DES, PGP Cryptage dans les applications : Dépend de la confidentialité souhaitée Peut être mis en oeuvre si besoin Le MBone 54 Besoin : Créer un réseau multicast sur Internet Problème : Sur Internet tous les routeurs ne gèrent pas le multicast Solution : Créer un sur-réseau au dessus d Internet Encapsulation des trames multicast dans des trames unicast (IP dans IP) D où le Multicast Backbone

28 Le Mbone : Architecture 55 Réseau initial : R Multicast R Unicast Configuration IP Unicast de d un tunnel l interface IP sur IP Multicast Internet (Unicast) Multicast Le Mbone : IP sur IP 56 Encapsulation : En tête IP Unicast Données Adresse unicast du routeur de fin de tunnel IP Multicast Données Multicast

29 Le Mbone : cartographie 57 Le Mbone : Avenir 58 Evolution en cours : Gérer le multicast de bout en bout Eliminer l encapsulation Techniques mises en oeuvre : Internet 2 : Abilene Réseau multicast des fournisseurs d accès Nouveaux protocoles Déploiement en cours

30 Le Mbone : en France 59 Le FMBone : The French Mbone Au dessus de Renater Administré dans chaque centre réseau Groupe de diffusion en français En pleine évolution : Le FMBone 2 : architecturé sur Renater 2 Augmentation de débit et de qualité de service par la gestion sur Renater 2 du multicast de bout en bout Test grandeur nature du multicast sur ATM Déploiement en cours... Conclusion 60 Techniques au point : les défauts de conception ont été contournés Reste des soucis pour les architectures complexes Mise en œuvre principalement universitaire Gros potentiel d avenir : intéressement des acteurs principaux du marché (Cisco, Microsoft, ) Test grandeur nature chez les cablo-opérateurs Manque de développement chez les ISP et d applications commerciales