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Advanced Computer Networks: Lecture 27 - Dr. Amir Qayyum

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Advanced Computer Networks: Lecture 27. This lecture will cover the following: multicast and multicast support strategy; multicast integrated into IPv6; internet group management protocol (IGMP); IP multicast service model; internet multicast backbone - MBone;...

CS716 Advanced Computer Networks By Dr. Amir Qayyum 1 Lecture No. 27  Multicast Internetworking • Basics of internetworking (heterogeneity) – IP protocol, address resolution, control messages … • Routing • Global internets (scale) – Virtual geography and addresses – Hierarchical routing • Future internetworking: IPv6 • Multicast traffic • MPLS Internet Multicast Outline • • • • • Motivation and challenges Support strategy IP multicast service model Multicast in the Internet Routing – Review of ELAN techniques – Multicast routing • Limitations Multicast • • • • Unicast: one destination Broadcast: all destinations Multicast: subset of destinations When is multicast useful ? – Send data to multiple receivers at once • Videoconferencing, video­on­demand,  telecollaboration • Software update to group of customers – Limited broadcast/self­defined multicast • Send question to unknown receiver • Resource discovery; Distributed database Multicast • Why not just use broadcast/unicast ? – Broadcast not supported outside of LAN – Unicast sends multiple copies across common links • Multicast support – Often supported by hardware in LAN’s (as  broadcast, if not multicast) – But difficult to extend in scalable manner • Multicast challenges – Efficient distribution on an internetwork – Specification of recipient group (abstraction must  support self­definition) Multicast Support Strategy • IPv4 used as basis for experimental solutions – Use class D addresses (1110 ) – Demonstrated with MBone – Uses tunneling • Multicast integrated into IPv6 • Internet Group Management Protocol (IGMP) • Several routing/forwarding schemes: – Distance­vector – Link­state – Protocol­independent IP Multicast Service Model • Each group uses a single address – Class D addresses (1110 ) – Some are well­known, some are dynamically assigned • Group membership – Members located anywhere in the Internet – Number of receivers is arbitrary – Members can join/leave dynamically – Hosts can belong to more than one group IP Multicast Service Model • Senders simply use group address as destination – Sender need not be in group – LAN loopback needed for sender in group • Multicast scope – LAN (local scope) – Administrative scope (e.g. campus), may overlap, can  assign group addresses dynamically – TTL scope (no more than N hops) • Scope is exposed to protocols and applications  (by exposing IP TTL) 10 ELAN Multicast Techniques • Spanning tree selection – Elect a leader; spanning tree is shortest path to leader  (Perlman) – Distribute topology everywhere, compute in parallel  (link­state) • Problems with spanning trees – Bandwidth wasted for groups with few receivers;  Solution: prune LAN’s with no receivers from tree – For very large ELAN’s, no single tree is efficient;  Solution: define tree per group or tree per source • The same solutions are used in the Internet! 14 Spanning Tree Tradeoffs • Tree per group or tree per source ? • Per group advantage – One routing entry per group • Per source advantages – More efficient distribution – Spreads load better across links – Leverage unicast routing tables 15 Multicast Routing in the Internet • Multicast Open Shortest Path First  (MOSPF) • Distance­Vector Multicast Routing Protocol  (DVMRP, used in MBONE) • Protocol­Independent Multicast (PIM) – Deals with scalability issues of above protocols – Dense Mode (PIM­DM) – Sparse Mode (PIM­SM) 16 Multicast Routing in the Internet • How do senders find receivers? – Receivers inform all senders of interest (MOSPF) – Send to all receivers; uninterested receivers prune  (DVMRP, PIM­DM) – Agree on set of rendezvous points (PIM­SM) • Types of distribution trees – Separate tree from each sender (DVMRP,  MOSPF, PIM­DM, PIM­SM) – Tree rooted at rendezvous point (PIM­SM) 17 Link State Multicast (MOSPF) • Each host on a LAN – Periodically announces its group memberships, via  Internet Group Management Protocol (IGMP) • Extend LSP to include set of groups with  members on a given LAN • MOSPF routing extends OSPF – Uses Dijkstra’s algorithm – Computes shortest­path spanning tree for source­ group pairs – Forward packet on local portion of tree 18 Link State Multicast (MOSPF) • Tree computation – Can’t precompute for all source­group pairs – Compute on demand when first packet from a  source S to a group G arrives – Cache trees for active source­group pairs – Recompute when link­state changes • Scalability limitations – Reasonable intra­AS scalability – But meaningless for inter­AS – Source­group pairs scale with sources (needs to  be hierarchical) 19 Distance Vector Multicast (DVMRP) • Idea – Graph of directed next­hop edges to a destination S  form a tree – Use reverse edges to broadcast from S • Implementation (Reverse Path Broadcast, or RPB) – Forward multicast packet on all links – If and only if packet came from next hop for packet  source • Avoid repetition on LAN’s – Assign parent router for each LAN – Has shortest path to source, ties broken by ID – Track parenthood via vector exchanges 20 RPB and RPM M M M M G M M M M Member of  multicast  group G RPM from S to G RPB from S SS Unicast route to S Pruned 21 RPB to RPM (reverse path multicast) • Identify leaf networks – Only one router on network – Thus no distance packets received on interface • Prune leaf networks – Without hosts in a group – Hosts must self­identify using IGMP • Forward pruning information – Extend distance vector with group information – Forward packets only to interested parties – Only when multicast source active 22 Distance Vector Multicast RPM Implementation • Assume that everyone is interested • Respond to unwanted packets with  prune requests • Prune requests – Canceled by graft request – Time out periodically • Need ARQ for prune or graft ? 23 Distance Vector Multicast ­ Scalability • Packets are periodically broadcast (thus  guaranteed to reach all interested members) • High overhead for sparse groups, consider: – Multicast group of 10 members – Scattered around the world – Packets periodically reach all routers in Internet • High overhead for routers – All off­tree routers maintain pruning state – And periodically retransmit 24 Protocol Independent Multicast (PIM) • Approach – Define rendezvous points (RP) for each group – Need multiple RP’s to handle failures • Two versions – Dense mode • Explicit prune messages • Shared tree – Sparse mode • Explicit join messages • Shared or source­specific tree 25 Protocol Independent Multicast (PIM) • Rendezvous points (RP) for each multicast  group RP RP RP RP Specific  multicast  tree RP RP SS 26 Protocol Independent Multicast • Joins – Receiver: send packet to one RP – Source: send to all RP’s • Tree selection – Rooted at rendezvous points – Shared for infrequent traffic – Source­specific if merited by traffic level 27 Limitations on Multicast • Scalability (addressed to some extent by PIM) – Explosive growth of the Internet population – Explosive growth of multicast, multimedia  applications • Control of network resources – Applications have different performance needs – Different resource commitments by clients and/or  organizations – Different ASs provide different QoS … 28 .. .Lecture? ?No.? ?27? ? Multicast Internetworking • Basics of internetworking (heterogeneity) – IP protocol, address resolution, control messages …... Rooted at rendezvous points – Shared for infrequent traffic – Source­specific if merited by traffic level 27 Limitations on Multicast • Scalability (addressed to some extent by PIM) – Explosive growth of the Internet population

Ngày đăng: 05/07/2022, 12:12