Tipos de Comunicação entre Estações Comunicação Multiponto

Tipos de Comunicação entre
Estações
Comunicação Multiponto
( de Grupo, Multicast, Multiway, Difusão seletiva)
❒ Unicast
❒
❒ Broadcast
❒ Multicast
Multicast:
ação de enviar
um datagrama
para multiplos
receptores
com uma única
operação de
transmissão.
4: Camada de Rede
❒ Serviço multicast: generalização dos conceitos
de unicast e broadcast
❒ Otimiza a replicação de pacotes e consequen-
temente traz economia de largura de banda
❒ Requisitos de um serviço multicast
❍
Esquema de endereçamento de grupos
❍
Gerenciamento dos grupos
❍
Roteamento e encaminhamento multicast
4: Camada de Rede
4a-1
Comunicação Multiponto em
Redes Locais
Motivação: Aplicações Multimídia
❒ Necessidade de transmissão de dados para
❒
múltiplos usuários
Em redes de meio compartilhado (Ethernet) é fácil
❍
❒ Manipulação de objetos de dados não
❍
Videoconferência
❍ Ensino a distância
❍ Vídeo sob demanda
❍ Distribuição de áudio e vídeo
O padrão Ethernet prevê existência de um endereço de
difusão (broadcast) e diversos multiponto (multicast)
❒
❍
Todos os quadros transmitidos na rede chegam a todas as
interfaces, sem custo adicional
convencionais em tempo real, como vídeo, o qual
é um grande consumidor de banda
❒ Exemplos
4a-2
Vantagem de multiponto sobre difusão
❍
Com difusão, a interface de rede repassa à estação todos os
pacotes recebidos, mesmo se não forem de interesse
❍
Com multiponto, a interface de rede filtra os pacotes caso a
estação não faça parte do grupo
4: Camada de Rede
4a-3
4: Camada de Rede
4a-4
Comunicação Multiponto em uma
Inter-rede
Comunicação Multiponto em uma
Inter-rede
❒ Suposições
❍
❍
❒ A maioria de conexões entre subredes são de ligações
um grupo de receptores multiponto pode ter membros
em diferentes redes locais de uma inter-rede
em cada rede local existe um mecanismo de entrega
multiponto de pacotes aos membros locais do grupo
❒ Problema:
❍
Como conseguir que os roteadores da inter-rede
entreguem a cada rede local onde há membros do grupo
uma cópia dos pacotes endereçados ao grupo?
ponto-a-ponto, sem possibilidade de broadcast.
❒ Deering propôs um modelo para comunicação
multiponto, que envolve:
Mecanismos para identificar e gerenciar grupos de
receptores
❍ Protocolos de roteamento para permitir encontrar rotas
a todos os membros de um grupo de receptores
❍
❒ O modelo de Deering, denominado de “IP Multicast”
foi incorporado na tecnologia TCP/IP
4: Camada de Rede
4: Camada de Rede
4a-5
Suporte à Comunicação Multiponto
no IP v.4 (“IP Multicast”)
Esquema de Endereçamento
❒ Endereços Classe D
❒ Há 3 elementos da infra-estrutura:
❍
Identificação do grupo por um endereço IP classe D
❍
Protocolo de gerenciamento de grupos (IGMP)
❍
❍
• Permite determinar se existem membros do grupo numa
determinada sub-rede
• Permite adesão/saída de membros nos grupos
❍
4a-6
Protocolo de roteamento multiponto
• Permite definir rotas até todos os membros do grupo
Endereços Classe D são planos: não existe o conceito
de máscara de rede
Um endereço Classe D não identifica uma interface
de rede de uma estação e sim um Grupo de Estações
(Host Group)
❍
Endereços classe D: 224.0.0.0 a 239.255.255.255
❍
Estrutura:
1110
Identificação do grupo
28 bits
4: Camada de Rede
4a-7
4: Camada de Rede
4a-8
“Internet Group Management
Protocol” (IGMP)
Gerência de Grupos com o IGMP
(“Internet Group Management Protocol”)
❒
❒
❒
Quando uma estação deseja aderir a um grupo, ela
envia uma mensagem IGMP JOIN para o endereço
multicast do respectivo grupo
Query
Quando uma estação deseja abandonar um grupo, ela
envia uma mensagem IGMP LEAVE para o endereço
224.0.0.2 (a partir do IGMP v.2)
Report
Periodicamente, roteadores multicast enviam
mensagens IGMP QUERY para 224.0.0.1
❍
Hosts respondem com uma msg IGMP JOIN para cada grupo
ao qual ainda pertencem, usando como end. IP de destino o end.
IP do próprio grupo em questão
4: Camada de Rede
4: Camada de Rede 4a-10
4a-9
IGMP
Formato da Mensagem IGMP
❒ Versão 1: RFC 1112
❒ Versão 2: RFC 2236
0
❒ Versão 3: em andamento...
Transporte
UDP
TCP
IP
ICMP
IGMP
ARP
RARP
Inter-rede
7
15
Octeto 1
Octeto 2
VERS(2) TYPE
CODE
23
Octeto 3
31
Octeto 4
CHECKSUM
GROUP ADDRESS (ZERO IN QUERY)
TYPE = 1: IGMP QUERY enviada por um roteador multicast
TYPE = 2: IGMP JOIN enviada por um host
TYPE = 3: IGMP LEAVE enviada por um host
Int. de adaptação
4: Camada de Rede 4a-11
4: Camada de Rede 4a-12
Interação IGMP - Protocolo de
Roteamento
❒
❒
❒
Interação IGMP - Protocolo de
Roteamento
O IGMP é o responsável apenas pelo último passo do
roteamento de um pacote multiponto ao nível de uma
rede local
Um protocolo de roteamento multiponto é
responsável pela construção de uma árvore de
distribuição
Os principais protocolos existentes são:
❍
Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP).
❍
Multicast extensions to OSPF (MOSPF).
❍
Protocol Independent Multicast (PIM).
❍
Core Base Tree (CBT).
❒
A árvore de roteamento multiponto pode ser
construída de duas formas:
❒
❍
Inundação e poda
❍
adesão explicita
Roteadores multiponto podem ser dedicados, ou
estações
de
trabalho
executando
específico.
4: Camada de Rede 4a-13
H
H
H
4: Camada de Rede 4a-14
Esquema de Adesão Explícita
Esquema de Inundação e Poda
H
H
R
R
R
H
H
H
R
R
H
R
R
R
R
H
H
R
R
H
H
H
H
H
H
H
H
Roteador Multicast
H
Host pertencente ao grupo
H
H
H
H
H
R
H
R
R
H
H
H
H
H
R
H
software
H
Host não pertencente ao grupo
R
Roteador Multicast
H
Host pertencente ao grupo
Pedido de adesão explícito
Host não pertencente ao grupo
Pkt enviado via unicast
Pkt enviado via Multicast
H
4: Camada de Rede 4a-15
H
4: Camada de Rede 4a-16
Protocolos de Roteamento
Protocolos de Roteamento
❒ Os roteadores multiponto utilizam protocolos de
Protocolos de roteamento
roteamento multiponto para construir rotas do
emissor ao restante do grupo
multiponto
❒ Alguns protocolos de roteamento mutiponto são
baseados em algoritmos usados no roteamento um
para um (unicast), como o alg. de vetor de distâncias e
o de estados de enlaces.
❒ Alguns protocolos de roteamento mutiponto
constróem árvores multiponto para cada emissor no
grupo, outros utilizam árvores compartilhadas por
grupo.
Modo Denso
Modo Esparso
Vetor de
Estado de
Árvores
distâncias
Enlaces
compartilhadas
DVMRP
PIM-DM
PIM-SM
MOSPF
4: Camada de Rede 4a-17
O que é mobilidade ?
❒
4: Camada de Rede 4a-18
Mobilidade : vocabulário
Espectro de mobilidade, da perspectiva da rede:
Rede origem (home network):
endereço “permantente” do nó
móvel
(e.g., 128.119.40/24)
sem mobilidade
Usuário móvel,
usando
Algum ponto de
acesso
CBT
Agente de origem (home agent):
entidade que irá desempenhar as
funções de mobilidade para o nó
móvel quando este estiver distante.
high mobility
Usuário móvel,
connectando/
desconectando da
rede através de
DHCP.
Usuário móvel,
passando através de
múltiplos pontos de
acesso enquanto
mantém conexões de
rede (semelhante ao
telefone celular)
4: Camada de Rede 4a-19
Endereço permanente:
endereço na rede
origem que sempre
pode ser usado para
alcançar o nó móvel.
wide area
network
correspondent
e.g., 128.119.40.186
4: Camada de Rede 4a-20
Mobilidade : mais vocabulário
Endereço permanente : permanece
constante (e.g., 128.119.40.186)
Endereço temporário (careof-address): endereço na
Rede visitada (visited
network): rede onde o nó
móvel se encontra
(e.g., 79.129.13/24)
rede visitada.(e.g., 79,129.13.2)
Agente da rede visitada
(visited agent): entidade
na rede visitada que
desempenha as funções
de mobilidade para o nó
móvel.
4: Camada de Rede 4a-22
Mobilidade : abordagens
Se roteamento manipula a mobilidade: roteadores
divulgam endereços permanentes dos nós-móveis-na-
❒
Se sistemas finais manipulam a mobilidade:
❍ Roteamento indireto: comunicação a partir do
correspondente para nó móvel se dá através do
“home agent”, que encaminha para o nó remoto.
❍ Roteamento direto : correspondente pega o endereço
de visita do nó móvel e envia diretamente ao nó
móvel.
4: Camada de Rede 4a-23
Se roteamento manipula a mobilidade: roteadores
permanentes
dos nós-móveis-nadivulgam endereços Não
é
residência via troca
de tabelas de rotas usual.
escalável
paraindica
milhõesonde
de está cada nó móvel
❍ Tabela de rotas
nós móveis
❍ Sem mudanças para os sistemas finais (endsystems).
residência via troca de tabelas de rotas usual.
❍ Tabela de rotas indica onde está cada nó móvel
❍ Sem mudanças para os sistemas finais (end-systems).
❒
Eu gostaria de
saber onde está
Alice ?
Procura em todos as
listas telefônicas?
❒ Liga para parentes
dela?
❒ Espera que ela entre
em contato com você ?
4: Camada de Rede 4a-21
Mobilidade : abordagens
❒
Considere uma amiga que
frequentemente muda de
endereço, como você a encontra ?
❒
wide area
network
Correspondente (correspondent):
elemento que deseja se comunicar
com o nó móvel.
Como contactar um amigo “móvel”:
❒
Se sistemas finais manipulam a mobilidade:
❍ Roteamento indireto: comunicação a partir do
correspondente para nó móvel se dá através do
“home agent”, que encaminha para o nó remoto.
❍ Roteamento direto : correspondente pega o
endereço de visita do nó móvel e envia diretamente
ao nó móvel.
4: Camada de Rede 4a-24
Mobilidade : registro (autenticação)
Mobilidade via Roteamento indireto
Rede visitada
Rede de origem
2
1
wide area
network
Agente da rede visitada
contacta o agente da rede de
origem: “este nó móvel está
residente na minha rede.”
agente da rede de origem
intercepta pacotes e
encaminha-os para o agente
da rede visitada
Nó móvel
contacta agente
da rede visitada
ao entrar na
rede.
Resultado final:
❒ Agente da rede visitada sabe sobre nó móvel
❒ agente da rede de origem sabe localização do nó
móvel
4: Camada de Rede
Rede de
origem
wide area
network
correspondente
endereça os pacotes
usando o endereço
permanente do nó
móvel.
1
2
endereço permanente: usado pelo correspondente (assim a
localização do nó móvel é transparente para o
correspondente)
❍ care-of-address: usado pelo agente da rede de origem para
encaminhar datagramas para o nó móvel
❒ As funções do agente da rede visistada podem ser executadas
pelo próprio nó móvel
❒ Roteamento triangular: correspondente-rede origem-nó móvel
❍ ineficiente quando
Correspondente e nó móvel
Estão na mesma rede
4: Camada de Rede 4a-27
4
Nó móvel responde
diretamente para o
correspondente
4: Camada de Rede 4a-26
Encaminhando datagramas para nó móvel
❒ Nó móvel usa dois endereços:
❍
Rede
vistada
3
4a-25
Roteamento indireto : comentários
agente da rede
visitada recebe os
pacotes e encaminhaos para o nó móvel
pacote enviado pelo agente da rede de
origem para o agente da rede visitada:
um pacote dentro de outro pacote.
dest: 79.129.13.2
Pacote enviado pelo agente da
rede visitada para nó móvel
dest: 128.119.40.186
dest: 128.119.40.186
Endereço permanente:
128.119.40.186
dest: 128.119.40.186
pacote enviado pelo
correspondente
Endereço
temporário:
79.129.13.2
4: Camada de Rede 4a-28
Roteamento indireto : movendo-se entre
redes
Mobilidade via Roteamento direto
❒ Suponha que o usuário do nó móvel movimenta-
se para outra rede:
registra-se com o novo agente da rede visitada
❍ novo agente da rede visitada registra-se com o
agente da rede de origem
❍ agente da rede de origem atualiza endereço
temporário do nó móvel
❍ pacotes continuam a ser encaminhados para o nó
móvel (mas com um novo endereço temporário)
correspondente envia
pacotes para o agente
da rede vistada
❍
❒ Mobilidade, troca de redes visitadas é
transparente: as conexões externas podem ser
mantidas!
Rede de
origem
correspondente
solicita e recebe o
endereço temporário
do nó móvel
❒ Não sofre do problema de roteamento
triangular
❒ não transparente para o correspondente:
correspondente deve obter o endereço
temporário do agente da rede de origem.
❍
O que acontece se o nó móvel mudar de rede ?
Rede
vistada
4
wide area
network
2
4: Camada de Rede 4a-29
Roteamento direto: comentários
agente da rede
vistada recebe os
pacotes e o envia
para o nó móvel
1
3
4
Nó móvel responde
diretamente para
o correspondente
4: Camada de Rede 4a-30
IP Mobile
❒ RFC 3220
❒ Tem muitas funções vistas por nós:
❍ agentes da rede de origem, agentes da rede
visitada, registro do agente da rede visitada,
endereço temporário, encapsulamento (pacotedentro de outro pacote)
❒ Três componente na padronização:
❍ descoberta do agente
❍ registro com o agente da rede de origem
❍ roteamento indireto de datagramas
4: Camada de Rede 4a-31
4: Camada de Rede 4a-32
IP Mobile : descoberta do agente
❒
Anuncio do agente: agentes de redes de origem e
visitadas anunciam o serviço através da difusão de
mensagens ICMP (typefield = 9)
0
type = 9
length
registration lifetime
foreign agent
COA: 79.129.13.2
registration req.
COA: 79.129.13.2
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 9999
identification: 714
encapsulation format
….
standard
ICMP fields
Mobile agent
MA: 128.119.40.186
registration req.
COA: 79.129.13.2
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 9999
identification:714
….
registration reply
reserved
0 or more care-ofaddresses
ICMP agent adv.
….
sequence #
RBHFMGV
bits
visited network: 79.129.13/24
COA: 79.129.13.2
checksum
router address
type = 16
home agent
HA: 128.119.40.7
24
code = 0
H,F bits: agentes de
redes de origem ou
visitadas
R bit: registro
exigido
16
8
IP Mobile : exemplo de registro
mobility agent
advertisement
extension
4: Camada de Rede 4a-33
time
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 4999
Identification: 714
encapsulation format
….
registration reply
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 4999
Identification: 714
….
4: Camada de Rede 4a-34