Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

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1 Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic
Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR 28/06/2004 * Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires * * I.R.I.S.A * Soutenance de Thèse Ali Boudani Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

2 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Plan Le routage multicast Le protocole GXcast Le protocole SEM Le protocole MMT Conclusion Le routage multicast Le protocole GXcast Le protocole SEM Le protocole MMT Conclusion Les types d’arbres multicast Les protocoles de routage multicast Les nouveaux services 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

3 Unicast et Multicast Une copie pour chaque destinataire
Une copie sur chaque branche Un arbre est construit Source (S) Source (S) Destinataire appartenant à un groupe G G Paquet Routeur G G G G G G G G D1 D2 D3 D4 D1 D2 D3 D4 Destinataires D1, D2, D3, D4 membres du groupe G unicast Destinataires D1, D2, D3, D4 membres du groupe G multicast 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

4 Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR
28/06/2004 Les types d’arbres multicast Arbre basé à la source Source (S1) G S1,G S2,G S1,G Arbre des plus courts chemins inverses Source (S2) G G Arbre réduit G Arbre partagé Source (S1) Source (S1) G G *,G *,G Source (S2) Source (S2) G G G G Point de rendez-vous G G 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

5 Les protocoles de routage multicast
IGMP (Internet Group Management Protocol) Les protocoles de routage Intra-domaine DVMRP MOSPF PIM-DM PIM-SM CBT Les protocoles de routage Inter-domaine protocoles à forte densité de membres Arbre basé à la source Inondation protocoles à membres épars Arbre partagé Messages d’adhésion explicites Point de rendez-vous Problème de résistance au facteur d’échelle 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

6 Les protocoles de routage Inter-domaine
Protocoles en mode dense ne sont pas adaptés aux groupes ayant des membres épars PIM-SM / MBGP / MSDP PIM-SM (Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) Protocole de routage multicast chargé de construire l’arbre multicast entre les domaines MBGP (Multi-protocol extensions to BGP4) Utilisé pour décrire la topologie multicast d’un domaine MSDP (Multicast Source Discovery Protocol) Annonce les sources actives dans les différents réseaux BGMP / MASC MASC (Multicast Address Set Claim) Allocation d’adresse stricte BGMP (Border Gateway Multicast Protocol) Construction d’un arbre partagé bidirectionnel Limitations Allocation d’adresses Complexité Sécurité 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

7 Les nouveaux services SSM (Source Specific Multicast)
Notion de canal : <S,G> Source spécifique Xcast (Explicit Multicast) Grand nombre de petits groupes Allocation d’adresse simplifiée Quantité de données à mémoriser par les routeurs paraît coûteuse si les destinataires membres d’un groupe ne sont pas nombreux Différents types d’applications multicast Un seul protocole ? 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

8 Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR
28/06/2004 Plan Le routage multicast Le protocole GXcast Le protocole SEM Le protocole MMT Conclusion Le multicast explicite Les deux protocoles Xcast et Xcast+ Leurs limitations Le protocole GXcast 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

9 Xcast : multicast explicite
Domaine : Un très grand nombre de groupes multicast de petite taille dont les destinataires sont largement dispersés Là où le modèle de multicast traditionnel ne convient pas Objectifs : Améliorer la résistance au facteur d’échelle en éliminant les états de routage multicast à sauvegarder dans les routeurs Eliminer les messages de contrôle et de maintenance d’arbres Réduire les problèmes du multicast en problèmes unicast 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

10 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Le protocole Xcast Data UDP Xcast D1, D2 IP src=S dst= All_Xcast X2U Data UDP IP src=S dst= D1 Data UDP Xcast D3, D4, D5 IP src=S dst= All_Xcast S,G D1 S,G D1, D2, D3, D4, D5, D6 G D1 R4 G D2 Source (S) Data UDP Xcast D1, D2, D3, D4, D5, D6 IP src=S dst= All_Xcast G D3 Data UDP Xcast D3, D4, D5, D6 IP src=S dst= All_Xcast D4 R1 R2 R3 G R8 G D5 R5 R6 R7 G D6 R9 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

11 Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR
Le protocole Xcast+ 28/06/2004 Data UDP Xcast R8 CI=G IP src=S dst= All_Xcast R9 X2M Data UDP IP src=S dst= G Data UDP Xcast R4 CI=G IP src=S dst= All_Xcast R8, R9 Data UDP IP src=S dst= G X2M S,G R4 S,G R4, R8, R9 G D1 R4 G D2 Source (S) Data UDP Xcast R4, R8, R9 CI=G IP src=S dst= All_Xcast M2X G D3 Data UDP IP src=S dst= G G D4 R1 R2 R3 R8 G D5 R5 R6 R7 G D6 R9 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

12 Les avantages et les inconvénients de la technique Xcast
Gestion des états de routage et des messages de signalisation Réaction automatique aux re-routage unicast et ingénierie de trafic simplifiée Mécanisme simple d’allocation d’adresses multicast Inconvénients Baisse de la charge utile !!! Traitement complexe de l’en-tête Changement des en-têtes des paquets à acheminer Utilisation d’unicast plutôt que de Xcast ? IP Xcast 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

13 La fragmentation d’un paquet Xcast
En-tête IP En-tête Xcast D1 ….. Dn Fragmentation IP En-tête IP En-tête Xcast D1..Dm En-tête IP Dm+1..Dn En-tête IP En-tête IP MTU 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

14 Le protocole GXcast (Generalized Xcast) : une généralisation du protocole Xcast
Data UDP Xcast R4 CI=G IP src=S dst= All_Xcast R8 R9 X2M Data UDP IP src=S dst= G Data UDP Xcast R8 CI=G IP src=S dst= All_Xcast R9 Data UDP IP src=S dst= G X2M nM : nombre maximum de destinataires autorisées dans un paquet Xcast S,G R4, R8, R9 S,G R4 G D1 R4 G D2 Source (S) M2X Data UDP Xcast R4, R8 CI=G IP src=S dst= All_Xcast R9 G D3 Data UDP IP src=S dst= G D4 R1 R2 R3 G R8 G D5 R5 R6 R7 G D6 R9 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

15 Etude du paramètre de GXcast
Comportement basique En-tête IP et Gxcast E= 32 octets, MTU minimale = 576 octets, donc: nmax = 135 Nombre de paquets générés admet un minimum nmax / 2 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

16 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Evaluation et simulation du protocole GXcast – taux de surcoût engendré par GXcast Le nombre de paquets générés par GXcast par rapport au multicast, n > nM Le nombre de paquets générés par GXcast par rapport au multicast, n  nM 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

17 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Evaluation et simulation du protocole GXcast – taux de surcoût engendré par GXcast Taux de surcoût unicast par rapport à GXcast Taux de surcoût GXcast par rapport à Xcast 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

18 Le simulateur du multicast explicite dans NS
Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR Le simulateur du multicast explicite dans NS 28/06/2004 Le simulateur du multicast explicite Le scénario de simulation Jeux en réseaux DIS (Distributed Interactive Simulation) d 80, 130, 250, 1000 Taille de données à transmettre à chaque destinataire n 80, 90, 100, 110, 120, 130 Nombre de destinataires par groupe nM 70 Nombre de destinataires maximum dans un paquet GXcast 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

19 Evaluation et simulation du protocole GXcast
La distribution de paquets sur les liens Le surcoût dû aux paquets générés 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

20 Nombre de paquets et volume transmis
- + Destinations Cœur Proche de celui d’Xcast Source volume Nb paquets GXcast par rapport à Xcast + - Destinations - (12 fois) Cœur - (20 fois) Source volume Nb paquets GXcast par rapport à Unicast GXcast est toujours meilleur en termes de délai (incluant le délai induit par la file d’attente et le temps de traitement) 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

21 Le compromis entre GXcast, multicast et unicast
Multicast Explicite Gaspillage de la bande passante Etats de routage Maintenance de l’arbre Temps de traitement Fragmentation GXcast Avantages en termes de délai et de coût Charge utile : le débit est divisé par 2 Le besoin de chercher de nouveaux protocoles Les nœuds de branchement et l’arbre réduit 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

22 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Plan Le routage multicast Le protocole GXcast Le protocole SEM Le protocole MMT Conclusion Les nœuds de branchement et l’arbre réduit Le protocole SEM 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

23 Les nœuds de branchement et l’arbre réduit
S,G Source (S) Source (S) S,G R1 S,G R1 R2 R2 S,G S,G R3 R3 R4 R4 R6 R5 R6 R5 G G G G Des études montrent que le pourcentage de nœuds de branchement sur un arbre est petit : (8 %, 13 %) 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

24 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Le protocole HBH MFT : Multicast Forwarding Table MCT: Multicast Control Table Source MFT S R1 R1 H1 R2 R2 R3 R3 Message join Message tree MCT Message fusion H1 MFT MCT R1 H4 R1 R1 R3 R3 H3 R2 MFT R1 R3 MCT H2 H3 R1 R2 R3 R1 Utilise l’infrastructure unicast pour la transmission des paquets multicast Utilise un canal (S, G) pour définir un groupe Des MFT et des MCT existent encore ? Trop de messages de contrôle (tree) 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

25 Le protocole SEM (Simple Explicit Multicast)
Message Join TCM TCM: Table de contrôle multicast S,G R4 R4, R8 R4, R8, R9 G G R4 Source (S) G R1 R2 R3 G R8 G R5 R6 R7 G R9 G 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

26 Message branch et previous_branch
Le protocole SEM (Simple Explicit Multicast) Message branch et previous_branch Previous_branch S,G R3 TRM TRM: Table de routage multicast TCM S,G R4, R8, R9 G S,G S -- TRM S,G S R4 TRM S,G S R4, R7 TRM S,G R3 TRM G R4 S,G R7 TRM Source (S) G R1 R2 R3 G R8 G S,G R3 -- TRM S,G R3 R8, R9 R5 R6 R7 G Branch S,G R7 TRM R9 G 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

27 Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR
Le protocole SEM (Simple Explicit Multicast) Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR 28/06/2004 Paquet de données SEM S,G R3 TRM TCM S,G R4, R8, R9 G S,G S R4, R7 TRM S,G R3 TRM G R4 S,G R7 TRM Source (S) G R3 G R1 R2 R8 G S,G R3 R8, R9 TRM R5 R6 R7 G S,G R7 TRM R9 G 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

28 Le protocole SEM (Simple Explicit Multicast)
Message Alive S,G R3 TRM TCM S,G R4, R8, R9 G S,G S R4, R7 TRM S,G R3 TRM G R4 S,G R7 TRM Source (S) G R3 G R1 R2 R8 G S,G R3 R8, R9 TRM R5 R6 R7 G S,G R7 TRM R9 G 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

29 Evaluation du protocole SEM
Taille globale des tables de routage Réseau dense 40 % de réduction Réseau clairsemé 80 % de réduction 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

30 Evaluation du protocole SEM
Nombre moyen d’états de routage Surcoût de HBH par rapport à SEM (paquets de contrôle) Topologie MCI 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

31 Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR
Résumé Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR 28/06/2004 Par rapport à GXcast : Plus de charge utile dans un paquet Temps de traitement réduit Par rapport à PIM et HBH : Diminution en taille des tables de routage Par rapport à HBH : Diminution en nombre de messages de contrôle Déterminez quelle peut être la conclusion la plus appropriée à l'assistance et à votre présentation. Résumez la présentation, faites des propositions, recommandez une stratégie, proposez un plan ou définissez un objectif. Ne vous dispersez pas pendant la présentation pour atteindre votre objectif. Les limitations du modèle best effort de l’Internet Problématique de qualité de service avec l’ingénierie de trafic 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

32 Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR
28/06/2004 Plan Le routage multicast Le protocole GXcast Le protocole SEM Le protocole MMT Conclusion L’ingénierie de trafic avec MPLS La difficulté de servir de l’IP multicast dans un domaine MPLS Le protocole MMT 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

33 L’ingénierie de trafic avec MPLS
Routage IP R1 R2 R3 R4 R1 Routing Table Destination Next-hop Router /24 R2 R3 Routing Table Destination Next-hop Router /24 R4 R2 Routing Table Destination Next-hop Router /24 R3 Routage MPLS R5 Chemin explicite R1 R2 R3 R4 3 1 2 8 2 1 R1 Routing Table Destination Port Label / R3 Routing Table Port Label Next-hop Router R4 1 2 7 MPLS Routing Table Port Label Port Label 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

34 Les Difficultés de servir de l’IP multicast dans un domaine MPLS
La construction du LSP (Label Switched Path) L’agrégation de trafic Passage du routage de la couche « Liaison de données » au routage de la couche « Réseau » dans les LSR Framework for MPLS and multicast (RFC 3353) MPLS and PIM-SM (Internet Draft) Aggregated Multicast (Journal of Networks, Software and Applications) arbre agrégé 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

35 Le protocole MMT (Multicast MPLS Tree)
S,G R5, R6 G R1 R4 R5 R3 S,G R4 R2 S R6 G NIMS Le NIMS (Network Information Manager System) collecte les messages d’adhésion et calcule ainsi l’arbre multicast Les messages branch envoyés par le NIMS vers tous les routeurs de branchement Les MPLS LSP entre les routeurs de branchement sont utilisés pour le routage multicast MPLS 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

36 L’entité de gestion (NIMS)
Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR 28/06/2004 L’entité de gestion (NIMS) NIMS Configuration des routeurs de branchement Association des arbres aux LSP Calcul de l ’arbre multicast selon les ressources disponibles IT multicast Domaine Collecte des adhésions aux groupes Création de nouveaux LSP Re-routage LSP Capacité résiduelle Réservation de ressources IT unicast Collecte des informations d’états de liens Configuration des LSP 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

37 La variante MMT2 R1 R4 R5 R3 R2 S R6
Cas où un routeur de cœur est un routeur de branchement Lg L2, L3 G Lg L1 S,G Lg R1 R4 R5 R3 R2 S R6 G NIMS La variante MMT2 et Les arbres agrégés 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

38 Evaluation du protocole MMT
Le simulateur pour le multicast MPLS MNS (MPLS Network Simulator) Diminution en taille des tables de routage multicast 3 réseaux (NSFNET, Abilene, MCI) Temps de traitement des en-têtes multicast dans les routeurs (moyen, max, min) Coût de l ’arbre 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

39 Evaluation du protocole MMT
Le coût de l ’arbre Délai global (moyen) Diminution en taille des tables de routage 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

40 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Conclusion Gestion de petits groupes GXcast : Aucun état de routage Pas de messages de signalisation Permet un nombre élevé de petits groupes SEM : Peu d’états de routage (uniquement dans les nœuds de branchement de l’arbre) Inter-opérable avec les protocoles de routage multicast traditionnel Ingénierie de trafic MMT : La combinaison de multicast et de MPLS Réduit l’IT multicast en une simple IT unicast Réduction de temps de traitement (avec MPLS) Arbre du meilleur chemin qui coïncide avec l’arbre des plus courts chemins en l’absence des contraintes d’ingénierie de trafic Nos résultats montrent que l’IT bénéficie du développement de protocoles spécialisés 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

41 Thèse - Ali Boudani - ARMOR
Publications Articles de Journaux A. Boudani, A. Guitton, B. Cousin. GXcast : une généralisation du protocole Xcast.  Informations, Savoirs, Décisions et Médiations (ISDM), special issue on Majecstic (To appear), 2004. Conférences Internationales A. Boudani, A. Guitton, B. Cousin. GXcast: Generalized Explicit Multicast Routing Protocols.  9th IEEE Symposium on Computer and Communications (ISCC), Alexandria, Egypt, 2004. A. Boudani, B. Cousin. SEM : A New Small Group Multicast Routing Protocol.  10th International Conference on Telecommunications (ICT), Tahiti, Papeete, France, 2003. A. Boudani, B. Cousin. Multicast Routing Simulator over MPLS Networks.  36th Annual Simulation Symposium, Orlando, Florida, USA, 2003. A. Boudani, B. Cousin, J. Bonnin. MPLS Multicast Traffic Engineering.  IEEE ROC&C'2003, Acapulco, Mexique, 2003. A. Boudani, B. Cousin. A New Approach to Construct Multicast Trees in MPLS Networks.  Seventh IEEE Symposium on Computers and Communications (ISCC), Taormina, Italy, Juillet 2002. Conférences Nationales A. Boudani, A. Guitton, B. Cousin. GXcast : une généralisation du protocole Xcast.  Manifestation des Jeunes Chercheurs STIC (Majecstic), Marseille, France, 2003. Rapports de recherche A. Boudani, B. Cousin. Using MPLS for Multicast Traffic Engineering.  Rapport de Recherche IRISA, No1548, 2003. A. Boudani, C. Jawhar, B. Cousin, M. Doughan. A Simulator for Multicast Routing over an MPLS Network.  Rapport de Recherche IRISA, No1493, Octobre 2002. Divers A. Boudani, A. Guitton, B. Cousin. GXcast: Generalized Explicit Multicast Routing Protocol.  draft IETF: draft-boudani-gxcast-00.txt, 2003. A. Boudani, B. Cousin. The MPLS Multicast Tree (MMT).  draft IETF: draft-boudani-mpls-multicast-tree-00.txt, Novembre 2001. A. Boudani, B. Cousin. Simple Explicit Multicast (SEM).  draft IETF: draft-boudani-simple-xcast-00.txt, Juin 2001. 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

42 Merci de votre attention
Soutenance de thèse par Ali Boudani - ARMOR 28/06/2004 Merci de votre attention 28/06/2004 Thèse - Ali Boudani - ARMOR Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic