Multicast protocole de routage Cécile Munier Christine Krauth Fabien Fischer

INTRODUCTION Aujourd’hui le multimédia occupe une place importante dans les données transmises. L’audio, par exemple ne supporte aucun retard de transmission et les paquets doivent être transmis dans l’ordre. Ces données transmises nécessitent une large bande passante c’est pour cette raison qu’il a fallu adapter des protocoles au temps réel avec une bonne qualité de service.

Exemple : bande passante audio

Application : télé-séminaire Multicast un seul flux d'information

Définitions Unicast (ou point à point) : permet à toute machine d’en joindre une autre où qu’elle soit dans le réseau. Une connexion est ouverte pour chaque interlocuteur même si l’information à leur transmettre est identique (vers un seul destinataire). Broadcast : permet à toute machine sur le réseau de joindre toutes les machines du réseau auquel elle appartient et ceci avec une seule instance de l’information (vers tous les équipements du LAN). Multicast : une seule instance des informations à transmettre est émise par l’émetteur, les routeurs multicast se chargent ensuite de véhiculer ces données vers les récepteurs désirant recevoir cette information (les stations s’étant abonnées à un groupe multicast donné).

Avantages et inconvenients Unicast : redondance d’informations qui a pour effet d’augmenter le trafic proportionnellement au nombre de connexions mais elles atteindront seulement les stations qui devront recevoir les données. Broadcast : pas de duplication de l’information mais les données atteindront même les stations qui n’ont pas à recevoir ces données.

Une adresse multicast ne peut être que destinataire. Les sources ont toujours une adresse unicast. Le niveau Liaison de données n'utilise pas ARP : mécanisme de correspondance @IP multicast -> @Ethernet multicast Une source n’est pas obligatoirement membre du groupe auquel elle envoie un flux multicast.

Intérêt multicast Multicast : reprend les avantages de ces deux modes de diffusion. Permet la communication de groupe - un vers plusieurs - plusieurs vers plusieurs - abonnement et désabonnement dynamiques Utilisation meilleure de la bande passante - quand il y plusieurs flux les mêmes données ne circulent pas plusieurs fois sur le même lien solution : utilisation d’adresses de groupes

Les groupes multicast Une station cliente doit être à l ’écoute d ’une adresse IP multicast. Le groupe multicast a une adresse multicast de classe D 224.0.0.0 -> 239.255.255.255 Réservation de plages d'adresses spécifiques : 224.0.0.* : utilisation locale sur le LAN 224.0.0.1 : tous les hosts multicast du LAN 224.0.0.2 : tous les routeurs multicast du LAN 239.*.*.* : "administatively scoped addresses toutes les autres adresses ont une portée non limitée

Le groupe multicast n'est pas limité au réseau local routage vers les adresses de groupe : routage multicast @multicast commençant par 224.0.0 sont réservées aux protocoles de routage ainsi qu’aux tâches de bas niveau comme la découverte de passerelles et l’obtention d ’informations sur les groupes. @multicast commençant par 239 sont réservées aux diffusions sur le réseau local par convention.

Envoi de paquets Application UDP inchangé IP Ethernet mapping 0x 01 00 5E ______________________________ 23 bits de droite de l'@ IP destination 24eme bit = 0

Mbone : Multicast Backbone Virtual Internet backbone for Multicast IP La partie de l ’Internet utilisant le multicast est appelée Mbone. Il est en place depuis 1992. Définition : Le Mbone est un réseau virtuel consistant en des portions d ’Internet supportant le multicast appelées « islands ». Les données multicast transitant sur des portions ne supportant pas le multicast sont considérées comme des données unicast. Ce procédé est appelé « tunneling », il consiste à encapsuler les datagrammes IP multicast dans les datagrammes IP unicast.

Les outils : - pour annoncer la diffusion de programmes multimédia (SDR) - pour assister les utilisateurs à rejoindre les groupes (SDR) - pour suivre ou diffuser les programmes audio vidéo (VAT, VIC..) Topologie : - maillage des réseaux régionaux par des machines "mroutées" à travers des tunnels. - étoiles au niveau du réseau du site. - hiérarchie. Application : transmettre de façon multicast de l’audio et de la vidéo en direct pour retransmettre des conférences, des images des astronautes travaillant dans l’espace.

La topologie du MBone routeur multicast routeur multicast 9

La topologie du MBone Tunnel multicast routeur multicast routeur 9

LES PROTOCOLES Le protocole de gestion des groupes multicast est: - IGMP ( Internet Group Management Protocol ) Les protocoles de routage multicast utilisés sont : - DVMRP ( Distance Vector Multicast Routing Protocol) - PIM (Protocol - Independant Multicast) Les protocoles de transport utilisés sont: - RTP (Real Time Transport Protocol) - RTCP (Real Time Transport Control Protocol) (implémentés dans l’application)

Les protocoles de gestion IGMP IGMP est un protocole de transport au-dessus d ’IP. Ses messages sont véhiculés dans des datagrammes IP. Protocole d'interaction entre le routeur multicast du LAN et les stations hôtes du LAN. Permet aux hôtes de s'abonner à un groupe et de dire au routeur : “envoyez une copie du paquet à cette adresse”

le routeur envoie toutes les 60 secondes une sollicitation aveugle à l’@ 224.0.0.1 (query ) “à quel(s) groupe(s) voulez vous vous abonner ?” et attend les réponses le(s) hôte(s) renvoie(nt) un “IGMP report” (request) qui indique l’adresse du ou des groupes qui l’intéressent si le routeur ne reçoit aucune réponse pour un groupe donné - il arrête la réemission des paquets multicast de ce groupe - le groupe est réputé sans abonné local

- Quand l’hôte reçoit la sollicitation (query), le routeur fixe un délai aléatoire de réponses pour éviter que toutes les réponses arrivent au même moment. - Quand un hôte du groupe a répondu, les autres n’ont plus besoin de répondre. Le routeur définit une temporisation sur les abonnements aux groupes multicast avant de solliciter à nouveau tous les hôtes. Un routeur est élu entre tous les routeurs : c’est le Dominant Router (DR) ou Designated Router il est seul à émettre les IGMP Queries Election du DR : @IP la plus petite le DR n’est pas forcément le routeur qui transmet les paquets multicast.

Les protocoles de routage Les protocoles de routage les plus employés sont aujourd’hui : - DVRMP ( Distance Vector Multicast Routing Protocol) - PIM (Protocol - Independant Multicast) Leur rôle est de créer des chemins efficaces à travers le réseau (délivrance efficace des données multicast et économie de la bande passante).

DVRMP Protocole orienté « forte densité de clients » : - Ce protocole suppose qu’il y a des membres des groupes multipoint sur la plupart des réseaux et que l’absence de membres constitue l ’exception pour laquelle il y aura transfert d’information entre routeurs. - Principe : Création d’un arbre de diffusion pour chaque source S (machine émettrice). L’arbre est construit depuis la source S vers les membres du groupe R (machines réceptrices) par inondation (envoi de datagrammes multicast à tous les routeurs) suivie d ’un élagage. DVRMP est un algorithme de routage de type RPM (Reverse Path Muticasting), l’implémentation la plus connue est Mrouted.

Exemple:Mrouted sous Unix C ’est une application chargée de gérer les tables de routage et les fonctions du système pour la retransmission des datagrammes multicast entre réseaux. Agit en mode dense : flooding + pruning 1 - on inonde (flooding ) tout l'arbre multicast. 2 - ceux qui ne sont pas intéressés le disent. 3 - ils sont élagués de l’arbre (pruning ) ou se raccrochent ensuite (graft). Pour éviter les boucles => algorithme RPF Reverse Path Forwarding

Reverse Path Forwarding (RPF) un routeur transmet un paquet multicast si le datagramme est reçu sur l’interface utilisée pour envoyer un paquet unicast vers la source (reverse ) Test RPF : Oui : paquet retransmis, on inonde Non : paquet est mis à la poubelle un paquet est retransmis vers toutes les interfaces du routeur SAUF l’interface RPF d’entrée

Reverse Path Forwarding (RPF) Source A D B C E multicast

Reverse Path Forwarding (RPF) Source A D B C E unicast Paquets multicast non retransmis multicast

DVMRP utilise son propre routage unicast variante de RIP pour déterminer le critère RPF et décider de retransmettre un datagramme multicast. Le routage Unicast est nécessaire pour localiser les Sources multicast. Les paramètres du protocole sont : - le nombre de sauts (hops) - les métriques et les seuils (Threshold ). Association d’un métrique et d’un seuil (threshold) à chaque tunnel.

Tunnels DVMRP : Structure logique faisant abstraction de la topologie physique sous-jacente du réseau. Le seuil indique si un datagramme multicast peut être réémis en le comparant à son TTL. Obligation d’utiliser des tunnels car certains routeurs ne font pas du multicast.

PIM Protocole orienté « faible densité de clients » : - Ce protocole suppose que les membres du groupe multipoint sont très dispersés et peu nombreux par rapport au nombre de réseaux desservis. - Principe : Création d’un arbre de diffusion partagé par tous les membres d’un groupe G. Chaque membre doit joindre l ’arbre explicitement vers un routeur qui maintient des informations sur la source S et le groupe G. Cette technique n’engendre pas de trafic supplémentaire pour maintenir l’arbre de diffusion.

Les stations hôtes Par défaut, le driver d'une station écoute deux adresses Ethernet : la sienne et celle de broadcast (FF...FF) Les autres adresses Ethernet doivent être explicitement programmées dans le driver. Au minimum, il faut écouter : équivalent Ethernet de 224.0.0.1 équivalent Ethernet du répertoire des sessions Mbone Par défaut, le driver d'une station écoute deux adresses Ethernet : la sienne et celle de broadcast (FF...FF) Les autres adresses Ethernet doivent être explicitement programmées dans le driver Au minimum, il faut écouter : equivalent Ethernet de 224.0.0.1 equivalent Ethernet du répertoire des sessions MBone hdhhdhd

Exemple:sur un campus sur un campus: redistribuer les flux multicast pour éviter les flux inutiles Participer au Fmbone (partie française du Mbone) préférer PIM aux tunnels quand cela est possible

Sur le campus réseau régional

CONCLUSION La technologie du multicast a été adoptée par de nombreuses entreprises comme la NASA ou Microsoft . Les premiers champs d’utilisation du multicast sont la visioconférence en temps réel mais aussi la distribution de fichiers, la mise à jour de librairies de virus, la mise à jour de BDD. Depuis 1998, la topologie de FMbone tente de se calquer au mieux à la topologie de RENATER.