Redes i pmulticast

Versión 28/02/11

:: Redes ::

aplicación

transporte

red
IP multicast
enlace
Redes : : IP multicast

física

David Villa <David.Villa@uclm.es> :: http://www.inf-cr.uclm.es/www/dvilla/
1

Contenidos

Introducción

Grupos Multicast

IGMP

Enrutamiento Multicast

2

Introducción

El envío de datagramas en IP es de dos tipos:
● Unicast. Un origen a un solo destino.
● Broadcast. Un origen a todos los hosts de la sub-red. Los
encaminadores no permiten que estos datagramas salgan de la
sub-red
Algunos tipos de aplicaciones necesitan un método eficiente
para enviar mensajes a un grupo de nodos en cualquier
parte de la red.
Se trata de evitar que el origen tenga que enviar una copia del

mensaje a cada destino.

3

Grupos multicast

IP multicast permite el envío de datagramas a un grupo
concreto de nodos.
El grupo completo de nodos se identifica por una única
dirección IP (una dirección multicast)
Los grupos son dinámicos, los nodos pueden entrar y salir de
un grupo en cualquier momento. Un nodo puede ser miembro
de varios grupos de forma simultánea.
No hay limitaciones en el número de nodos que pueden estar
un grupo.

4

Grupos multicast

Un nodo puede enviar a un grupo sin pertenecer a él.

Los grupos pueden ser permanentes o temporales.

Los grupos permanentes tiene dirección IP fijas asignadas

Los grupos temporales existen sólo mientras tengan
miembros.

5

Direcciones multicast

Todas las direcciones multicast son de clase D.
Cada dirección identifica un grupo multicast: 228 grupos
Algunas direcciones multicast especiales:
●
224.0.0.0 - Reservado
●
224.0.0.1 - Todos los hosts de esta red
●
224.0.0.2 - Todos los enrutadores de esta red
●
224.0.0.5 - Todos los enrutadores OSPF
●
224.0.0.11 - Todos los agentes móviles

Nota
Lista de direcciones IP multicast asignadas estáticamente:
Lista de direcciones IP multicast asignadas estáticamente:
http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses
http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses

6

Envío de paquetes multicast

El envío de datagramas IP multicast a otras redes lo realizan
enrutadores multicast. Pueden utilizarse enrutadores
unicast/multicast o se puede usar otros específicos.
Operación de envío:
● Un nodo transmite un paquete IP multicast (en una trama Ethernet
multicast), llegando a todos los miembros del grupo en la sub-red.
● Los enrutadores de la sub-red son responsables de hacer llegar ese
paquete a todas las redes en las que haya miembros de ese grupo.
● En las redes distantes, el enrutador debe encapsular el paquete sobre
una trama multicast para que llegue a todos los nodos suscritos al

grupo.

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Multicast en el nivel de enlace

En la LAN, los paquetes IP multicast se encapsulan en tramas muticast.
La dirección física multicast se construye a partir de un patrón de 25 bits
más los 23 bits de la dirección IP del datagrama

IP clase D: 32 bits
23 bits

1110

01:00:5E:0

Ethernet: 48 bits

En una WAN donde raramente se soporta multicast, el datagrama

multicast se encapsula en un datagrama unicast (tunneling)

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Ventajas y desventajas

Ventajas
● Se ahorra ancho de banda
● Disminuye la carga de los servidores
Desventajas
● Distribución no confiable de los paquetes. No se puede usar TCP
● Duplicación de paquetes, debida a errores de enrutamiento
● Congestión. Las aplicaciones multicast no pueden implementar
un mecanismo de control como el de TCP.

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Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol)

Es un protocolo específico para la gestión de grupos multicast.
Los nodos de una red local lo utilizan para notificar a los enrutadores
multicast su entrada y salida de los grupos
Formato del mensaje IGMP:
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
tiempo máximo
tipo checksum
de respuesta
dirección del grupo

● tipo: a) pregunta general o especial (0x11), b) informe de membresía (0x16)

y c) salida (0x17)
● tiempo máximo: un valor tiempo (en decenas de segundos) en el que una
petición será respondida.
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Protocolo IGMP

Formato del mensaje IGMP: tipo:
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1  a) pregunta general o
tipo
tiempo máximo
checksum
especial (0x11),
de respuesta
 b) informe de
membresía (0x16)
 c) salida (0x17)

● tiempo máximo: un valor tiempo (en decenas de segundos) en el que una
petición será respondida.
Encapsulación:
cabecera datos

IGMP IGMP
cabecera IP
TTL:1 área de datos IP
cabecera terminador
de trama área de datos de la trama de la trama

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Protocolo IGMP :: operación

Los enrutadores multicast utilizan IGMP para aprender las
direcciones de los grupos con miembros en la sub-red
Un enrutador multicast mantiene una lista de grupos.
Cuando un nodo quiere entrar en un grupo envía un paquete de
petición de suscripción. Si el nodo sabe que hay otros
miembros activos no envía nada.

petición para entrar en el grupo

0x16 0

host o enrutador

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Protocolo IGMP :: salir de un grupo

Cuando un nodo quiere dejar un grupo, envía un mensaje de salida
del grupo a 224.0.0.2 (todos los enrutadores multicast de la sub-red)
Cuando el enrutador interrogador recibe un mensaje de salida envía
un mensaje de pertenencia a ese grupo para averiguar si queda
algún nodo más, antes de abandonarlo él mismo.

petición para salir del grupo
0x17 0

comprobación especial de membresía
0x11 100

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Protocolo IGMP :: mantenimiento de grupos

Un enrutador (el interrogador) envía periódicamente mensajes IGMP de
pertenencia a grupos a la dirección 224.0.0.1. (todos los nodos mcast)
Cuando un nodo recibe ese paquete inicia un temporizador aleatorio para
cada uno de los grupos a los que pertenece.
Cuando el temporizador expira, envía un mensaje de pertenencia.
Si el enrutador no recibe ningún mensaje de pertenencia después de ese
tiempo, elimina a su vez su suscripción al grupo.

comprobación general de membresía

0x11 100
0.0.0.0

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Diferencias con el enrutamiento unicast.
● Entra un solo datagrama pero puede ser necesario generar
copias que saldrán por varios interfaces.
● La tabla de enrutamiento es más compleja y más costosa de
mantener.
El datagrama unicast se enruta a través de un grafo, mientras
que el multicast se enruta a través de un árbol.
Hay dos clases de árboles
● Árbol con raíz en el origen del paquete

● Árbol compartido

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Enrutamiento Multicast :: Árboles

Árbol de núcleo

Árbol con raíz en el origen

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Tipos de árboles
● bidireccionales.
● unidireccionales.

Árbol de núcleo bidireccional

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Tipos de árboles
● bidireccionales.
● unidireccionales.

Árbol de núcleo bidireccional

Árbol de núcleo unidireccional

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La mayoría de los protocolos de enrutamiento multicast utilizan
la técnica RPF (Reverse Path Fordwarding), Reenvío por Ruta
Inversa
La información de enrumatiento se puede obtener de la tabla de
enrutamiento unicast o usar una especifica, como DVMRP
(Distance Vector Multiple Routing Protocol)
La transmisión multicast se puede limitar de dos modos:
● Con un umbral TTL
● Utilizando direcciones con el prefijo 239.0.0.0/8 que no se
transmiten fuera de una red corporativa

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Tipos de protocolos:
de modo denso (DVMRP y PIM-DM): Asumen que en cada red
existe, al menos, un receptor activo en cada grupo
de modo disperso (PIM-SM y CBT): En este caso, se asume que
la mayoría de las redes no tiene ningún receptor para los grupos
activos.
de estado de enlace (MOSPF): Es como los protocolos de modo
denso, pero el método de actualización de las tablas está basado
en OSPF.

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Enrutamiento Multicast :: Protocolos de modo denso

Utilizan la inundación y poda de ramas en la transmisión de
paquetes a un grupo.
Pasado un tiempo, un enrutador vuelve a enviar paquetes
multicast de un grupo podado.
Los enrutadores que han enviado un mensaje de poda, y
desean volver a recibir paquetes del grupo podado, envían un
mensaje “injerto”
Utilizan árboles con raíz en el origen.

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Enrutamiento Multicast :: Protocolos de modo disperso

Usan árboles de núcleo.
Los enrutadores suponen que, por defecto, no ningún host
interesado en ningún grupo multicast.
Cuando un enrutador tiene un nodo que pertenece a un grupo,
envía una solicitud al enrutador siguiente con destino en la raíz del
árbol del grupo.
Cuando un enrutador no tiene receptores de un grupo concreto,
envía un mensaje de poda al siguiente enrutador hacia la raíz del
árbol de ese grupo.

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Referencias

Se recomienda repasar y profundizar el contenido de este tema utilizando (al
menos) la siguiente bibliografía básica:
B.F. Transmisión de datos y redes de comunicaciones, cuarta edición 2007.
● Sección 21.3 y 22.4.

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