Multicast v IPv6
Janez Sterle
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Laboratorij za telekomunikacije
Kamniška Bistrica, 2011
Multicast v IPv6

Uvod

Osnovni koncepti delovanja

Novosti

Vpeljava multicast

LTFE Facefeed
Zgodovina multicast

1989


1995



ustanovljen MBONE (Multicast backBONE)
veliko interesa za multicast s strani industrije in podjetij
1997 - 2000


IGMPv1
“Hype got ahead of technology”
2000 - 2007 – postavljeni realni temelji za multicast prek IP


standardiziran PIM-SM
multicast storitveni model se je razdelil



ASM – multipoint-to-multipoint
SSM – point-to-multipoint
“Killer app” za multicast


distribucija borznih informacij
Triple Play – video (multicast), govor, podatki
3
Multicast v IPv6

1999


2004


Protokol MLDv1 – ekvivalent IGMPv2
Protokol MLDv2 – ekvivalent IGMPv3
Referenčne implementacije IPv6 Multicast

IPv6 Multicast Enables IPTV service (NTT-East)


CESNET


www.ipv6style.jp/en/action/20040902/index.shtml (2004)
www.cesnet.cz/doc/techzpravy/2007/cesnet-ipv6-multicast/ (2007)
JANET

www.ja.net/documents/publications/technical-guides/ipv6-multicastweb.pdf
4
Referenčne implementacije

Opozorilni sistem proti potresom na osnovi IPv6 Multicast
5
Primerjava unicast in multicast

Unicast prenosni način


prenos enega podatkovnega toka enemu končnem odjemalcu
Multicast prenosni način

simultan prenos enega podatkovnega toka skupini odjemalcev
Unicast
prenos
Multicast
prenos
6
Prednosti multicast


Zmanjša količino prometa

zmanjšajo se obremenitve strežnikov

zmanjšajo se obremenitve omrežnih naprav

unicast – število sej je ekvivalentno številu končnih uporabnikov

multicast – število sej je ekvivalentno številu programov / storitev /
aplikacij
Omogoča “multipoint” aplikacije

prenos videa v živo (IPTV), prenos zvoka v živo (internetni radio)


BBC Radio, BBC Television
distribcija borznih informacij


NASDAQ, NYSE, NIKKEI, FTSE
IPTV (3Play)
Multicast
Unicast
0.8
Promet
v Mbit/s
0.6
0.4
0.2
0
1
20
40
60
80
100 Odjemalci
7
Multicast v IPv6

Uvod

Osnovni koncepti delovanja

Novosti

Vpeljava multicast

LTFE Facefeed
Multicast protokoli

Komunikacija med robnimi usmerjevalniki in odjemalci


protokol IGMP (IPv4), protokol MLD (IPv6)
Komunikacija med jedrnimi usmerjevalniki

IPv4: PIM-DM, PIM-SM, PIM-SSM, PIM-BiDr, MOSPF

IPv6: PIM-SM, PIM-SSM, PIM-BiDr
Dostopovno omrežje
protokola IGMP ali MLD
Distribucijsko omrežje
usmerjevalni
protokoli multicast
Dostopovno omrežje
protokola IGMP ali MLD
Odjemalci
multicast
Usmerjevalniki s
podporo multicast
Strežniki
multicast
9
Značilnosti multicast

Multicast aplikacije delujejo po principu nepovezavnih
sistemov

za transport se uporablja protokol UDP

ne zagotavlja zanesljive dostave datagramov

ne vsebuje mehanizmov za kontrolo zamašitev v omrežju

Posamezni datagrami lahko prihajajo v nepravilnem
vrstnem redu

Tehnologija multicast nima lastnih varnostnih mehanizmov

vsaka naprava lahko prične oddajat v določeno multicast skupino

vsaka naprava se lahko prijavi v multicast skupino
10
Klasičen storitveni model multicast


Model ASM (Any Source Multicast)

temelji na odprtem storitvenem modelu

vsak terminal je lahko sprejemnik in/ali oddajnik za določeno
multicast skupino oziroma multicast kanal
Multicast skupina oziroma grupa (Multicast Group)

skupina uporabnikov, ki sprejemajo promet na določenem multicast
naslovu

določena je z multicast skupinskim naslovom

notacija (*,G)

Prijavljanje in odjavljanje odjemalcev v multicast skupino
poteka s protokolom MLDv1

Model ASM je prilagojen za aplikacije tipa "multipoint-tomultipoint"

obstaja lahko več izvorov multicast prometa za isto multicast skupino
11
Koncept delovanja ASM

Multicast strežnik oddaja podatkovni tok
(datagrame IPv6) v izbrano multicast
skupino

oddajnik ne ve, kdo so multicast sprejemniki
ter njihovega števila

oddajniku ni potrebno biti prijavljen v
multicast skupino, v katero oddaja podatkovni
tok

oddajnikov v eno multicast skupino je lahko
več


Strežnik
multicast
FF08:12::1
Strežnik
multicast
PIM
"multipoint-to-multipoint" aplikacije – (video
konferenca)
Odjemalci (terminal, PC, STB) se lahko
dinamično prijavljajo in odjavljajo v
multicast skupino

neodvisno od lokacije

neodvisno od njihovega števila
MLD
Strežnik
Multicast
Odjemalci multicast
12
Storitveni model SSM

SSM – Source Specific Multicast

Multicast kanal je določen s ponornim multicast naslovom
ter izvornim unicast naslovom oddajnika



notacija (S,G)
Prilagojen je za aplikacije tipa "point-to-multipoint"

en izvor multicast prometa za izbrano multicast skupino

internetna televizija, internetni radio

3Play – IPTV
Potrebni protokoli

“predelava PIM-SM” za Source Specific Multicast (PIM-SSM)

protokol MLDv2
13
Koncept delovanja SSM

Prijava odjemalca v multicast
skupino


Vsak multicast kanal SSM ima



multicast naslov in unicast
naslov multicast strežnika (S,G)
natanko en izvor multicast
prometa
strežnik
multicast 1
strežnik
multicast 2
IP1 = 2001:14::1
IP2 = 2001:14::2
poljubno mnogo multicast
odjemalcev
Tipična uporaba

3Play – IPTV
kanal multicast 2
2001:14::2
FF38::1
kanal multicast 1
2001:14::1
FF38::1
odjemalci multicast
14
Multicast v IPv6

Uvod

Osnovni koncepti delovanja

Novosti

Vpeljava multicast

LTFE Facefeed
Primerjava IPv4 in IPv6 multicast
IPv4
IPv6
Naslavljanje
Razred D (28 bitov)
224.0.0.0 – 239.255.255.255
112 bitov
FFxx::/8
Upravljanje skupin
IGMPv1, IGMPv2, IGMPv3
MLDv1, MLDv2
Multicast na stikalu
Ethernet
IGMP snooping, IGMP proxy
MLD snooping, MLD proxy
Omejevanje dosega
Boundary (proprietary),
239.0.0.0/8
Scope identifier
Usmerjanje/posredovanje
PIM-DM, PIM-SM, PIM-SSM
PIM-SM, PIM-SSM
Določitev RP (PIM-SM)
ročno, auto-RP, BSR
ročno, embedded RP, BSR
Meddomensko
povezovanje
MSDP, PIM-SSM
PIM-SSM,
PIM-SM (embedded RP)
16
Pregled IPv6 multicast naslovov

FF00::/8


FF30::/12


SSM multicast naslovi
FF70::/12


multicast naslov sestavljen iz IPv6 unicast naslova
FF3x::/32 (rezervirani), FF3x::/96 (danes veljavni)


IPv6 multicast naslov
multicast naslovi z vsebovanim naslovom RP (embedded RP)
FF02::1:FFxx:xxxx

"Solicited-Node” multicast naslovi
17
IPv6 multicast naslavljanje 1/2

IPv6 multicast skupinski naslovi

rezerviran blok naslovov IPv6


določajo skupino multicast odjemalcev

odjemalcem se dodeljujejo dinamično


protokol MLDv1, MLDv2
Vgrajen imajo mehanizem, ki določa njihov doseg “scope”


FF00::/8
vmesnik, lokalno omrežje, omrežje organizacije, internetno omrežje ...
Podrobna razdelitev multicast naslovnega prostora

www.iana.org/assignments/ipv6-multicast-addresses/ipv6-multicastaddresses.xml
18
IPv6 multicast naslavljanje 2/2

Sestava IPv6 multicast naslova – RFC 4291

Scope vrednosti (HEX) – 15 možnih nivojev

1 => Interface-Local scope

2 => Link-Local scope
Internet
Omrežje
organizacije

4 => Admin-Local scope

5 => Site-Local scope

8 => Organization-Local scope

E => Global scope

Oznake 6–7 ter 9–D so nedodeljene, lahko se uporabljajo
Ethernet
segment
Na robnih usmerjevalnikih se določi
v katero območje (scope) spadajo
19
Uporaba scope funkcije

Primer uporabe funkcije “scope” na usmerjevalniku Cisco
R(config)#interface fastEthernet 0/1
R(config-if)# ipv6 multicast boundary scope 8
Multicast
odjemalec
Internet
(Scope = E HEX)
Omrežje organizacije
(scope = 8 HEX)
FF08:12::1
Multicast
strežnik
Ethernet
segment
FF0E:12::1
20
Posebni IPv6 multicast naslovi 1/4

Multicast naslov zgrajen iz unicast naslova – RFC 3306

vsak, ki ima lasten IPv6 “unicast prefix", lahko izračuna svoj globalno
unikaten multicast naslov IPv6

flags vrednosti = 3 (HEX) => “unicast based multicast address”


Flags 00PT (bin) => P=T=1 (bin) => 0011 (bin) => 3 (HEX)

Scope => klasična uporaba

Reserved => biti postavljeni na vrednost 0

Plen => določa število bitov, ki imajo pomen v “network prefix”

Network prefix => biti, ki določajo pripadajoči “IPv6 unicast prefix”

Group ID => biti, ki jih določi uporabnik
primer:

IPv6 unicast prefix: 1234:5678:9abc::/48 => 48 prefix => 30 prefix (HEX)

Pripadajoči IPv6 multicast naslov: FF38:0030:1234:5678:9abc:0000:0000:0001
21
Posebni IPv6 multicast naslovi 2/4

SSM Multicast naslov – RFC 3306

vrednosti polj

flags vrednosti = 3 (hex)



00PT => P=T=1 (bin)

Scope => veljavna vrednost, ki je >= 3 (hex)

Reserved => biti postavljeni na vrednost 0

Plen => biti postavljeni na vrednost 0

Network prefix => biti postavljeni na vrednost 0

Group ID => biti, ki jih določi uporabnik
primer: FF3X::/32

FF35::1 – doseg “site local”

FF3E::1 – internetni doseg
IPv6 Multicast Addresses Guidelines – RFC 3307
22
Posebni IPv6 multicast naslovi 3/4

Multicast naslov z vsebovanim naslovom RP

RP – Rendezvous Points => multicast usmerjanje (PIM-SM)

vrednosti R, P in T (flags) morajo biti postavljene na 1 (bin)

0RPT == 0111 (bin) => 7 (hex)
Primer za RP naslov
1234:5678:9abc::1
23
Posebni IPv6 multicast naslovi 4/4

Naslov "Solicited-Node"

multicast naslov, ki se uporablja v procesu iskanja sosedov




mapiranje IPv6 naslovov v naslove MAC
iskanje sosedov v IPv4

pošlje se zahteva ARP tipa broadcast

vse naprave v Ethernet domeni procesirajo zahteve ARP
iskanje sosedov v IPv6

pošlje se sporočilo ICMP "Neighbor discovery"

kot ciljni naslov se uporabi "solicited-node address"

samo napravi, ki ji pripada iskani naslov IPv6, se dostavi sporočilo
primer izračuna naslova "solicited-node“
Iskani gostitelj IPv6
64 bitov
64 bitov
Unicast prefix
interface ID
24 bitov
Izračunani naslov
multicast "solicited-node"
FF02:
::
:1:FF
24
Multicast v IPv6

Uvod

Osnovni koncepti delovanja

Novosti

Vpeljava multicast

LTFE Facefeed
Vpeljava IPv6 multicast

Multicast za svoje delovanje potrebuje unicast podporo v
omrežju

1. korak


vpeljava IPv6 (unicast) v omrežje
2. korak

vpeljava ipv6 multicast v omrežje
26
Vpeljava IPv6 unicast na FE 1/2

Pregled in popis infrastrukture IKT

Pridobivanje naslovnega prostora


vsaka članica UNI-LJ lahko dobi blok /48
Načrtovanje naslavljanja – primer UNI/FE

hrbtenica, DMZ, skupne službe, učilnice, wifi, laboratoriji, kabineti…

npr. največji dodeljeni blok /56 – laboratorij z lastnim usmerjanjem

npr. najmanjši dodeljeni blok /64 – kabinet

Načrtovanje varnostne politike!

Vpeljava v hrbtenici omrežja

usmerjanje RIPng, OSPFv3
48 bitov
001
16 bitov
Global routing prefix
RIPE
Arnes
Fakulteta
Kabinet
64 bitov
Subnet ID
Interface ID
/23
/32
/48
/64
Vpeljava IPv6 unicast na FE 2/2

Vpeljava na varnostnih elementih


Vključitev omrežnih servisov IPv6



Windows, Linux, MAC OS – privzeta podpora
Vključitev javnih servisov

spletni strežniki, Mail …

IPv6 in “Load balancers”?
Windows domena?


DNS, DHCP, SLAAC
Vključitev končnih uporabnikov


požarna pregrada, IPS, Proxy
DC, DNS, DHCP, RADIUS …
Pregled namenskih aplikacij?

NAT-PT?
Vpeljava IPv6 multicast 1/7


Izbira multicast modela

ASM – multipoint-to-multipoint aplikacije (npr. video konference ...)

SSM – point-to-multipoint aplikacije (npr. IPTV ...)
Izbira storitvenega modela določa način delovanja omrežja!

ASM model

odjemalci – podpora za MLDv1/v2

usmerjanje – PIM-SM



način določitve RP: na roke, BSR, embedded RP
multicast naslovna shema

RP določen „na roke“ ali z BSR – vsakemu uporabniku, ki ima IPv6 prefix,
pripada multicast naslov

Embedded RP – potrebna je posebna naslovna shema!
SSM model

odjemalci – podpora za MLDv2

usmerjanje PIM-SSM
29
Vpeljava IPv6 multicast 2/7

Načrtovanje naslavljanja ASM – RP določen na roke ali z
BSR

izračun globalnega multicast naslova iz unicast prefix

upoštevanje mapiranja IPv6 v Ethernet MAC – določitev group ID

uporaba zadnjih 32 bitov naslova IPv6



upoštevanje priporočil IANA – RFC 3307, RFC 3306

::0000:0001 do ::3fff:ffff – multicast skupine določene s strani IANA

::4000:0000 do ::7fff:ffff – multicast group ID določeni s strani IANA

::8000:0000 fo ffff:ffff – multicast skupine
delitev med ASM in SSM naslove
upoštevanje dosega “scope identifier”

laboratorij, FE, UNI, SLO, internetne storitve/aplikacije
30
Vpeljava IPv6 multicast 3/7
Načrtovanje
naslavljanja ASM
IANA
APNIC
/23
ARIN
/23
RIPE NCC
/23
Telekom
Arnes
2a00:ee0/32
2001:1470::/32
FE
2001:1470:fffe::/48
Lokacija, Lj
Unicast: 2001:1470:fffe:100::/56
Multicast: FF38:0038: 2011:1470:fffe:100 ::/96
LACNIC
/23
LACNIC
/23
Fakulteta X
Lokacija, Kr
Unicast: 2001:1470:fffe:200::/56
Multicast: FF38:0038: 2011:1470:fffe:200::/ 96
31
Vpeljava IPv6 multicast 4/7
Načrtovanje
dosega
Internet
Scope E
ARNES
2001:1470::/32
Hrbtenično omrežje Arnes
Scope 9
FE
2001:1470:fffe::/48
Omrežje organizacije
Scope 8
Ljubljana
Lokacija
Scope 5
Kranj
Fakulteta X
Omrežje organizacije
Scope 8
Lokacija
Scope 5
Lokacija
Scope 5
Lokacija
Scope 5
32
Vpeljava IPv6 multicast 5/7

Unicast naslov: 2001:1470:fffe:100::/56

Multicast naslovi

Internet – “scope E”


FF39:0038:2001:1470:fffe:100::/96
Internet
Scope E
Omrežje FE – “scope 8”


FF3E:0038:2001:1470:fffe:100::/96
Hrbtenično omrežje Arnes – “scope 9”


Načrtovanje
dosega
FF38:0038:2001:1470:fffe:100::/96
Ljubljana – “scope 5”

ARNES
2001:1470::/32
FF35:0038:2001:1470:fffe:100::/96
Hrbtenično omrežje Arnes
Scope 9
FE
2001:1470:fffe::/48
Omrežje organizacije
Scope 8
Ljubljana
Lokacija
Scope 5
Kranj
Fakulteta X
Omrežje organizacije
Scope 8
Lokacija
Scope 5
Lokacija
Scope 5
Lokacija
Scope 5
33
Vpeljava IPv6 multicast 6/7

Načrtovanje varnostne politike



kontrolna ravnina

filtri MLD, omejevanje oglaševanja PIM

določitev funkcionalnosti stikala in robnega usmerjevalnika
podatkovna ravnina

filtriranje multicast izvorov, omejevanje dosega

določitev funkcionalnosti stikala, robnega usmerjevalnika, požarnega zidu
Načrtovanje in vpeljava v hrbtenici omrežja

usmerjanje/posredovanje PIM-SM (ASM model)

način določitve RP

ročno, BSR
34
Vpeljava IPv6 multicast 7/7

Načrtovanje in vpeljava na varnostnih elementih


požarna pregrada, IPS
Načrtovanje in vpeljava na omrežnih stikalih

MLD snooping

število “MLD join” vnosov je nekajkrat večje kot v primeru IPv4
multicast

število odjemalcev × (krat) število naslovov na odjemalcih (link local,
globalni)

Vključitev multicast servisov

Vključitev na sistemih končnih uporabnikih

Windows, Linux, MAC OS
35
Multicast v IPv6

Uvod

Osnovni koncepti delovanja

Novosti

Vpeljava multicast

LTFE Facefeed
LTFE facefeed



Pilotna multicast storitev

„Live TV“

„Live video twitt“

„Live video blog“
Storitveno okolje

Video strežnik – VLC

Odjemalci – spletni brskalnik + VLC
IPv6 SSM model

Odjemalci – podpora za MLDv2

Usmerjanje – PIM-SSM

Omejevanje dosega – scope ID
Kreiranje multicast kanala 1/3
38
Kreiranje multicast kanala 2/3
39
Kreiranje multicast kanala 3/3
40
Nastavitev multicast strežnik
SSM
kanal
41
Dostop za odjemalce
Aktiven kanal
42
Predvajanje vsebine

Chrome, Safari, IE, …
43