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Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

* Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires * * I.R.I.S.A *. Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic. Soutenance de Thèse Ali Boudani. Plan. Le routage multicast Le protocole GXcast Le protocole SEM Le protocole MMT Conclusion.

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Routage multicast : gestion des petits groupes et ingénierie de trafic

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Presentation Transcript

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

  2. 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  3. Une copie sur chaque branche Unicast et Multicast Un arbre est construit Une copie pour chaque destinataire 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  4. S1,G *,G *,G Les types d’arbres multicast Arbre basé à la source Source (S1) G S1,G S2,G Arbre des plus courts chemins inverses Source (S2) G Arbre réduit G G Arbre partagé Source (S1) Source (S1) G G Source (S2) Source (S2) G G G G Point de rendez-vous G G Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  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 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 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 ? Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  8. 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  9. 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 Xcast : multicast explicite Thèse - Ali Boudani - ARMOR

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

  11. Le protocole Xcast+ Data UDP Xcast R4 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP Xcast R8 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP IP src=S dst= G X2M X2M Data UDP IP src=S dst= G S,G R4 S,G R4, R8, R9 Data UDP Xcast R4, R8, R9 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP IP src=S dst= G Data UDP Xcast R8, R9 CI=G IP src=S dst= All_Xcast M2X Data UDP Xcast R9 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP IP src=S dst= G X2M G D1 R4 G D2 Source (S) D3 G D4 G R3 R1 R2 R8 G D5 R5 R6 R7 G D6 R9 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  12. IP Xcast Les avantages et les inconvénients de la technique Xcast • Avantages • 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 ? Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  13. En-tête IP En-tête Xcast D1 ….. Dn La fragmentation d’un paquet Xcast Fragmentation IP En-tête IP En-tête Xcast D1..Dm En-tête IP Dm+1..Dn En-tête IP En-tête IP MTU 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 Data UDP Xcast R8 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP IP src=S dst= G X2M X2M Data UDP IP src=S dst= G S,G R4 S,G R4, R8, R9 Data UDP Xcast R9 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP Xcast R4, R8 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP IP src=S dst= G Data UDP Xcast R9 CI=G IP src=S dst= All_Xcast M2X Data UDP Xcast R8 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP Xcast R9 CI=G IP src=S dst= All_Xcast Data UDP IP src=S dst= G X2M nM: nombre maximum de destinataires autorisées dans un paquet Xcast G D1 R4 G D2 Source (S) D3 G D4 G R3 R1 R2 R8 G D5 R5 R6 R7 G D6 R9 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  16. 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  17. 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  18. Le simulateur du multicast explicite dans NS • Le simulateur du multicast explicite • http://www.irisa.fr/prive/aboudani/research/xcast/index.htm • Le scénario de simulation • Jeux en réseaux • DIS (Distributed Interactive Simulation) Thèse - Ali Boudani - ARMOR

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

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

  21. Le compromis entre GXcast, multicast et unicast Unicast Multicast 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  22. 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  23. S,G S,G S,G S,G S,G Les nœuds de branchement et l’arbre réduit Source (S) Source (S) R1 R1 R2 R2 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 %) Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  24. Le protocole HBH MFT : Multicast Forwarding Table MCT: Multicast Control Table Source MFT S R1 H1 R1 R2 R2 R3 R3 Message join Message tree MCT Message fusion MFT MCT H1 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) Thèse - Ali Boudani - ARMOR

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

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

  27. Le protocole SEM (Simple Explicit Multicast) TRM S,G R3 TRM TRM S,G S R4, R7 S,G -- R3 TRM S,G R3 R8, R9 TRM TRM S,G R7 S,G R7 Paquet de données SEM TCM S,G R4, R8, R9 G G R4 Source (S) G G R3 R1 R2 R8 G R5 R6 R7 G R9 G Thèse - Ali Boudani - ARMOR

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

  31. Résumé • 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 • Les limitations du modèle best effort de l’Internet • Problématique de qualité de service avec l’ingénierie de trafic Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  32. 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  33. R1 R3 R4 R2 R1 Routing Table Destination Next-hop Router 192.26.57/24 R2 R3 Routing Table Destination Next-hop Router 192.26.57/24 R4 R2 Routing Table Destination Next-hop Router 192.26.57/24 R3 MPLS Routing Table Port Label Port Label 1 7 2 8 R3 Routing Table Port Label Next-hop Router 1 8 R4 R1 Routing Table Destination Port Label 192.26.57/24 2 7 R1 R3 R4 192.26.57.6 192.26.57.6 192.26.57.6 192.26.57.6 192.26.57.6 192.26.57.6 R2 L’ingénierie de trafic avec MPLS Routage IP Routage MPLS R5 Chemin explicite 3 1 8 192.26.57.6 2 2 1 1 2 7 192.26.57.6 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  35. S,G R5, R6 S,G R4 Le protocole MMT (Multicast MPLS Tree) • Le NIMS (Network Information Manager System) collecte les messagesd’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 G R1 R4 R5 R3 R2 S R6 G NIMS Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  36. IT multicast Association des arbres aux LSP Calcul de l ’arbre multicast selon les ressources disponibles IT unicast Création de nouveaux LSP Re-routage LSP Capacité résiduelle Réservation de ressources L’entité de gestion (NIMS) NIMS Configuration des routeurs de branchement Domaine Collecte des adhésions aux groupes Collecte des informations d’états de liens Configuration des LSP Thèse - Ali Boudani - ARMOR

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

  38. Evaluation du protocole MMT • Le simulateur pour le multicast MPLS • MNS (MPLS Network Simulator) • http://www.irisa.fr/prive/aboudani/research/mmt/index.htm • 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

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

  40. 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 Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  41. 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. Thèse - Ali Boudani - ARMOR

  42. Merci de votre attention Thèse - Ali Boudani - ARMOR

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