snu inc lab 2015-10-261 multicast 2 2002 년 4 월 2 일 jeong ji-woong
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23年 4月 20日 1 SNU INC LabSNU INC Lab
Multicast 2
2002 년 4 월 2 일
Jeong Ji-Woong
23年 4月 20日 2 SNU INC LabSNU INC Lab
Outline Introduction
Overview of IP Multicast
Hop By Hop Multicast End System Multicast Conclusion
23年 4月 20日 3 SNU INC LabSNU INC Lab
What is multicast? Delivery of Data
one-to-many, many-to-many
Application 인터넷 방송 ftp Video-conferencing, shared whiteboard
benefit Reducing network load Reducing server overhead
Single transmission
23年 4月 20日 4 SNU INC LabSNU INC Lab
Multicast vs Unicast
Server
Server Network
Network
Client
Client
23年 4月 20日 5 SNU INC LabSNU INC Lab
Class D address
Class D : 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 Well known address
Reserved : 244.0.0.0~224.0.0.255(topology discovery,maintenance) 224.0.0.1 : all multicast systems on subnet 224.0.0.2 : all routers on subnet
Map into Ethernet:01.00.5E.00.00.00+lower 23bits 224.10.8.5 → 01005E.0A0805
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Fundamental algorithms Multicast Routing algorithm
Reverse Path Broadcasting(RPB) Truncated Reverse Path Broadcasting(TRPB)
RPB+truncated group member 를 가지지 않은 leaf 로는 forwarding 하지 않음
Reverse Path Multicasting(RPM) TRPB+prune TRPB 를 이용하여 multicast packet 을 forwarding member 가 없는 leaf router 는 source 를 향하여 prune 메시지를 전송
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Fundamental algorithms join algorithm
Implicit join: source 로부터 multicast packet 이 도착 후 tree 형성
explicit join: host 가 router 또는 source 를 향해 join message 를 전송함으로써 트리 형성
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Example
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IP Multicast Routing Protocol DVMRP(Distance Vector Multicast Routing Protocol) MOSPF(Multicast Extensions to OSPF) PIM-DM(Protocol Independent Multicast-Dense Mode
) CBT(Core Based Tree) PIM-SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mod
e)
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Source Based Tree(SBT) DVMRP
Operation RPM + grafting DVMRP router 간의 주기적인 routing table update
PIM-DM Similar to DVMRP
MOSPF OSPF link state routing protocol 에 의해서 topology 파악 Explicit join
Drawback 주기적인 multicast traffic 이 전체 network 으로 전송 Not scalable(member 수가 증가함에 따라 )
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Center Based Tree(CBT) CBT
group 내의 모든 member 는 같은 tree 를 공유 (shared tree) Bidirectional tree Explicit Join
PIM-SM Similar to CBT Unidirectional tree
source 에서 RP 로 tunneling
Drawback Multicast packet 을 전송할 때 delay 가 커진다 . core 또는 Rendezvous Point 근처에서 bottleneck
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Example JOIN REQUEST
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Example CBT Forwarding
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Outline Introduction Hop By Hop Multicast
REUNITE HBH
End System Multicast Conclusion
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IP Multicast component Service Model
여러 Receiver 들이 하나의 주소를 가지는 Group 으로 Aggregate 됨
어떤 호스트도 Receiver 들의 Group 으로 전송가능 Receiver 들은 Dynamic 하게 Join 과 Leave 가 가능
Routing Protocol Membership Information 의 유지 Multicast Distribution Tree 의 형성
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Problem of IP Multicast 기존 Service Model 의 문제점
일반적인 ISP 의 Billing Model 과 맞지 않음 Sender 를 제한할 수 있는 방법이 없음 Globally Unique 한 Multicast 주소 할당의 어려움
기존 Routing Protocol 의 문제점 모든 Router 는 Distribution Tree 가 자신을 지나가는 모든
Group 에 대한 Forwarding Entry 를 가지고 있어야 함 Incremental Deployment 의 어려움
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REUNITE 기존 Routing Protocol 의
문제점 모든 Router 는 Distribution
Tree 가 자신을 지나가는 모든 Group 에 대한 Forwarding Entry 를 가지고 있어야 함
Assuming Multicast Group 들의 수는
많아도 대다수의 Group 들은 대단히 Sparse 할 것
23年 4月 20日 18 SNU INC LabSNU INC Lab
Forwarding Algorithm Multicast Forwarding Table
Key : <root_addr, root_port, dst> Value : <rcv1, rcv2, …, rcvn> Branching Router 에 존재
Forwarding Algorithm MFT 에 Entry 가 존재하면 Recei
ver List 에 있는 Receiver 에게 Packet 을 복사해서 전송
단순한 Unicast Packet 처럼 전송
23年 4月 20日 19 SNU INC LabSNU INC Lab
Tree Maintenance Multicast Control Table
Format : <root_addr, root_port><dst> Non-Branching Router 에 존재
Question 결국 REUNITE 도 MFT 나 MCT 둘 중의 하나를 모든 R
outer 들이 가지고 있는데 왜 더 Scalabe 한가 ?
Answer Data Packet 은 Forwarding 시 MFT 만을 참조 MCT 는 Tree 유지를 위한 Control 목적으로만 사용
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Tree Maintenance Two Control Messages
JOIN (Receiver->Root) : MFT 의 Receiver Entry 를 만들고 갱신
TREE (Root->Distribution Tree) : MFT 와 MCT 의 Group Entry 를 만들고 갱신
두 가지 Control Message 를 쓰는 이유 Asymmetric Unicast Routes
S
RR
1
2
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Tree Maintenance
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Tree Maintenance
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Advantages Enhanced Scalability
Non-Branching Router 에는 Forwarding State 를 유지하지 않음
Incremental Deployment Unicast Address 를 사용하기 때문에 Multicast 가 구현되지
않은 Router 가 Tree 에 참여 가능
Load Balancing Overload 된 Router 는 JOIN Message 를 무시할 수 있음
23年 4月 20日 24 SNU INC LabSNU INC Lab
Advantages Unique Group Identification
Root 가 Locally Unique 한 Port Number 를 만들면 Globally Unique 한 Group Address 가 됨
Support for Access Control Root 만이 Multicast Traffic 을 Inject 할 수 있기 때문에
Access Control 이 용이
Shortest Path Tree JOIN 과 TREE 의 두 Message 를 사용함으로써
Asymmetric Routes 가 존재하는 경우에도 SPT 를 구성
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REUNITE’s Problem Addressing
Group Identifier 로 Class-D Address 를 쓰지 않음
Member Departure 의 효과 첫 번째로 JOIN 한 Receiv
er 가 Deparutre 할 경우 그 파급 효과가 큼
23年 4月 20日 26 SNU INC LabSNU INC Lab
REUNITE’s Problem Asymmetric Routes 에 의한
Packet Duplication 한 Link 로 같은 Packet 을
두 번 전송하는 경우가 발생 RPF 기반 Algorithm 에
비해 Cost 가 클 수 있음
23年 4月 20日 27 SNU INC LabSNU INC Lab
HBH’s Addressing REUNITE 와 차이점
Data Packet 의 Destination Address 가 첫 번째의 Receiver의 Address 가 아닌 다음 Branching Router 의 Address
Multicast Group Identifier EXPRESS 의 Channel Abstraction 을 사용 <Source IP Address, Class D address>
23年 4月 20日 28 SNU INC LabSNU INC Lab
HBH’s Tree Management Three Control Messages
JOIN (Receiver->Source) : MFT 의 Receiver Entry 를 만들고 갱신
TREE (Sender->Distribution Tree) : MFT 와 MCT 의 Group Entry 를 만들고 갱신
FUSION (Branching Router->Source) : Tree 구조를 정제
REUNITE 와 차이점 첫 번째 JOIN Message 를 Intercept 하지 않음 같은 Source 에게 다른 TREE Message 를 받으면 Source 에게
FUSION Message 를 보냄
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HBH’s Tree Management
23年 4月 20日 30 SNU INC LabSNU INC Lab
HBH’s Tree Management Member Departure 의 효과
첫 번째로 JOIN 한 Receiver 가 Departure 할 경우에도 작은 파급 효과
Worst Case 에는 REUNITE보다 하나 많은 Change 필요
Asymmetric Routes 에 의한 Packet Duplication FUSION Message 로 해결
23年 4月 20日 31 SNU INC LabSNU INC Lab
Outline Introduction Hop By Hop Multicast End System Multicast Conclusion
23年 4月 20日 32 SNU INC LabSNU INC Lab
Key Concerns with IP Multicast group 의 수에 따른 scalability
Router 는 per-group state 를 유지
higher level functionality 를 지원하기가 어려움 IP Multicast : best-effort multi-point delivery service
Deployment 가 어렵고 느리다
23年 4月 20日 33 SNU INC LabSNU INC Lab
IP Multicast
routersend systemsmulticast flow
아주 효율적 Good delay
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What is End System Multicast?
multicast 와 관련된 functionality (group management, packet replication) 가 End System 에서 구현
A
C
D
F
Overlay TreeB
E
C
D
E
F
B
A
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End System Multicast Efficient overlay tree
low stress low resource usage the out-degree of each member must reflect the bandwidth
of connection to Internet
E
“Efficient” overlay
A
F
C
B
DD
High degree (unicast)
F
E
BA
C
B
High latency
A
F
E
C
D
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End System Multicast Self-organizing 의 two component
group management component overlay 는 dynamic change 와 failure 에도 robust
overlay optimization component quality of overlay remains good
23年 4月 20日 37 SNU INC LabSNU INC Lab
NARADA Design First,
“Mesh”: Richer overlay that may have cycles and includes all group members
Second, Source rooted shortest path
spanning trees of mesh 를 구성
23年 4月 20日 38 SNU INC LabSNU INC Lab
NARADA Design Group Management
각각의 member 는 주기적으로 refresh message 를 발생 Optimizing mesh quality
addition of link member 는 주기적으로 다른 member(at random) 를 probe Utility Gain of adding link > Add Threshold 이면 link 추가
dropping of link member 는 주기적으로 existing links 를 감시 Cost of dropping link < Drop Threshold 이면 link drop
Data Delivery NARADA run distance vector protocol on top of mesh The per-source tree used for delivery tree are constructed fr
om the reverse shortest path between each S and R
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Supporting Conferencing app.
conference app. 의 작은 그룹 크기와 지속적인 session 의 특성은 overlay design 에 적합
framework 각 overlay link 상에 Unicast congestion control packet drop 정책을 사용하여 data rate 를 adapt
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Enhancements of Overlay Design Optimizing Overlay for dual metric
latency 보다는 bandwidth(widest) 에 더 우선순위를 부여 같은 bandwidth 를 가진 multiple path 가 있다면 , lowest l
atency(shortest path) 를 선택 Optimizing for dynamic metric
Adapt overlay trees to changes in network condition Monitor bandwidth and latency of overlay links
Link measurements can be noisy Aggressive adaptation may cause overlay instability transient: do not react persistent: react
Capture the long term performance of a link Exponential smoothing, Metric discretization
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Experiment Methodology adopt following strategy
Interleave experiments with various protocol schemes Repeat same experiments at different time of day Average results over 10 experiments
For each experiment 모든 member 들은 동시에 join Single source, CBR traffic Each experiment lasts for 20 minutes
23年 4月 20日 42 SNU INC LabSNU INC Lab
Mean Bandwidth averaged over all receivers 처음 몇 분간 overlay 는 많은 topology 변화 overlay 의 quality 를 향상시키기 위해 더 많은 정보를 획득
Reach a stable overlay• Acquire network
information• Self-organization
Adapt to network congestion
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Performance metric Application Level Metrics
Bandwidth: throughput observed by each receiver Latency: RTT between source and each receiver along
overlay
Network perspective resource usage
consumption of network resource of overlay tree Overlay link RU = propagation delay Tree RU = sum of link RU
protocol overhead (total non-data traffic) / (total data traffic)
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BW, Primary Set, 1.2 Mbps Random’s poor performance: because of the inherent variability
in Internet path characteristics
23年 4月 20日 45 SNU INC LabSNU INC Lab
BW, Extended Set, 2.4 Mbps Optimizing only for latency has poor bandwidth performance no strong correlation between latency and bandwidth
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RTT, Extended Set, 2.4Mbps Optimizing only for bandwidth has poor latency performance Bandwidth-Only cannot avoid poor latency links or long path
length
23年 4月 20日 47 SNU INC LabSNU INC Lab
Protocol overhead Results
Average overhead : 10~15% Overhead 의 약 90% 이상이 bandwidth probe 때문이다
Current scheme employs active probing for available bandwidth Simple heuristics to eliminate unnecessary probes
23年 4月 20日 48 SNU INC LabSNU INC Lab
Adapting to network dynamic Primary Set, CBR traffic at 1.2 Mbps parent 와 victim 간에 congestion 발생
23年 4月 20日 49 SNU INC LabSNU INC Lab
Adapting to network dynamic Recovery time
Detection time Reaction time Repair time
Detection time 이 recovery time 의 가장 중요한 fraction 이다 overlay 의 빠른 adapt : unstable 을 초래할 수 있음 overlay 의 느린 adapt : 일시적인 시간 동안 performance
penalty
23年 4月 20日 50 SNU INC LabSNU INC Lab
Outline Introduction Hop By Hop Multicast End System Multicast Conclusion
Summary References
23年 4月 20日 51 SNU INC LabSNU INC Lab
Summary Hop By Hop Multicast
REUNITE Recursive Unicast 라는 개념을 제안 기존의 Routing Protocol 보다 Scalability 향상
Hop By Hop Multicast EXPRESS + 개선된 REUNITE
End System Multicast dynamic 하고 heterogeneous 한 Internet 환경에서 confe
rencing app. 이 수행될 수 있음 Overlay 를 구성하는데 있어서 bandwidth 와 latency 는
중요한 metric 이다 . sparse 하고 작은 size 의 group 에 적당
23年 4月 20日 52 SNU INC LabSNU INC Lab
References Ion Stoica, T. S. Eugene Ng, Hui Zhang “REUNITE:
A Recursive Unicast Approach to Multicast”, IEEE INFOCOM, March 2000
Luis Henrique M. K. Costa, Serge Fdida, Otto Carlos M. B. Duarte “Hop By Hop Multicast Routing Protocol”, ACM SIGCOMM, August 2001
Yang-hua Chu, Sanjay G. Rao, Hui Zhang “A Case for End System Multicast”, SIGMETRICS 2000
Yang-hua Chu, Sanjay G. Rao, Srinivasan Seshan, Hui Zhang “Enabling Conferencing Applications on the Internet Using an Overlay Multicast Architecture”, SIGCOMM, August 2001
23年 4月 20日 53 SNU INC LabSNU INC Lab
References Chuck Semeria, Tom Maufer, “Introduction to IP Multi
cast Routing”, Internet-Draft, July 1997. Stephen E. Deering, “Multicast Routing in Internetwor
ks and Extended LANs”, ACM SIGCOMM 1988