Experiência de transmissão multicast inter-domínio no XIX SBRC

Elvis Melo Vieira <elvis@npd.ufsc.br>
Solange T. Sari <solange@npd.ufsc.br>
Carla Gurgacz <carla@nurcad.ufsc.br>
Ivan L. Martins <ivan@nurcad.ufsc.br>
Adenilson Raniery <raniery@rnp.br>

Centro de Engenharia e Operações (CEO)
RMAV - Florianópolis
NPD - Universidade Federal de Santa Catarina
Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP)

Resumo
1. Introdução
2. IP multicast
3. Domínios multicast
4. Descrição da topologia da experiência
5. Configuração dos roteadores
6. Interoperabilidade DVMRP/PIM nos roteadores
7. Gerenciamento
7.1 Gerenciamento SNMP
7.2 Gerenciamento não-SNMP
8. Resultados finais da experiência
9. Conclusão
10. Páginas web da experiência
Referências bibliográficas

Resumo

A experiência de transmissão multicast no XIX Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores (SBRC) teve por objetivo testar a transmissão multicast IP, em tempo real, entre domínios de multicast diferentes na Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP). Estes domínios podem estar definidos no mesmo AS (Autonomous Systems), ou AS separados. Isto difere do que tradicionalmente vem sendo realizado com a utilização de túneis multicast ou mtunnels. Entretanto, esta solução, além da baixa performance, não apresenta uma boa escalabilidade. A experiência relatada a seguir envolve a definição e configuração dos protocolos de roteamento multicast (MBGP, MDSP, PIM e DVMRP), gerência da infra-estrutura multicast e a aplicações a serem utilizadas. Esta experiência foi implementada durante o XIX SBRC em Florianópolis (SC), através de uma parceria entre a RMAV-Florianópolis e a RNP.

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1. Introdução

O desenvolvimento da transmissão multicast na Internet teve o seu começo impulsionado pelas experiências do Mbone. Basicamente, o Mbone é um backbone composto por máquinas que utilizavam o DVMRP (RFC1075) como protocolo de roteamento multicast[1]. Entretanto, quando havia máquinas intermediárias que não suportavam roteamento multicast, eram utilizados túneis multicast ou mtunnels. Contudo, esta solução, além da baixa performance, não apresenta uma boa escalabilidade. Com o desenvolvimento da infra-estrutura de redes, as novas máquinas começaram a suportar novas capacidades, incluindo roteamento multicast e, principalmente, o novo protocolo de roteamento denominado Protocol Independent Multicast (PIM) [2][3]. Este protocolo, na sua versão Sparse-Mode (RFC2362), é mais escalável e voltado para transmissões onde:

• há poucos receptores em um grupo;
• fontes e receptores são separados por links WANs.

Desta forma, o roteamento multicast envolvendo transmissões situadas em um mesmo AS está bem resolvido. Entretanto, transmissões multicast envolvendo nós de redes em AS diferentes ainda estão sendo desenvolvidas e testadas, principalmente no projeto Internet2 ( http://www.internet2.edu/multicast ).

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2. IP multicast

O IP multicast trafega de um nó fonte para os membros de um grupo multicast através de um fluxo que segue a topologia de uma árvore de distribuição, conectando todos os nós fontes a todos os nós receptores do grupo. Esta árvore pode ser compartilhada por todos os nós fontes, ou pode ser construída uma árvore de distribuição separada para cada nó fonte. Adicionalmente, árvores de distribuição compartilhada são formadas ao redor de um roteador central, chamado rendezvous point (RP), do qual o tráfego é distribuído desconsiderando a localização da fonte. O PIM-SparseMode inicia com uma árvore compartilhada, podendo utilizar uma árvore para cada nó fonte se o tráfego for elevado.

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3. Domínios multicast

Um domínio multicast pode abranger uma ou mais árvores de distribuição. Dentro de um domínio, um protocolo de roteamento multicast, como o PIM, é usado para manter atualizadas as rotas da(s) árvore(s) de distribuição. Adicionalmente, a idéia de domínio multicast é desassociada da idéia de AS, ou seja, dois ou mais domínios multicast podem estar definidos em AS diferentes ou não.

Para que os membros de um grupo multicast possam receber tráfego de fontes em outros domínios, é necessário um protocolo que troque informações de fontes ativas e seus grupos multicast correspondentes em cada árvore (mensagens SA) . O protocolo definido para realizar esta tarefa é o Multicast Source Discovery Protocol (MSDP) [1][4], o qual conecta múltiplos domínios PIM- SparseMode. Cada domínio PIM-SparseMode usa seu(s) próprio(s) RP(s) independente(s) de RPs em outros domínios.

Quando a troca de informações MSDP acontece entre domínios definidos em diferentes AS, então, além da troca de fontes e grupos ativos efetuados pelo MSDP, há a necessidade dos roteadores BGP-4 trocarem informações específicas sobre roteamento multicast. Para isto, o BGP-4 foi estendido e definido o Multiprotocol Extensions for BGP-4 (MBGP). O MBGP (RFC 2283) fornece um método para os roteadores determinarem os caminhos que as árvores de distribuição multicast irão seguir para a entrega dos pacotes multicast, da fonte para o(s) receptor(es) aprendido(s) pelo MSDP.

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4. Descrição da topologia da experiência

A experiência de transmissão multicast no XIX SBRC teve por objetivo testar a transmissão multicast IP, em tempo real, entre domínios de multicast diferentes. Os domínios multicast, assim definidos, podem estar no mesmo AS (Figura 1) ou em AS separados.

Na Figura 1, os roteadores da RNP representados são MBGP peers e MSDP peers, ou seja, roteadores que trocam informação de MBGP e MSDP. A idéia é que cada PoP da RNP tenha um roteador deste tipo, definindo um domínio multicast. Adicionalmente, o roteador pode ser RP da árvore de distribuição do PoP, se não houver disponibilidade de outro roteador. Idealmente, cada PoP deve ter um roteador RP para grupos multicast para transmissões inter-domínio e outro roteador RP para transmissões intra-domínio ou locais.

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5. Configuração dos roteadores

Os roteadores Cisco 7200 e 7500 foram configurados para trabalhar com MBGP, MSDP e PIM-SparseMode. A experiência esteve restrita ao AS 1916 (da RNP) mas nada impedia a inclusão de outros ASes. Resumidamente, foram efetuados os seguintes procedimentos, usando comandos do Cisco IOS 12.0:

1. habilitação do roteamento multicast globalmente;
2. configuração das interfaces para trabalhar com PIM-SparseMode;
3. configuração para os roteadores aceitarem mensagens BSR, facilitando a negociação do roteador que irá ser RP, quando há mais de um roteador candidato, dentro de um domínio multicast;
4. reconfiguração do BGP-4 , habilitando o MBGP e as rotas de rede habilitadas para troca de informação multicast entre os BGP peers;
5. habilitação do protocolo MSDP e configuração dos peers MSDP;
6. configuração da interoperabilidade DVMRP/PIM, permitindo que o protocolo DVMRP seja também usado internamente no domínio multicast.

Figura 1 - Experiência Multicast entre AS diferente

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6. Interoperabilidade DVMRP/PIM nos roteadores

O protocolo desejável de roteamento interno multicast era o PIM. Entretanto, nem todos os equipamentos possuíam implementação disponível. Entre eles estava o IBM Multiprocol Switched Service (MSS), ou IBM 8210, utilizados nas RMAVs. Nestes equipamentos estava disponível o protocolo DVMRP. Desta forma, foi necessário usar a capacidade dos roteadores Cisco dos PoPs para realizar a interoperabilidade entre o protocolo PIM e DVMRP.

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7. Gerenciamento

Resumidamente, o gerenciamento pode ser dividido em dois tipos: gerenciamento SNMP e não-SNMP.

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7.1 Gerenciamento SNMP

O gerenciamento SNMP, sendo o gerenciamento preferido, foi feito tendo o Tivoli Netview como software de gerenciamento. As tarefas de gerenciamento envolveram consultas à MIB PIM da Cisco e a MIB MSDP, em fase draft no IETF, ambas implementadas nos roteadores Cisco. A MIB proprietária PIM da Cisco pode ser utilizada para conseguir informações do estado e performance do roteamento PIM como:

• informações sobre o nó RP;
• informações sobre as mensagens Join/Prune do PIM;
• notificações sobre mudanças nas interfaces PIM ou na árvore de distribuição.

Com a MIB MSDP, algumas informações disponíveis são:

• informações sobre a performance das mensagens AS;
• a tabela (cache) de SA ativas;
• informações sobre os peers MSDP.

Adicionalmente, a Intel vem trabalhando em uma MIB para gerenciar o protocolo RTP ( http://developer.intel.com/ial/mib ). Para isto, ela disponibilizou um subagente para ambientes Unix, o qual interage com o agente SNMP de domínio público UCD-SNMP. A utilização deste subagente não foi testada no experimento.

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7.2 Gerenciamento não-SNMP

O gerenciamento não-SNMP visou suprir certas necessidades de gerenciamento ainda não cobertas com o gerenciamento SNMP. Para tanto, as seguintes aplicações foram utilizadas:

• MHealt: permite a descoberta e visualização gráfica dos membros de um grupo multicast ;
• RTPMon: permite obter informações de cada membro de um grupo multicast. Foi usada na experiência para obter informações sobre os descartes e a variação de atraso dos pacotes RTP.

Um resumo destas ferramentas pode ser conseguido em: http://www.caida.org/tools/taxonomy/multicast.xml

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8. Resultados finais da experiência

Nesta experiência, foram transmitidas sessões técnicas e alguns tutoriais em todos os dias do SBRC2001. Os resultados da experiência foram divulgados no site da RMAV-FLN ( www.rmav-fln.ufsc.br ). No anexo, são ilustradas algumas páginas da experiência. Na experiência realizada, participaram os seguintes PoPs da RNP: PoP-SC, PoP-RJ, PoP-MG, PoP-PE e PoP-DF.

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9. Conclusão

Esta experiência permitiu avançar os conhecimentos sobre roteamento multicast e seu gerenciamento. Com os testes realizados, pode-se obter algumas conclusões sobre a aplicabilidade dos protocolos testados. Entretanto, como a performance não estava sendo adequada, preferiu-se priorizar o tráfego IP multicast entre os PoPs envolvidos. Desta forma, pode-se concluir a viabilidade de um backbone multicast. Contudo, no momento atual do backbone RNP2, é necessário a priorização do fluxo multicast para se obter uma transmissão com qualidade.

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10. Páginas web da experiência

 

Figura 2 - Topologia da experiência

Figura 3 - Monitoração de tráfego multicast

Figura 4 - Página das transmissões

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Referências bibliográficas

[1] An Overview of Inter-Domain Multicast Routing - White Paper, disponível em: http://www.microsoft.com/windows2000/technologies/communications/default.asp

[2] PIM-SM Protocol Improves Multicast Service Availability, Cisco Beyond Basic IP Newsletter V1.11. Disponível na Cisco Systems.

[3] PIM-SM Multicast Routing Protocol - White Paper, disponível em: http://www.microsoft.com/windows2000/technologies/communications/default.asp

[4] MSDP Feature Broadens Reach of Multicast Services, Cisco Beyond Basic IP Newsletter V1.2.2. Disponível na Cisco Systems.

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