Encaminhamento multicast em redes IP

Abstract

Actualmente a maioria das aplicações que usam Internet baseiam-se no modelo de comunicação ponto-a-ponto. No entanto, os recentes avanços tecnológicos e o aparecimento de aplicações cada vez mais sofisticadas fizeram surgir a necessidade de transmitir informações para grupos de participantes (comunicações ponto-multiponto e multiponto-multiponto), como por exemplo, áudio e vídeo conferência para encontros remotos, programas de entretenimento, entre muitos outros. Por outro lado, a evolução da Internet, actualmente baseada no protocolo IPv4, para o protocolo IPv6, deverá ser feita de uma forma progressiva recorrendo a mecanismos de transição e as comunicações multicast terão que ter em consideração este factor. O IETF (Internet Engineering Task Force) definiu dois modelos de transmissão multicast. Inicialmente foi definido o modelo ASM (Any Source Multicast) e mais recentemente, o modelo SSM (Source Specific Multicast). Actualmente existem soluções protocolares que permitem garantir as comunicações multicast em redes IPv4 e em redes IPv6, usando os dois modelos, mas poucas soluções existem que permitam garantir as comunicações multicast em redes mistas IPv4/IPv6. Do ponto de vista de gestão do encaminhamento, a Internet encontra-se dividida em Sistemas Autónomos (SAs). De entre os vários protocolos de encaminhamento multicast, a família de protocolos PIM (Protocol Independent Multicast) é, actualmente, a mais utilizada pois permite resolver as questões do encaminhamento multicast dentro de um Sistema Autónomo (encaminhamento intra-domínio) e, em alguns casos, entre diferentes Sistemas Autónomos (encaminhamento inter-domínio). Esta dissertação aborda o problema de como providenciar comunicações multicast em redes IPv4, em redes IPv6 e em redes mistas IPv4/IPv6. Na primeira parte, é abordado o endereçamento IP multicast bem como o problema da atribuição e divulgação de endereços. Na segunda parte, são descritos os protocolos IGMP e MLD de adesão a sessões multicast e apresentados cenários práticos que validam os protocolos estudados. Na terceira parte, é abordado o funcionamento dos protocolos de encaminhamento multicast da família de protocolos PIM e apresentados cenários práticos de encaminhamento multicast intra-domínio. Na última parte, são descritos mecanismos de transição e apresentados cenários práticos que permitem comunicações multicast em redes mistas IPv4/IPv6 e finalmente, são estudados os problemas e soluções existentes para o encaminhamento multicast inter-domínio.

ABSTRACT: Presently most applications used in the Internet, are based on point-to-point communications. However, the recent technological advances and new sophisticated applications are causing an increasing need to transmit information to groups of participants (multicast communications), such us audio and video conferences used for remote meetings, entertainment programs, etc… Moreover, it is known that the evolution of the current Internet, based on IPv4 protocol, to the future IPv6 Internet will be based on transition scenarios, and multicast should consider this fact. Two models have been proposed by the IETF (Internet Engineering Task Force) for multicast communications. The first one is ASM (Any Source Multicast) model and second one, more recently proposed, is the SSM (Source Specific Model) model. Presently, many solutions exist to support multicast on IPv4 only networks and IPv6 only networks using each of the two models. However, there are not many solutions to support multicast on mix IPv4/IPv6 networks. In the point of view of routing management, the Internet is composed by different Autonomous Systems, each one administrated by an individual network operator. From all available multicast routing protocols, the PIM family of protocols is by far the most used one since it solves the multicast routing problems inside an Autonomous System (intra-domain multicast routing) and also in some cases between different Autonomous System (inter-domain multicast routing). This dissertation addresses the issue of how to provide the support of multicast communications in IPv4 networks, IPv6 networks and mixing IPv4/IPv6 scenarios. First, it analyses multicast IP addressing issues like types and formats, how they are assigned and how they are announced. Next, the IGMP and MLD protocols are described together with a set of laboratory experiments validating how they work. Then, the PIM family of multicast routing protocols is described together with a set of intra-domain laboratory experiments used to validate these protocols. In the last part, a study of available IETF transition mechanisms and a set laboratory scenarios is presented to validate solutions that allows multicast communications in mix IPv4/IPv6 networks and, finally, a study of multicast inter-domain routing issues and available solutions finishes this work.