Networkゼミ 特別講義 ～仕組みがわかればネットワークはもっと楽しくなる～ [IPマルチキャスト編]

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1 Networkゼミ 特別講義 ～仕組みがわかればネットワークはもっと楽しくなる～ [IPマルチキャスト編]
ネットワークゼミ特別講義 Networkゼミ　特別講義 ～仕組みがわかればネットワークはもっと楽しくなる～ [IPマルチキャスト編] [TCP/IP]

2 この特別講義の位置づけ ネットワークゼミのメンバー用の講義であり、 インターネットの基盤となっている技術の基礎知識を 身につけるために行う。
ネットワークゼミ特別講義 この特別講義の位置づけ ネットワークゼミのメンバー用の講義であり、 インターネットの基盤となっている技術の基礎知識を 身につけるために行う。 TCP/IP編 TCP/IP(アプリケーション)編 IPマルチキャスト編 ネットワークプログラミング編 IPルーティング編 [TCP/IP]

3 はじめに 特に断らない限り，本講義で扱うMulticastの意味は IP Multicast のことを指す． ネットワークゼミ特別講義
[TCP/IP]

4 本講義の目的 どのような時にIP Multicast を利用するかを認識する． IP Multicastの基本的な概念を学習する．
ネットワークゼミ特別講義 本講義の目的 どのような時にIP Multicast を利用するかを認識する． IP Multicastの基本的な概念を学習する． IP Multicast ルーティングの違いを学習する． ネットワークゼミでのMulticastの話を理解するための　　基礎知識を習得する． [TCP/IP]

5 ネットワークゼミ特別講義 IP Multicast 基礎編 [TCP/IP]

6 Why Multicast? 同じデータを複数の受信者に送ることができる． 転送速度(バンド幅)の向上を見込める．
ネットワークゼミ特別講義 Why Multicast? 同じデータを複数の受信者に送ることができる． 転送速度(バンド幅)の向上を見込める． ルータやホストの処理を低下させることができる． 受信者のアドレスを知らずとも通信ができる． [TCP/IP]

7 Unicast vs Multicast Unicast
ネットワークゼミ特別講義 Unicast vs Multicast Unicast Unicastの転送は，1受信者に対し1つのデータのコピーを送信する． [TCP/IP]

8 Unicast vs Multicast Multicast
ネットワークゼミ特別講義 Unicast vs Multicast Multicast Multicastの転送は，複数の受信者に対して1つのデータを送信する． [TCP/IP]

9 Protocol Component の比較
ネットワークゼミ特別講義 Protocol Component の比較 Unicast Multicast Host Service Reliable Multicast MASC/AAP/ MADCAP,GLOP RTP/ RTCP DHCP DNS SDP TCP UDP Host-Router Interface ICMP IGMP Intra-domain Routing PIM-SM,PIM-DM MOSPF OSPF,RIP,EIGRP,etc DVMRP RIP,EIGRP OSPF Inter-domain Routing MSDP,BGMP BGP MBGP(BGP4+) [TCP/IP]

10 Multicast Advantage Enhanced Efficiency Optimized Performance
ネットワークゼミ特別講義 Multicast Advantage Enhanced Efficiency ネットワークのトラフィックをコントロールし，サーバやCPUロードの負荷の軽減を実現する． Optimized Performance ネットワーク転送の無駄の排除を可能にする． Distributed Applications マルチポイントアプリケーション　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　を実現することができる． [TCP/IP]

11 Multicast Disadvantage
ネットワークゼミ特別講義 Multicast Disadvantage Best Effort Delivery パケットドロップなどの可能性がある． 信頼性を実現するには上位層で対応する必要がある． No Congestion Avoidance TCPのwindowやスロースタートのような制御ができないため　　ネットワークの混雑を引き起こす可能性がある． Duplicates マルチキャストのプロトコルによっては同一のデータが複製されて届くことが起こりうる． [TCP/IP]

12 Multicast動作の概要 IP Multicastの動作は以下の2つから成り立つ． Group Management
ネットワークゼミ特別講義 Multicast動作の概要 IP Multicastの動作は以下の2つから成り立つ． Group Management Multicasting (Multicast Routing) [TCP/IP]

13 Group Management RFC1112 Internet Group Management Protocol(IGMP)
ネットワークゼミ特別講義 Group Management RFC1112 Internet Group Management Protocol(IGMP) ホストにマルチキャストグループへの参加やデータ受信を許可する． Addressing Class D IP address( )が動的に割り当てられる． マルチキャストのアドレスは受信グループを示すものであって，　　受信者を個別に識別するものではない． Group Membership 受信者はIGMPを使用していつでもグループ参加やグループ離脱の通知をルータに送ることができる． 送信者はグループのメンバーに所属している必要はない． [TCP/IP]

14 Internet Group Management Protocol
ネットワークゼミ特別講義 Internet Group Management Protocol ホストが自分のネットワークに存在するルータへ参加要求や 離脱要求を出すことができる． マルチキャストルータ マルチキャストグループのIGMP Queryを定期的に出す 一定時間Reportがなければ受信者不在と判断する マルチキャストグループを指定したIGMP Reportを 出すことによって受信者存在を通知する ホスト [TCP/IP]

15 Multicasting Protocol Basics
ネットワークゼミ特別講義 Multicasting Protocol Basics Multicast Distribution Trees -マルチキャスト分散ツリー Shortest Path Tree (Source Distribution Tree) – 最短経路木 Shared Distribution Tree (Shared Tree) – 共有木 Types of Multicast Protocols Dense Mode Protocols Sparse Mode Protocols [TCP/IP]

16 Multicast Distribution Trees Shortest Path Tree(最短経路木)
ネットワークゼミ特別講義 Multicast Distribution Trees Shortest Path Tree(最短経路木) 送信者 Sender A B D F C E 受信者2 Receiver2 受信者1 Receiver1 [TCP/IP]

17 Multicast Distribution Trees Shared Distribution Tree(共有木)
ネットワークゼミ特別講義 Multicast Distribution Trees Shared Distribution Tree(共有木) 送信者1 Sender1 送信者2 Sender2 A B F D(Shared Root) C E 受信者2 Receiver2 受信者1 Receiver1 [TCP/IP]

18 Multicast Distribution Trees まとめ
ネットワークゼミ特別講義 Multicast Distribution Trees まとめ Shortest Path Trees (Source Distribution Trees) ルータのメモリ使用量がO(S×G)になるが，送信者から受信者までのすべての経路が最適化されている． Shared Distribution Trees ルータのメモリ使用量はO(G)と少ないが，受信者までの経路に無駄な経路が発生する． [TCP/IP]

19 Types of Multicast Protocol Dense Mode Protocol
ネットワークゼミ特別講義 Types of Multicast Protocol Dense Mode Protocol グループメンバーがDense(密集)であると仮定する． Push Model型のトラフィック配送である． トラフィックは最初Flooded状態から始まる． メンバーがいない場合には枝狩り(Prune)を行う． 参加の遅延を減少するこができる． [TCP/IP]

20 Types of Multicast Protocol Sparse Mode Protocol
ネットワークゼミ特別講義 Types of Multicast Protocol Sparse Mode Protocol グループメンバーが広範囲にSparse(まばら)に 点在すると仮定する． Pull Model型のトラフィック配送である． トラフィックは最初何もない状態から始まる． 誰かが要求しない限りトラフィックは流れない．(Explicit Join) 参加要求は送信者またはRendezvous Pointへ送られる． [TCP/IP]

21 Multicast Routing Protocol編 ~実在するProtocolの学習~
ネットワークゼミ特別講義 Multicast Routing Protocol編 ~実在するProtocolの学習~ DVMRP PIM [TCP/IP]

22 DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol の略 Flooding & Pruning
ネットワークゼミ特別講義 DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol の略 Flooding & Pruning RPM(Reverse Path Multicast)アルゴリズムを使用 RIP(Routing Information Protocol)から派生した マルチキャスト用プロトコル Dense Mode のルーティングプロトコル Source Distribution Treeを形成 [TCP/IP]

23 DVMRP データの流れ 送信者 受信者 Prune Prune Prune IGMP Report ネットワークゼミ特別講義
[TCP/IP]

24 DVMRPの評価 利点 欠点 RIPに基づいているため，導入が容易である． 求めるルータの処理能力が低い．（大規模なネットワーク除く）
ネットワークゼミ特別講義 DVMRPの評価 利点 RIPに基づいているため，導入が容易である． 求めるルータの処理能力が低い．（大規模なネットワーク除く） 欠点 マルチキャストの範囲を大きくできない． Floodを定期的に行うので，スケーラビリティの問題が発生する． [TCP/IP]

25 PIM Protocol Independent Multicast ユニキャストのルーティングプロトコルに依存しない．
ネットワークゼミ特別講義 PIM Protocol Independent Multicast ユニキャストのルーティングプロトコルに依存しない． Dence mode 狭い地域で受信者が多く，トラフィックも多い場合 Flooding & Pruning (poison reverse なし) Sparse mode 広い地域で，受信者が少なく，トラフィックも少ない場合 Rendezvous Pointを設定した共有木を作成する． 最短経路木への移行も可能 [TCP/IP]

26 PIM-DM データの流れ 送信者 受信者 Prune Prune Prune Prune IGMP Report ネットワークゼミ特別講義
[TCP/IP]

27 PIM-SM Shared Tree データの流れ RP 送信者S (*,G)Join (*.G)Join 受信者R IGMP Report
ネットワークゼミ特別講義 PIM-SM Shared Tree データの流れ RP 送信者S (*,G)Join (*.G)Join IGMP Report 受信者R [TCP/IP]

28 PIM-SM Shortest Path Tree
ネットワークゼミ特別講義 PIM-SM Shortest Path Tree データの流れ RP 送信者S (S,G)Join (S.G)Join IGMP Report 受信者R [TCP/IP]

29 PIM-SMの評価 利点 問題点等 効率的なshortest path treeを形成することが可能である．
ネットワークゼミ特別講義 PIM-SMの評価 利点 効率的なshortest path treeを形成することが可能である． Joinの届いた枝にしか配送されないため、トラフィックの無駄を軽減できる． 問題点等 Rendezvous Pointが必要になる． RPは最適なトラフィックの量で最短木移行を決断する必要がある． [TCP/IP]

30 IP Multicast Checklist
ネットワークゼミ特別講義 IP Multicast Checklist Dense Sparse Scalable Protocol Independent Industry Usage DVMRP ○ RIP依存 MOSPF OSPF依存 PIM-DM PIM-SM CBT [TCP/IP]

31 おまけ： XCAST Explicit Multicast - 明示マルチキャスト 受信者のユニキャストアドレスすべてを指定する．
ネットワークゼミ特別講義 おまけ： XCAST Explicit Multicast - 明示マルチキャスト 受信者のユニキャストアドレスすべてを指定する． 複数の宛先をまとめて宛先リストを作る IP Multicast と異なり送信側駆動である． [TCP/IP]

32 XCAST データの流れ RP 宛先R1,R2 宛先R2 送信者S 宛先R2 宛先R1 宛先R2 宛先R1 受信者R1 受信者R2
ネットワークゼミ特別講義 XCAST データの流れ RP 宛先R1,R2 宛先R2 送信者S 宛先R2 宛先R1 宛先R2 宛先R1 受信者R1 受信者R2 [TCP/IP]

33 XCASTの評価 利点 欠点 規模の小さなマルチキャストセッションを数多く作ることができる．
ネットワークゼミ特別講義 XCASTの評価 利点 規模の小さなマルチキャストセッションを数多く作ることができる． 欠点 規模の大きなマルチキャストセッションでは効率が悪い． [TCP/IP]

34 参考文献 IP マルチキャスト ネットワーク開発ガイド vol.1
ネットワークゼミ特別講義 参考文献 IP マルチキャスト ネットワーク開発ガイド vol.1 Beau Williamson, SOFTBANK Publishing. IP Multicasting - Fundamentals of IP Multicasting Cisco Systems 1998. インターネット技術のすべて ジェームズ・F・クロセ/キース・W・ロス, PEARSON Education Japan [TCP/IP]