IPv6/Host/Multicast

Multicast - Einsatz und Funktion

Anwendungsgebiete

Einsatz von Multicast

Vermeidung mehrfacher Übertragung identischer Datenströme
Effiziente Organisation von Nodes am Link
Versenden von Nachrichten an Ziele, deren Link-Layer-Adresse unbekannt ist

Multicast

Multicast Addressen können mehrere Interfaces anzusprechen

Besonders nützlich ist das, wenn sich die angesprochenen Interfaces in verschiedenen Nodes befinden

Gruppen von Nodes ansprechen
Alle Interfaces, die innerhalb eines Gültigkeitsbereiches dieselbe Multicast Address nutzen, bilden deshalb eine Multicast Group

Szenario

Mehrere Zuschauer möchten eine Live-Übertragung einer Sportveranstaltung als Videostream auf ihren IPv6-fähigen Endgeräten verfolgen

Das können Computer, Smartphones oder netzwerkfähige Fernseher sein
Das Videomaterial wird in Form eines Datenstroms von einem Server bereitgestellt, den wir Multicast-Quelle nennen
Auf dem Weg zu den Zuschauern, im Folgenden Konsumenten genannt, passiert der Datenstrom zwei Router
Da es sich um eine Live-Übertragung handelt, erhalten alle Konsumenten zu jedem Zeitpunkt die gleichen Daten
Wird kein Multicast verwendet, dann wird nach dem in Abbildung 4.12 dargestellten Prinzip verfahren

Jeder Konsument kontaktiert die Quelle des Datenstroms und erhält von ihr die Daten, obwohl weitgehend identisch, individuell zugestellt

Alle beteiligten Links und Router auf dem Pfad werden mehrfach belastet
Mit jedem neuen Konsumenten erhöht sich das Datenaufkommen

Multicast Datenströme

Nehmen wir an, die Sportveranstaltung aus unserem Beispiel gewinnt an Popularität

Plötzlich sind wir mit einer hohen Nachfrage konfrontiert
Das bisherige Vorgehen ist nicht in der Lage, diese Nachfrage zu befriedigen, da die Kapazitätsgrenzen der Links und Router erreicht werden würden

Lösung Multicast

Der wesentliche Unterschied ist, dass nun nicht mehr die Quelle für die Duplizierung des Datenstroms zuständig ist, sondern diese Aufgabe den Routern zuteilwird

Der Datenstrom wird genau einmal von der Multicast-Quelle zu Router B übertragen, dieser wiederum sendet die Pakete genau einmal an Router A weiter
Von Router A schließlich wird der Datenstrom an die Konsumenten verteilt
Je besser die Hardware am Link (zum Beispiel ein Switch) mit Multicast umgehen kann, desto später findet die technische Duplizierung des Datenstroms statt
Idealerweise wird bei Nutzung von Ethernet erst am letzten Switchport eine Kopie der betroffenen Frames angefertigt

Multicast Groups

Organisation von Multicast Groups

Multicast Addresses identifizieren eine Multicast Group innerhalb ihres Scopes eindeutig

Für die Organisation dieser Gruppen ist das Protokoll Multicast Listener Discovery v2 (MLDv2) zuständig
Es ist in RFC 3810 und RFC 4604 standardisiert und definiert verschiedene Nachrichten, welche über ICMPv6 transportiert werden

Gebräuchliche Nachrichten

Multicast Scopes

IPv6/Multicast Scopes

Listener Query Message

Die Listener Report Messages dienen dazu, Multicast Groups beizutreten oder sie zu verlassen

Jedes Interface, das Mitglied einer bestimmten Gruppe ist, nimmt für diese Gruppe die Rolle eines Multicast Listeners ein
Pakete die an die Gruppenadresse gesendet wurden, werden allen Mitgliedern zugestellt
Möchte ein Interface für eine Gruppe keine Pakete mehr erhalten, so verlässt es die Gruppe wieder

Listener Report Message

Den Beitritt zu einer Gruppe werden wir uns in Wireshark anschauen

Dazu fahren wir das Interface eth0 auf linux zuerst herunter

root@linux:~# ip link set down dev eth

Gruppenbeitritt

Gruppenbeitritt mitschneiden

Jetzt starten wir Wireshark und lassen ihn auf dem PseudoInterface lauschen

Das Pseudo-Interface liefert die Daten von allen Interfaces, auch von denen, die erst nach dem Start des Mitschnitts hochgefahren werden
Wir haben also die Chance, den Start eines Interfaces zu beobachten
In diesem Zeitraum treten vermehrt MLDv2 Messages auf

Dazu fahren wir das Interface wieder hoch

root@linux:~# ip link set up dev eth

Von den zahlreichen Paketen die von Wireshark mitgeschnitten wurden suchen wir uns eines vom Typ MLDv2 aus

Multicast Listener Discovery

Multicast Listener Report, eingebettet in ICMPv6 als Typ 143

Neben den bekannten Code-, Checksumund Reserved-Feldern ist auch ein Feld namens Number of Multicast Address Records vorhanden
Es gibt an, wie viele Multicast Address Record Changes folgen
In unserem Beispiel folgt nur ein Eintrag, es wäre auch möglich mehrere Einträge auf einmal bekannt zugeben
Jeder Eintrag steht für Änderungen der Zugehörigkeit zu Multicast Groups eines Interfaces

Include und Exclude

Interpretation der Einträge

Es gibt zwei Arten von Multicast Listener Report Messages
Diese heißen Include und Exclude
Ein Include steht allerdings nicht, wie der Wortlaut vielleicht vermuten lässt, für einen Gruppenbeitritt eines Interfaces
Und ein Exclude muss nicht unbedingt einen Gruppenaustritt bedeuten
Include und Exclude beziehen sich nämlich nicht auf die Multicast Group, sondern auf eine Liste von Quellen, von denen ein Interface Pakete an die Gruppe akzeptiert (Include) oder auch nicht akzeptiert (Exclude)
Nun kann ein Interface auch eine leere Liste mitschicken, und damit anzeigen, dass sich das Include oder Exclude auf keine Adressen bezieht
Dann käme ein Include einem Gruppaustritt gleich, und ein Exclude mit leerer Liste entspräche einem Gruppenbeitritt
Multicast Listener Report Messages erwecken manchmal den Eindruck einer doppelten Verneinung

Gruppenbeitritt

Abbildung 4.16 IPv6-Header eines MLDv2-Paketes

MLDv2 Message

Wir klappen den Eintrag Multicast Address Record Changed to exclude auf und sehen uns die enthaltenen Informationen an

Wir sehen die Art der Änderung, Exclude, und weitere Felder
Das Feld Aux Data Length gibt an wie viele 8-Byte-Blöcke mit zusätzlichen Daten der Multicast Address folgen
Da es hier den Wert 0 hat, sind keine weiteren Daten zu erwarten
Es folgt die Anzahl der einschränkenden Quellen, hier 0, und im Anschluss die betroffene Multicast Address

Auswertung der Felder

Es handelt sich in unserem Beispiel um eine Änderung der Art Exclude ohne Einschränkung der Quellen

Für diese Multicast Group akzeptiert das Interface Pakete von allen Quellen, außer denen in der Liste
Da die Liste leer ist, gibt es keine Quellen die vom Interface keine Pakete akzeptieren würde
Es handelt sich also um einen uneingeschränkten Gruppenbeitritt

Hop Limit

Abschließend schauen wir uns noch das Feld Hop Limit des vorangestellten IPv6-Headers an (siehe Abbildung 4.16)

Es hat den Wert 1, was bedeutet, dass MLDv2-Pakete einen Router nicht passieren können
Die ganze Organisation von Multicast Groups findet also auf dem lokalen Link statt

Multicast Routing

Trotzdem möchte ein Interface vielleicht den Datenstrom einer Multicast-Quelle empfangen, die an einem anderen Link angeschlossen ist

Wenn die Pakete den Router nicht passieren können, muss der Router anderweitig tätig werden, um den angeforderten Datenstrom bereitzustellen
Dazu muss er Multicast-fähig sein
Er wird dann auch Multicast Router genannt
Tatsächlich, wenn wir den Header weiter analysieren, entdecken wir einen Hop-by-Hop Extension Header mit Router Alert Option
Der Router wird explizit darauf hingewiesen, dass dieses Paket für ihn wichtige Informationen enthalten könnte

Um den Datenstrom auf dem anfragenden Link bereitzustellen, muss der Router seinerseits den Datenstrom anfordern Entweder hat er ein Interface an einem Link an dem auch die Multicast-Quelle angeschlossen ist, dann tritt er einfach der entsprechenden Gruppe bei

So erhält er die zugehörigen Pakete die er dann zum anfragenden Link routen kann
Hat der Router kein Interface am Link der Multicast-Quelle, beauftragt er einen der ihm bekannten Multicast Router, die Daten bereitzustellen
Dazu tritt er wieder der Multicast Group bei und nimmt für diese Gruppe am betroffenen Interface die Rolle eines Multicast Listeners ein

Multicast auf dem Link-layer

IPv6/Host/Multicast auf dem Link-layer

Anhang

Siehe auch

IPv6/Host/Multicast

Links

Weblinks