Mateus Raeder Universidade do Vale do Rio dos Sinos Redes Avançadas Multicast em redes Ad- Hoc.

Mateus Raeder

Universidade do Vale do Rio dos Sinos

Redes Avançadas

Multicast em redes Ad-Hoc

Tipos de Comunicação Multicast Multicast Ad Hoc Classificação de Protocolos Árvores

Protocolos Árvores Vantagens e Desvantagens

Malhas Protocolos Malhas Vantagens e Desvantagens

Outros Protocolos Conclusões

Em redes de computadores, é comum a troca de mensagens entre os participantes

Unicast Grande parte do tráfego na Internet era realizado através de Unicast Um transmissor envia uma mensagem apenas para um receptor, se quer enviar para X receptores, deve enviar X mensagens Aumento do tráfego

Broadcast Envia apenas uma mensagem que é recebida por todos os participantes Este envio pode ser inconveniente Analogia do aeroporto: Chamada para embarque é ouvida por todos. Porém, uma

pessoa sem interesse no voo não precisaria ouvir esta mensagem

Anycast A mensagem é enviada A mensagem vai ser recebida pelo participante mais próximo (ou

com mais chances)

Transmissão de uma mensagem para um grupo específico ao mesmo tempo

Somente uma mensagem para todos Diminuição do tráfego desnecessário

Por exemplo, clientes assistindo uma determinada transmissão

Pode-se “realizar” um Multicast através de Unicast e Broadcast Unicast: com múltiplas cópias enviadas para os

destinatários▪ Largura de banda desperdiçada (duplicações)

Broadcast: enviado para todos mas só os interessados irão aceitar▪ Sobrecarga na rede

Multicast é importante pois envia apenas para os que realmente têm interesse

Redes Ad Hoc sem fio apresentam um grande grau de mobilidade dos seus componentes

O caminho entre dois participantes da rede pode ser alterado

Assim, os protocolos de roteamento Multicast de redes fixas não podem ser usados em redes Ad Hoc

Nestas redes, todos os nodos têm a capacidade de computar, manter e guardar informações de roteamento

Para habilitar a comunicação em grupo nas redes Ad Hoc protocolos de roteamento foram propostos

O objetivo da maioria dos protocolos multicast Ad Hoc é construir e manter uma topologia de comunicação Levando em conta mobilidade dos nós Reações rápidas a mudanças na rede Minimizar perdas de pacotes

Protocolos Ad Hoc x Protocolos Redes Fixas Redes fixas: protocolos pró-ativos Redes Ad Hoc: protocolos sob-demanda

Protocolos de roteamento Multicast podem ser classificados em dois tipos:

Dependentes de Aplicação▪ Somente para aplicações especificas para as quais foram

desenvolvidos

Independentes de Aplicação▪ Baseado em Topologia▪ Baseado em Zonas de Roteamento

Independentes de Aplicação Baseado em Topologia

▪ Árvores▪ Malhas

Cria uma topologia estruturada como uma Árvore

Estabelece uma rota única entre quaisquer dois nós

O meio de transmissão é compartilhado por somente dois nós, ou seja, só existe uma ligação entre eles

Os arquivos e mensagens são armazenados em um nó intermediário na rota antes de seguir para o próximo nó

Não existem rotas alternativas

MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector)

Um nó origina uma mensagem RREQ quando quer entrar ou mandar uma mensagem para um grupo multicast


• O nó manda uma mensagem RREQ para seus vizinhos por broadcast• Se os nós vizinhos (nós intermediários) não fazem parte do grupo • Somente atualiza a sua tabela de roteamento com o número de sequência e o caminho para chegar até o nó que originou o RREQ• E manda a mensagem RREQ por broadcast até chegar nos membro do grupo multicast


• Quando os nó membros do grupo multicast recebem o RREQ• Atualiza sua tabela de roteamento • Manda de volta um RREP unicast de volta para o nó que originou a mensagem RREQ• Nós intermediários recebem um RREP, atualizam a tabela de roteamento


• Mandam a mensagem RREP até chegar ao nó que originou a mensagem RREQ• O nó Source fica esperando por um período de tempo as mensagens RREP chegarem


• O nó Source escolhe o menor caminho até chegar nos membros do grupo multicast descartando as outras rotas.


• Após o período de tempo acabar• O nó Source manda uma mensagem de ativação (MACT) para a rota escolhida• Se o nó que receber é parte da árvore multicast ele não propaga o MACT• Senão ele propaga o MACT até chegar no nó que originou o RREP


• Como o nó não faz parte do grupo multicast• Ele ativa o nó como sendo parte da árvore e propaga o MACT até atingir o nó que originou a mensagem RREP


AB

C

D

• O MACT garante que a árvore não tenha vários caminhos para qualquer nó da árvore.• Os integrantes do grupo irão transmitir apenas pelo caminho da rota ativada


• Um nó quer entrar para o grupo multicast


• o nó Source manda um RREQ por broadcast para o nós vizinhos


• Se os nós vizinhos não são membros do grupo multicast• Eles atualizam sua tabela de roteamento e mandam a mensagem RREQ para seus vizinhos até que um membro do grupo receba o RREQ


• Após os nós membros do grupo receberem o RREQ• Eles mandam um RREP unicast até o nó Source


• O nó Source fica esperando por um período de tempo as mensagens RREP chegarem


• Após esperar por um período de tempo• o nó Source escolhe a menor rota e manda uma mensagem de ativação (MACT)


• Se o nó não faz parte da árvore, ele ativa o nó como sendo parte da árvore e propaga o MACT até atingir os membros da árvore


AB

C

D

E

F


• O nó source quer fazer parte do grupo multicast• Então manda um RREQ para seus vizinhos por broadcast


• Como seus vizinhos já fazem parte do grupo multicast• Eles mandam um RREP


• Após passar um período de tempo• O nó Source escolhe a menor rota e manda uma mensagem de ativação (MACT)


AB

C

D

E

F

G


Grupo Hello: • Primeiro membro do grupo se torna o líder• Ele mantém o número de sequência do grupo, repassando-os aos demais nós• Periodicamente envia mensagens (broadcast) do tipo Grupo Hello• Os nodos membros da árvore atualizam sua distância em relação ao líder• Não há RREP para este tipo de mensagem

Líder

MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector) Eventualmente, nodos que são membros de um grupo multicast desejam sair do grupo Árvore precisa ser atualizada Dois casos podem acontecer▪ Quando o membro que pretende sair não é folha▪ Quando o membro que pretende sair é uma folha

MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector) Se não for uma folha▪ Muda seu status (não é mais membro)▪ Porém, continua como roteador na árvore

MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector) Se for uma folha

• Ele deve podar a si mesmo


MACT

• Utiliza uma mensagem MACT com a flag P_flag (prune) setada


• Após enviar o MACT, o ex-membro retira todas as informações do grupo de suas tabelas


• Quando o pai recebe um MACT com P_flag setada, remove a entrada do nodo da tabela do grupo

PODA


• O nodo que efetuou a poda pode não ser membro do grupo• Neste caso, ele vai realizar a poda da mesma maneira


MACT


PODA


• O processo de poda continua até que um membro seja atingido

MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector) Podem ocorrer quebra de links entre os nodos da árvore Os nós detectam links quebrados quando não recebem mensagem do seu vizinho em um determinado tempo▪ Pacotes ou mensagens Group Hello (vindas do líder) Detectada a quebra, alguém deve tentar

reparar a árvore O nó envolvido na quebra que estiver mais

afastado do líder é o responsável pelo reparo▪ Apenas um dos dois é escolhido para evitar

rotas diferentes e loops▪ A escolha pelo nodo abaixo da quebra

controla a queda do líder, pois não há ninguém

acima dele


AB

C

D

E

F

G

= link quebrado

= responsável pelo reparo


AB

C

D

E

F

G

• Envia um RREQ com a flag Join setada, e informando a distância dele para o líder• Somente nós com distância no mínimo menor que a informada respondem• Isto evita loops e assegura que uma rota até o líder será encontrada


AB

C

D

E

F

G

• RREQ em broadcast


AB

C

D

E

F

G

• Encontrou algum nó que está na árvore, responde com RREP em unicast


AB

C

D

E

F

G

• Se recebe resposta, pode enviar MACT para criar um novo ramo


AB

C

D

E

F

G

• E a árvore é reparada

H

H


AB

C

D

E

F

G

• Porém, o nodo que está tentando reparar pode não receber nenhuma resposta• Após algumas tentativas sem sucesso, o nodo assume que a árvore foi particionada


• Duas árvores para o mesmo grupo multicast• A primeira tem um líder (A), a segunda não• Um novo líder para esta árvore deve ser escolhido


• Se o nó que tentou reconstruir a rota for membro do grupo, ele é o novo líder

Líder


• Se o nó que tentou reconstruir a rota não for membro do grupo e possuir apenas um filho (um hop até o grupo), ele se poda através do envio da mensagem MACT• O processo de poda continua até que seja encontrado um membro• Este membro é o novo líder

PODA


• Se não for um membro e possuir mais de um filho, não pode se podar, pois partionaria a árvore

PODA PODA


• Seleciona o primeiro filho e manda um MACT unicast com GF_flag (Group Leader) setada• Se for membro, é o novo líder• Se não for membro, continua processo de seleção e envio de MACTs

MACT


• Porém, a árvore que já possuía líder pode ter ficado com um nó que não é membro• Se for folha, ele começa o processo de poda

AB

C

D

E

F

G

MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector) Os links da árvore podem voltar a qualquer momento Nós vão começar a receber mensagens Group Hello de líderes diferentes A árvore, então, deve ser unida novamente

Group Leader

Group Leader ’

MAODV (Multicast Ad Hoc On Demand Distance Vector) Existem agora 2 líderes Quando um nodo membro do grupo recebe um Group Hello com informações de liderança diferente das que possui, começa a reconstrução da árvore


• O nodo envia um RREQ (em unicast) para seu líder com a flag R_flag (repair) setada• É um pedido para começar a reconstrução

AB

C

D

E

F

G


• O líder responde com um RREP em unicast, dando-o permissão para começar a reconstrução da árvore• Isto evita que mais de um nó tente reparar a árvore

AB

C

D

E

F

G


• Nodo recebe o RREP do seu líder e envia um RREQ para o outro líder (informação do outro líder que veio no Group Hello)• Este RREQ contém o número de sequência da sua árvore particionada

AB

C

D

E

F

G


• Quando recebe o RREQ e vê a flag R_flag setada, pega os dois números de sequência: o seu e o que veio na mensagem• Escolhe o maior e incrementa este valor em um• Ele, agora, é o novo líder • Envia um RREP em unicast para o nodo que começou a reparação

AB

C

D

E

F

G


• Líder envia o Group Hello com a flag U_flag (update) setada• Nós recebem o Group Hello e atualizam suas informações nas suas tabelas• A árvore é reconstruída

AB

C

D

E

F

G

Número mínimo de cópias são usados para disseminar pacotes para um grupo multicast acarretando uma maior eficiência na banda

Estrutura de fácil roteamento A mensagem é enviada somente para os nós ligados Estes nós se encarregam de enviar a mensagem até os

destinatários, enviando apenas para os ligados a ele

Falhas de links podem ocasionar uma reconfiguração de toda árvore

Monitoramento dos estados de todos os links (galhos) é necessário

Existe apenas um caminho entre quaisquer dois nós Não existe caminho alternativo

Cria uma topologia estruturada como uma Malha

Múltiplas rotas entre os nós

Utiliza o conceito de grupos Somente um sub-conjunto dos nós realizam encaminhamentos

Cada computador pode ser ligado a uma, ou várias estações

O protocolo opera com uma fase de Request e outra de Reply

ODMRP(On-Demand Multicast Routing Protocol)

• Um nó quer enviar uma mensagem, mas não está no grupo ou não conhece uma rota


• Envia em broadcast uma mensagem do tipo Join Query• Somente nós membros do grupo respodem esta mensagem


• A cada mensagem recebida, os nós armazenam as informações do source (originador) e do next hop (nó do qual veio a mensagem)


• Quando um membro recebe um Join Query, ele responde em broadcast com um Join Reply, enviando as informações de sua tabela (informando o originador e o next hop, que é por onde recebeu a mensagem)


• Quando um nó recebe um Join Reply, ele verifica se ele encontra-se no caminho entre o nó que mandou o Join Reply e o originador do Join Query• Se ele está no caminho, ele sabe que ele faz parte do Grupo de Encaminhamento (ou FG – Fowarding Group). Seta, então, uma flag chamada FG_FLAG


• Os nós, então, após receberem um Join Reply, enviam em broadcast um Join Reply com as informações da sua tabela


• As mensagens de Join Reply continuam pela rede, criando FGs por todo o caminho entre a origem e os membros do grupo


• Ao chegar ao originador, a malha está pronta• Cada FG (baseado nas diversas informações que recebeu nos Join Reply) sabe o menor caminho entre todos pares de nodo da topologia


• Enquanto um membro do grupo ainda quer enviar pacotes para o grupo, ele envia periodicamente pacotes do tipo Join Request, que é uma espécie de “alive”


• Quando um novo membro deseja enviar mensagens no grupo, o processo é exatamente o mesmo• Um Join Query em broadcast é enviado, os membros respondem com Join Reply, que populam a rede com informações sobre as menores rotas


• Um membro do grupo também pode ser um FG• Quando um membro deseja deixar o grupo, basta ele não enviar os Join Reply para aquele grupo

Membro do grupo e FG

Disponibiliza várias rotas com isso se torna mais resistente a falhas de conexão e

consequentemente à mobilidade maior confiabilidade

Rotas são otimizadas, percorrendo o menor caminho entre os nodos

Facilidade de entrada e saída do grupo multicast

Cria redundâncias para superar a dinamicidade da rede

Usa mais cópias para disseminar os pacotes

Não escalável para redes muito grandes

Intervalo de inundação de mensagens de controle (Join Query) é crítico Intervalo muito pequeno: muitas mensagens na rede (talvez

desnecessárias) Intervalo muito grande: aumenta a probabilidade de achar que

membros deixaram o grupo Predição de mobilidade pode ajudar a estipular a frequência das

mudanças de rotas

Árvore AMRoute (Ad Hoc Multicast Routing Protocol) AMIRS (Ad Hoc Multicast Routing Protocol Utilizing

Increasing ID-Numbers)

Malha NSMP (Neighboar Supporting Ad Hoc Multicast Routing

Protocol) CAMP (Core-Assisted Mesh Protocol)

Árvores x Malhas As árvores são compartilhadas entre todos os nós do grupo

Multicast

Ocasionando congestionamentos na rede

Árvores x Malhas Na Malha, os diferentes nós não compartilham o mesmo caminho

Os FGs sabem o menor caminho entre dois nós

Árvores x Malhas

Características Árvores Malhas

Organização da rede Árvore Malha

Definição de rotas Somente um caminho Vários caminhos

Uso dos recursos da rede Eficiente Desperdício

Como lida com mobilidade

Caminho único Caminhos alternativos

Overhead Baixo Alto

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