En primer lugar, en el capítulo 2º se estudia en profundidad el contexto general de servicios colaborativos en el marco de la Web 2.0, así como la problemática en
cuanto a consumo de recursos que conlleva su auge y algunas soluciones de
distribución eficiente, entre ellas el multicast. En el mismo capítulo se realiza una introducción a conceptos clave y al modo de operación del multicast de red, así como las particularidades de funcionamiento de éste en redes inter‐dominio y sus matices de implantación en redes IPv4 e IPv6. En el capítulo 3º se realiza un estudio de los
protocolos de encaminamiento multicast inter‐dominio disponibles en la actualidad,
tanto estándares del organismo internacional IETF como soluciones propietarias
existentes en la bibliografía. Se estudian las características de unos y otros para ver cuáles son las más ventajosas en la distribución de contenidos de video. En base al anterior criterio se seleccionan algunos protocolos. De los propietarios se selecciona PIM‐SM (Protocol Independent Multicast – Sparse Mode, Multicast Independiente del Protocolo – Modo Disperso), que es el protocolo base de trabajo para las siguientes fases. De los propietarios se seleccionan algunos cuya arquitectura y operación dan ideas para modificar y mejorar el protocolo PIM‐SM en redes inter‐dominio.
En el capítulo 4º se lleva a cabo el estudio y modelado de un servicio de referencia de características similares a los servicios comerciales de distribución de medios continuos de tipo Internet TV, para su uso posterior. En el capítulo 5º se realiza un estudio y propuestas de modificación de PIM‐SM tanto a nivel teórico, definiendo modelos de operación y actividad a nivel funcional y estructural, como a nivel de
implementación sobre un simulador de redes que permite evaluar rendimiento y
mejora de capacidades en redes que simulan grandes escenarios inter‐dominio. Para realizar estas simulaciones se ha elegido OMNeT++, un simulador de eventos discretos gratuito, potente y extensible. La evaluación de PIM‐SM y las modificaciones del
protocolo base en OMNeT++ se definen y modelan diseñando escenarios inter‐
dominio. Estos escenarios son muy realistas, ya que se modelan en base a datos recopilados en redes reales de Internet. Para valorar los aspectos de eficiencia, en los escenarios modelados se implanta el servicio de referencia definido en el capítulo 4º.
El protocolo PIM‐SM se modela a nivel estructural y funcional de forma genérica, definiendo los elementos implicados y el patrón de interacción para operar en un escenario inter‐dominio (capítulo 5º). Las aportaciones de otros protocolos se
incorporan realizando modificaciones sobre el protocolo PIM‐SM estándar destinadas
a simplificar su operación general en redes inter‐dominio. Una vez modelado el
protocolo base y las modificaciones se implementa en el modelo de OMNeT++. Es
necesaria una modificación a nivel estructural en los módulos de OMNeT++, ya que la realización de multicast en el simulador se limita a un protocolo que no se ha seleccionado y que sólo permite realizar multicast estático. Con la extensión de
OMNeT++ se ha implantado la capacidad para realizar multicast dinámico (evolución
de los grupos multicast, unión de miembros y reestructuración de los árboles multicast en tiempo de ejecución) con el protocolo PIM‐SM.
Una vez implementado PIM‐SM y sus modificaciones en OMNeT++, definidos y
modelados los escenarios de simulación y generadas las baterías de pruebas, se
ejecutan los conjuntos de simulaciones y se recopilan los datos de salida y resultados generados. En el capítulo 6º se recogen y procesan los resultados obtenidos para
analizar parámetros de eficiencia de red especialmente representativos en la
determinación de mejoras del multicast con PIM‐SM y sus modificaciones en
escenarios inter‐dominio. Entre estos parámetros están el ancho de banda, el retardo, el jitter, el tiempo de vinculación de los usuarios y las mejoras en eficiencia con multicast frente a unicast.
En el capítulo 7º se sintetizan las conclusiones del estudio, el análisis de los resultados de simulación, se listan las mejoras y aportaciones realizadas en el proyecto
y se proponen temas interesantes que pueden constituir líneas futuras de
investigación.
Adicionalmente en la memoria se incluyen tres anexos. En los anexos A y B se analizan con mayor detalle los protocolos de encaminamiento multicast inter‐dominio estudiados en el capítulo 3º (anexo A) y se expone un estudio detallado para la
definición del servicio de referencia, analizando servicios de medios continuos
ofrecidos comercialmente en Internet (anexo B). Finalmente se incluye una pequeña
guía de instalación de las herramientas de simulación utilizadas (OMNeT++ y
herramientas auxiliares) para la distribución de Linux Ubuntu 8.10 (anexo C).
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ÍNDICE CAPÍTULO 2º
2.1. Introducción ... 31 2.2. Aplicabilidad de soluciones multicast a servicios de contenidos ... 33 2.2.1. Contexto general de servicios colaborativos en Internet ... 33 2.2.2. Soluciones multicast en Internet: multicast de red ... 38 2.2.3. Aplicaciones comerciales de distribución de medios continuos en Internet .. ... 39 2.2.4. Aplicaciones multicast inter‐dominio ... 41 2.3. Multicast de red ... 44 2.3.1. Fundamentos del multicast de red y protocolos para su implantación ... 44 2.3.1.1. Operación básica del multicast de red ... 44 2.3.1.2. Funcionalidades y protocolos principales y de soporte en el multicast de red ... 46 2.3.2. Limitaciones de IPv4 y mejoras de IPv6 para multicast de red ... 48 2.3.2.1. Limitaciones de IPv4 ... 49 2.3.2.2. Mejoras introducidas con IPv6 ... 49 2.3.2.3. Aspectos particulares de multicast en IPv6 ... 50 2.3.2.4. Multicast inter‐dominio ... 52
2.1.
Introducción
El panorama actual de Internet ha ido evolucionando de una red profesional destinada al intercambio de datos entre universidades y organizaciones a un modelo mixto. En este modelo mixto es tan importante su aplicación a aspectos profesionales como al ocio y aplicaciones personales. Esta evolución ha llevado al actual Internet a un modelo funcional para los usuarios domésticos que se ha denominado como web
2.0. Este término describe un modelo de usabilidad y aplicaciones en la red de redes que busca maximizar la interacción entre usuarios y la riqueza de los contenidos, para ofrecer una experiencia lo más cercana posible a la interacción en el mundo real entre las personas.
En apartados posteriores se trata con más detalle el concepto de web 2.0 y sus implicaciones. Dichas implicaciones conllevan cambios y mejoras en las estructuras de red para poder ofrecer determinados servicios, como los de video, con buena calidad, fiabilidad, velocidad e interactividad. Los cambios requeridos necesitan inversiones en estructuras de red, control, planificación, etc., por lo que es necesario encontrar una motivación para llevar a cabo dichas inversiones. Es necesario delimitar claramente la problemática que conlleva no actualizar las actuales infraestructuras de cara a la oferta de nuevos servicios enriquecidos, así como justificar las posibles soluciones a adoptar, su impacto en las redes existentes y su complejidad de implantación.
Dentro de los nuevos servicios enriquecidos destacan por su impacto en las prestaciones de eficiencia de red los servicios de video, con altos requisitos de ancho de banda, retardo y jitter. Surge una problemática por el auge de aplicaciones y servicios innovadores dentro del marco de la web 2.0 que hacen que cada vez exista un mayor número de usuarios que consumen estos contenidos. Por tanto se produce un incremento en el consumo de ancho de banda por el uso de Internet en este
ámbito.
La distribución de contenidos de video requiere un ancho de banda medio/alto, así como un retardo y jitter bajos. En este proyecto se va a tratar el caso de la distribución de video para servicios de medios continuos. Estos servicios distribuyen un mismo flujo multimedia a múltiples usuarios simultáneamente, ya sean contenidos en directo o contenidos en diferido almacenados previamente en un servidor. Distribuir un mismo flujo multimedia a un número más o menos grande de usuarios simultáneos se presta a mejoras de eficiencia en el mecanismo de difusión. Se puede aprovechar el hecho de simultaneidad de envío del flujo multimedia, transmitido desde una fuente de contenidos, y replicarlo a medida que avanza por la red hacia los usuarios. Este método de difusión se denomina multicast y es el se va a estudiar en este proyecto. Dentro del multicast existen diferentes soluciones implementadas en distintos niveles de la pila de protocolos TCP/IP, con distintos rangos de mejora en eficiencia, consumo de recursos, complejidad y coste de implantación y operación.
Entre los mecanismos disponibles para la realización de multicast, los cuales se estudian y comparan en apartados posteriores, está el multicast de red, basado en la capacidad de los routers para replicar un flujo de datos por una interfaz de entrada en múltiples flujos por interfaces de salida. Los routers de Internet cuentan en general con esta capacidad, lo cual abre un marco para estudiar el abanico de posibilidades de mejora y analizar los costes de implantación que ofrecen distintas implementaciones del multicast de red en Internet abierta.
Se pueden diferenciar los escenarios de red en base a su extensión y tipo de operación. Por un lado se encuentran las redes de operador, controladas y mantenidas por un mismo operador de red, el cual a veces coincide con la figura del ISP (Internet
Service Provider, proveedor de servicios de Internet). Por otro lado están las redes de gran extensión que abarcan varios países e incluso continentes y que son operadas por múltiples operadores de red e ISPs, intercambiando y manejando tráfico los unos de los otros a través de acuerdos de tránsito y puntos neutros de intercambio. Estos escenarios se denominan redes inter‐dominio, cuyo mayor exponente es el conjunto global de redes que conforma Internet.
Las redes que están constituidas por un único sistema autónomo cuentan con
unas políticas homogéneas de operación y mantenimiento, y un perfecto
conocimiento y control por parte del operador de la red sobre la topología a cualquier nivel de jerarquía. Habitualmente ofrecen paquetes de servicios combinados de alta calidad y fiabilidad, como paquetes de voz, datos y televisión dentro de las ofertas
triple‐play de los operadores e ISPs.
Las redes inter‐dominio están operadas por múltiples agentes y organizaciones.
Tienen políticas de gestión heterogéneas, acuerdos de tráfico para manejar y
encaminar el proveniente de los dominios de cada operador, y sistemas de
encaminamientos distintos. Cada agente dentro de estos escenarios conoce a alto
nivel de detalle únicamente su propia porción topológica. Esto hace que resulte más difícil ofrecer servicios globales que abarquen a usuarios en todo el escenario inter‐ dominio, con los mismos niveles de calidad y riqueza de opciones con que los ofrece cada operador en su área administrativa. Hay que insistir en que el estudio realizado en este proyecto se centra en el multicast de red en redes inter‐dominio.
En los siguientes apartados se tratan los temas abiertos en esta introducción.
En primer lugar se caracteriza el panorama actual de servicios colaborativos en
Internet, el concepto de web 2.0, las problemáticas que surgen con el uso intensivo de Internet para aplicaciones y servicios multimedia, así como las redes sociales y los entornos colaborativos. Tras ello se lista un conjunto de posibles soluciones para hacer frente a los nuevos escenarios de uso descritos. El estudio y descripción siguientes se centran en la solución concreta del multicast de red. A continuación se describen algunos portales de difusión de contenidos audiovisuales existentes en Internet, los sistemas que emplean para la distribución de dichos contenidos y las ventajas que obtendrían algunos de ellos usando una distribución eficiente como el multicast de red. Seguidamente se lista un conjunto de aplicaciones existentes en Internet que usan multicast de red para difundir datos en un ámbito inter‐dominio. En la última parte del
capítulo se hace una revisión general del multicast red tratando las particularidades del
multicast inter‐dominio, así como las ventajas e inconvenientes que supone la
implantación del multicast en redes IPv4 e IPv6.