multicast
Dentro de las soluciones propietarias existentes en la bibliografía para
encaminamiento multicast en escenarios inter‐dominio se han analizado cinco
opciones. Dichas opciones se han seleccionado por la diferenciación en cuanto a
funcionamiento e implementación en los equipos de red que se tiene cada una
respecto a las demás propietarias y a las estandarizadas por IETF. Tres de las soluciones no tienen en cuenta las demandas de requisitos de QoS al construir los las ramas de los árboles multicast. Las otras dos operan ofreciendo la posibilidad de elección entre caminos alternativos con distinta QoS, en función de los requisitos demandados por la aplicación existente en el host receptor que solicita la membresía al grupo multicast. Una vez analizadas las cinco opciones se determina la aplicabilidad que tiene a priori cada una de ellas para la difusión de servicios de medios continuos.
3.3.1. Características principales de los protocolos propietarios
En los siguientes párrafos se describen de forma sintética las soluciones
propietarias para encaminamiento multicast inter‐dominio, de las cuales se realiza un análisis detallado en el anexo A.
NBM (Next Branch Multicast, Multicast basado en nodos de Ramificación), [33]
NBM establece un estado de encaminamiento multicast basado en puntos de
ramificación, siendo estos puntos determinados routers de la red que ejecutan
entidades del protocolo NBM. El despliegue del árbol se realiza en sentido directo hacia los miembros, generándose entradas asociadas en las tablas de los puntos de ramificación. Pueden formar parte del árbol de distribución multicast routers unicast. El reenvío de paquetes se basa en las tablas de encaminamiento provistas por el protocolo unicast que opere en los puntos de ramificación. Posee un mecanismo de detección y corrección rápida de fallos en la estructura de difusión.
GMRP (Global Multicast Routing Protocol, Protocolo de Encaminamiento Multicast
Global), [34]
GMRP realiza un encaminamiento multicast basado en una división jerárquica
de la red de forma parecida a la división en sistemas autónomos que existe
actualmente en Internet. En esta división los nodos de cada nivel representan los nodos pasarela de los niveles inferiores. Estos nodos son los encargados del envío y recepción de paquetes multicast, de modo que no circulen duplicados entre niveles al tener sólo un punto de entrada a éstos. Aunque hay varios puntos de salida, para
superiores, sin saturar un punto de salida. Al llegar al nivel más alto de la jerarquía los paquetes multicast son difundidos convenientemente hacia abajo a través del árbol. Permite una gran escalabilidad, más a mayor nivel de jerarquización. La construcción de árboles compartidos se basa en una división del último nivel en subáreas, en las que se genera un árbol mediante el algoritmo CBT (Core Based Trees)14.
DCM (Domain Constrained Multicast, Multicast Confinado en Dominios), [35]
DCM realiza un encaminamiento multicast entre dominios de red basado en las tablas de encaminamiento unicast y un formato especial de direcciones que resulta de la modificación de las direcciones multicast IPv6. Los routers frontera de dominio
ejecutan entidades del protocolo DCM para reenviar los paquetes multicast a un
dominio destino en concreto, realizándose el envío entre dominios en modo unicast. Los destinos son todos los dominios en los que haya una correspondencia en las tablas de estado de la entidad DCM, es decir, que cuenten con fuentes receptoras para el
grupo con dirección multicast la de destino del datagrama. El encaminamiento
multicast intra‐dominio se delega a protocolos que puedan operar a ese nivel y trabajar con direcciones IPv6, como puede ser PIM‐SM.
QoSMIC (Quality of Service sensitive Multicast Internet protoCol, protoColo para
Multicast en Internet sensible a Calidad de Servicio), [36]
Este protocolo permite el establecimiento de caminos en el árbol de
distribución multicast que cuenten con unas características determinadas de calidad
de servicio. Estas características de calidad de servicio se establecen en base a las métricas obtenidas estática y dinámicamente en la red y los requisitos demandados por las aplicaciones que se ejecutan en los potenciales miembros. Alguno de los nodos del árbol más próximos al potencial miembro envían información con alternativas de caminos para la unión y el miembro elige la mejor de todas ellas. Dichos routers son los
routers candidatos. Los routers frontera de dominio concentran la mayor parte de la funcionalidad de gestión de uniones. Éstos se denominan routers gestores.
PAQoSIDMR (Policy Aware Quality of Service Inter‐Domain Multicast Routing,
protocolo de Encaminamiento Multicast Consciente de las Políticas de Calidad de
Servicio), [37]
Este es el segundo protocolo de encaminamiento multicast con capacidad de
establecer caminos en base a las demandas de calidad de servicio de las aplicaciones que se ejecutan en los miembros. Realiza un sondeo de caminos similar al protocolo
QoSMIC, pero introduce algunas mejoras. Se construyen caminos unidireccionales para
tener en cuenta las asimetrías de los parámetros de calidad que se dan en ámbitos inter‐dominio. Los mensajes de unión se envían hacia la raíz del árbol pero son
procesados por el primer nodo del árbol que los recibe, reduciendo así la carga en el
núcleo. Si un nodo no puede proveer un camino con suficiente calidad se van
explorando todos los nodos del árbol hasta la raíz.
3.3.2. Análisis comparativo y preselección de protocolos propietarios
Globalmente los requisitos de eficiencia de red que demandan las aplicaciones multicast de video dependen del tipo de aplicación en concreto. Por un lado la intensidad de la componente de video, que impone la mayor restricción en cuanto a
ancho de banda necesario por grupo multicast. Por otro las características de
interactividad, que limitan el retardo máximo extremo a extremo. Las pérdidas de paquetes son bastantes tolerables en el caso de aplicaciones de medios continuos, ya que no necesitan realizar una transferencia perfecta e íntegra de la información. No obstante la tolerancia a las pérdidas depende del tipo de códec empleado para la codificación del video, ya que determinados paquetes son más importantes que otros a la hora de descodificar y presentar correctamente el contenido multimedia.
Dado que se quiere implementar multicast en Internet abierta la cobertura de
una sesión puede llegar a ser global, no tanto por cantidad de fuentes y miembros
cuanto por su dispersión geográfica. En tal caso el protocolo GMRP necesitaría
establecer muchos niveles de jerarquización para poder realizar una división en
subáreas en el nivel más bajo lo suficientemente pequeñas como para generar árboles
CBT bien centrados topológicamente. Esto representa un gran inconveniente en
cuanto a escalabilidad, ya que el incremento de ancho de banda consumido es
bastante lineal en relación al grado de jerarquización. Por tanto, para aplicaciones multicast con alto contenido de video el protocolo no resulta escalable. Se descarta su uso para multicast de un servicio de video en Internet abierta.
Dentro de los protocolos multicast propietarios analizados que no proveen
caminos con calidad de servicio ni son jerárquicos se tiene a NBM y DCM. Tal y como
queda justificado en los siguientes párrafos ambos pueden resultar adecuados para
realizar transmisiones multicast en el marco de aplicaciones con alto contenido de video.
NBM construye árboles específicos de fuente, lo que puede resultar un
inconveniente cuando son usados por aplicaciones multicast del tipo muchos‐a‐
muchos, como multiconferencias multimedia y sesiones e‐learning. En tales casos el
punto de cita se vería sobrecargado por tráfico de datos. Sin embargo, para
aplicaciones de difusión de medios continuos esto no supone una desventaja ya que el punto de cita reenvía los flujos de las fuentes hacia los miembros, por lo que salvo
existencia de un número muy alto de fuentes no se producirá sobrecarga. La
construcción de los árboles específicos de fuente se realiza de forma incremental activando nodos de tipo “punto de ramificación” a medida que se va formando el árbol de distribución. La información de encaminamiento multicast tan sólo se almacena en
dichos nodos, descargando la red en cuanto a memoria consumida y procesamiento extra por paquetes multicast. En caso de saturarse algún enlace o conjunto de enlaces
simplemente son generados más caminos mediante la activación de puntos de
ramificación. El retardo de los paquetes multicast una vez constituidos los caminos es bajo. El protocolo NBM da soporte a sesiones multicast tanto en redes cerradas y redes inter‐dominio.
La característica principal del protocolo DCM es el diseño de su arquitectura basada en el uso de direcciones multicast IPv6 modificadas. Por tanto sólo da soporte al encaminamiento multicast sobre redes que funcionen con IPv6. El protocolo opera a nivel inter‐dominio, por lo que en última instancia su eficiencia depende del protocolo
de encaminamiento intra‐dominio. Los árboles de distribución generados son
compartidos por lo que la cantidad de fuentes de datos no supone un problema en cuanto a escalabilidad. Las entidades de DCM se ejecutan tan sólo en los routers frontera de dominio, por lo que la carga de encaminamiento entre dominios recae sobre dichos routers, los cuales tendrán normalmente una alta capacidad de proceso y
memoria.
El retardo es alto en el establecimiento de correspondencia inicial entre cada par de dominios, pero nada más existir un miembro para un grupo concreto en un domino, la unión de más miembros es trasparente en el nivel de operación de DCM. A partir de ese momento el retardo adicional introducido en el nivel inter‐dominio es
nulo, tan sólo el asociado al encaminamiento de los paquetes multicast. Cuando
existen miembros para muchos grupos y muchas fuentes distintas en un dominio
concreto, puede existir un consumo alto de ancho de banda por tráfico de datos en los
routers frontera del dominio. No obstante en el nivel de jerarquía que opera DCM los enlaces suelen tener una alta capacidad, con lo que pueden absorber los picos de
tráfico. Frente a estos inconvenientes el protocolo es altamente escalable y no
necesita de algoritmos adicionales que generen y mantengan tablas de
encaminamiento multicast. Esto se debe a que el reenvío de los datagramas multicast
se realiza mediante la correspondencia entre las direcciones multicast IPv6
modificadas y las entradas de las tablas de encaminamiento unicast provistas por los protocolos unicast inter‐dominio.
Finalmente, se han analizado un par de protocolos propietarios que tienen
capacidad para establecer caminos con calidad de servicio en base a los requisitos demandados por las aplicaciones en los host miembros y las métricas de calidad de servicio existentes en los enlaces entre nodos del árbol. Estos protocolos ofrecen una serie de caminos alternativos para la unión al árbol. Los protocolos en cuestión son QoSMIC y PAQoSIDMR. La mayor ventaja de estos protocolos es a la vez un punto en
contra, ya que su diseño e implementación supone un mayor esfuerzo. Para la
recopilación dinámica de métricas es necesaria la operación de protocolos de red del tipo RSVP15. Sin embargo las capacidades exigidas a los nodos de la red para la construcción y mantenimiento del árbol no son mucho mayores que en el caso de los protocolos sin capacidad de calidad de servicio y tienen la enorme ventaja de poder
construir caminos con garantías de retardo y de ancho de banda. Este aspecto es de vital importancia en las aplicaciones de tipo colaborativo con gran interactividad como multiconferencia multimedia y juegos multi‐usuario.
El funcionamiento de QoSMIC y PAQoSIDMR es bastante parecido, pero se ha seleccionado QoSMIC. Se ha decidido así porque el artículo que describe el protocolo PAQoSIDMR no aparece referenciado en el JCR (Journal Citation Report).