PDF de programación - Tema 14 - Broadcast y multicast

Bloque IV: El nivel de red

Tema 14: Broadcast y multicast

Índice

• Bloque IV: El nivel de red

– Tema 14: Broadcast y multicast

• Introducción
• Broadcast
• Multicast
• Transmisión multicast
• IGMP
• Enrutamiento multicast

• Referencias

– Capítulo 4 de “Redes de Computadores: Un enfoque

descendente basdado en Internet”. James F. Kurose, Keith
W. Ross. Addison Wesley, 2ª edición. 2003.

– Capítulos 12 y 13 de “TCP/IP Illustrated, Volume 1: The
Protocols”, W. Richard Stevens, Addison Wesley, 1994.

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Introducción

• Existen tres tipos de direcciones IP que determinan el destinatario de

una comunicación:
– Unicast (un destino)
– Broadcast (múltiples destinos): todas las máquinas
– Multicast (múltiples destinos): algunas máquinas

• Broadcast no es más que un caso concreto de multicast.
• Broadcasting y multicasting realizan una comunicación desde una

máquina a un conjunto de ellas.
– Solo es válido con UDP (el mecanismo de conexiones TCP exige

dos interlocutores) comunicación no fiable.

• En el caso de broadcast el paquete es recibido por todas las

máquinas interesadas o no en el paquete.
– El paquete es procesado hasta la capa UDP para aceptarlo o

descartarlo.

acusado.

– Produce una fuerte sobrecarga cuando el broadcast es muy

• Este problema lo soluciona el multicast ya que para recibir estos
paquetes la maquina tiene que estar suscrita a un grupo multicast:
– Si no se está suscrito, los paquetes son directamente descartados

por la interfaz de red.

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Broadcast

• Cuatro tipos diferentes de direcciones IP de broadcast:

– Broadcast limitado:

• Dirección: 255.255.255.255
• Nunca es redirigido por un router hacia la red exterior
• Se utiliza en el proceso de configuración de hosts (p.e. DHCP)

– Broadcast dirigido a red:

• Dirección: Identificador de red + Identificador de host a 1

– Clase A: <Id de red>.255.255.255
– Clase B: <Id de red>.<Id de red>.255.255
– Clase C: <Id de red>.<Id de red>. <Id de red>.255

• Puede ser redirigido por los routers al exterior pero esta opción puede

estar deshabilitada

– Broadcast dirigido a subred:

de host a 1

– Broadcast dirigido a todas las subredes:

• Dirección: Identificador de red + identificador de subred + Identificador

• Dirección: Identificador de red + Identificador de subred y de host a 1
• Para la red 210.53.23.0, con máscara de subred 255.255.255.192 la

direcciones de broadcast para todas las subredes sería: 210.53.23.255
• Si una red no tiene subnetting es lo mismo que un broadcast dirigido a

red.

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Multicast

• Proporciona dos tipos de servicios diferentes a la aplicación:

– Envío de datagramas a destinos múltiples.
– Solicitud de servidores por parte de clientes.

• Dirección IP multicast:

28 bits

Clase D

1 1 1 0

Identificador grupo multicast

•

Las direcciones comprendidas entre 224.0.0.0 a 239.255.255.255
están reservadas para grupos de multicast.

• Hay algunos grupos de multicast asignados oficialmente por la IANA

(Internet Assigned Numbers Authority) y otros que son para uso
esporádico.

• Dentro de los grupos asignados por la IANA, algunos de los más

conocidos son:
– 224.0.0.1 = todas las máquinas de la red (que soportan multicast).
– 224.0.0.2 = todos los routers de la red.
– 224.0.1.1 = usado en NTP (Network Time Protocol)
– 224.0.0.9 = usado por RIP versión 2.

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Multicast

• Los grupos de multicast son dinámicos: los hosts pueden darse

de alta y de baja en cualquier momento.
– No hay restricciones en el número de hosts en un grupo.
– No es necesario pertenecer a un grupo para enviar un

mensaje al grupo.

• Cuando un host se une a un grupo multicast se crea una

interfaz de red virtual (con su propia dirección MAC) para recibir
los mensajes multicast.
– Durante una comunicación mediante direcciones unicast es

necesario convertir direcciones IP en direcciones Ethernet
(mediante ARP)

– Las direcciones multicast también es necesario convertirlas

a direcciones multicast Ethernet

– Este mapeo se realiza de forma fija para Ethernet

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Multicast: Direcciones Ethernet

•

Las direcciones Ethernet constan de 48 bits y se denotan como:
0a:53:1f:84:82:0d

• El rango 01:00:5e:00:00:00 – 01:00:5e:7f:ff:ff está reservado para las
direcciones Ethernet multicast, creando un espacio de direcciones de
23 bits.

• Mecanismo de conversión de direcciones IP multicast a direcciones

Ethernet multicast

Dirección
Ethernet
multicast

0 1 0 0 5 e

0000000100000000010111100 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

23 bits menos significativos de la
dirección IP multicast, copiados a la

dirección Ethernet multicast

Dirección IP clase D

1110 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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5 bits no utilizados en la conversión
a dirección Ethernet multicast

Multicast: Direcciones Ethernet
• El hecho de que haya 5 bits de la dirección IP que no se utilicen para la

generación de la dirección Ethernet de multicast provoca que haya diferentes
direcciones de grupos multicast (2^5 = 32) que se correspondan con la misma
dirección Ethernet de multicast.

Dirección IP
224.128.64.32
224.0.64.32
225.128.64.32

...

Dirección IP hex.

e0.80.40.20
e0.0.40.20
e1.80.40.20

...

Dirección Ethernet
01:00:5e:00:40:20
01:00:5e:00:40:20
01:00:5e:00:40:20

...

• Esta conversión permite que la interfaz reconozca como propios tramas

destinadas a las direcciones Ethernet multicast correspondientes.

• Como el mapeado no es único (1 dirección Ethernet multicast para 32

direcciones IP multicast) Es necesario realizar un filtrado posterior para
eliminar las tramas no importantes.

• En otros medios físicos el mapeo se realiza de una forma muy parecida.

– FDDI tiene direcciones de 48 bits Mismo mapeo.
– Token ring utiliza otro mecanismo para realizar el mapeo.

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Transmisión multicast

• En una única red física no hay problemas para realizar multicast:

– El emisor envía un datagrama IP a una dirección multicast, que es
convertida en una dirección Ethernet multicast y se envía la trama.

– El receptor se une a un grupo y la interfaz se habilita para la

recepción de estos datagramas multicast.

– Al recibir un mensaje multicast, se entrega una copia a uno o

varios procesos.

IP: 210.53.23.10
IP multicast: 224.128.64.32
Eth.: 0f:9a:32:e3:09:8d
Eth. mult: 01:00:5e:00:40:20

IP: 210.53.23.47
Eth.: 3a:8c:01:3d:21:8a

X

Datagrama IP
Destino: 224.128.64.32
Trama Ethernet
Destino: 01:00:5e:00:40:20
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IP: 210.53.23.32
IP multicast: 224.128.64.32
Eth.: 8e:9a:93:90:3a:8a
Eth. mult: 01:00:5e:00:40:20

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Transmisión multicast

•

Las complicaciones se encuentran cuando hay que atravesar routers
Es necesario un protocolo en el router para determinar si algún host
en alguna de sus redes pertenece a un grupo multicast.

• Para esto, se ha definido el protocolo denominado Internet Group

Management Protocol (IGMP).

IP: 175.89.23.10
IP multicast: 224.128.64.32
Eth.: fb:8d:93:01:23:34
Eth. mult: 01:00:5e:00:40:20

X

IP: 210.53.23.10
IP multicast: 224.128.64.32
Eth.: 0f:9a:32:e3:09:8d
Eth. mult: 01:00:5e:00:40:20

IP: 210.53.23.47
Eth.: 3a:8c:01:3d:21:8a

X

Datagrama IP
Destino: 224.128.64.32
Trama Ethernet
Destino: 01:00:5e:00:40:20

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IP: 210.53.23.32
IP multicast: 224.128.64.32
Eth.: 8e:9a:93:90:3a:8a
Eth. mult: 01:00:5e:00:40:20

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IGMP

•

Internet Group Management Protocol – Especificado en el RFC
1112.

• Es un protocolo utilizado por hosts y routers para poder soportar

adecuadamente el multicasting.

• Principal objetivo: que los routers de entrada a las redes
conozcan que hosts están utilizando multicast y con qué
grupos.

• Así, los routers permiten o no el paso de los datagramas

multicast en función del grupo al que pertenece:
– Si está siendo utilizado en ese momento por algún host

Se envía por esa interfaz.

TCP

UDP

IGMP

TRANSPORTE

IP

RED

Ethernet

ENLACE

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IGMP: Mensajes

• El tamaño del mensaje IGMP es fijo de 8 bytes

– No se considera la posibilidad de que se puedan transportar datos

adicionales.

– El datagrama IP completo tiene una longitud de 28 bytes (20 de cabecera

IP + 8 de mensaje IGMP)

• El campo del protocolo en la cabecera IP es 2.
4 8 16

0
Versión

(1)

Tipo
(1 ó 2)

Sin usar

Checksum

Dirección del grupo multicast (clase D)

31

• Versión: es la versión 1.
•

Tipo:
– 1 (query): consulta enviada por un router multicast.
– 2 (report): respuesta enviada por un host.

• Dirección del grupo: dirección IP clase D.

– En las consultas, este campo se rellena a ceros.
– En las respuestas, contiene el grupo multicast al que está asociado el host.

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IGMP: Operación

•
•

•

•

Base: un host se puede suscribir o abandonar dinámicamente grupos multicast.
Dentro de un mismo host pueden existir uno o varios procesos que pertenecen a uno o
varios grupos multicast Un host que soporta multicasting contiene unas tablas que
relacionan los procesos que actualmente están haciendo uso del multicasting con sus
grupos asociados.
Los hosts utilizan los datagramas IGMP para comunicar a los routers qué grupos multicast
están utilizando sus procesos en ese momento:
Funcionamiento:
1.

Un host envía un mensaje IGMP a su router cuando el primer proceso se suscribe a
un grupo.
•

Este mensaje se envía por la misma interfaz utilizada por ese proceso en caso
de que existan varias interfaces.

2.

3.

4.

Un host nunca manda un mensaje cuando un proceso abandona un grupo, incluso
aunque sea el último proceso del host suscrito a ese grupo.
Los routers que soportan multicast mandan regularmente mensajes para ver si los
hosts mantienen todavía procesos inte