Fundamentals Multicast

Multicast의 장점
   다수에 대한 동일한 트래픽에 대한  전송시 Unicast보다 보다 높은 효율성을 가지고 있음
   서버측면, 네트워크 측면 전체 효율성이 증가 함. 중복된 traffic을 생성하지 않아도 됨
   Mulitpoint application이 가능함.

  
Distribution Tree
( First hop Ro->Last hop Ro간 Multicast 전송)
 Multicast 망에서 Multicast First hop router에서 Last hop router 까지의 전송을 담당하는 업무를 수행하며 Multicast망의 Routing 프로토콜을 의미한다.

IGMP (Internet Group Message Protocol)
 Multicast망에서 Last hop router에 연결된 receiver를 관리하는 프로토콜

Mutlcast에서 Router는 모든 멀티케스트에 대한 정보를 가지고 있어야 한다.

Multicast에서 사용하는 IP 주소
 High-order 3bit are set (224.0.0.0)
      11100000.00000000.000000000.00000000
 224.0.0.0-224.0.0.255 대역은 Multicast Protocol이 사용할수 있도록 예약되어 있음.
 224.0.1.0-238.255.255.255 대역은 특별한 제한없이 사용이 가능함 (Unicast의 공인망 처럼 사용됨)
 239.0.0.0-239.255.255.255 대역은 Unicast의 사설망 처럼 사용됨
 동일한 Domain 구간에서 Multicast IP가 중복되어 사용될수 없다.
   - Multicast IP가 사용되어 지는지 여부를 알기위해 sdr tool을  사용한다.
     sdr tool의 확장성 등에 대한 문제점으로 MASC(Multicast Address Set-Claim) tool이
    상위 Domain에 Multicast IP Tree 를 요청하는 Method 가 현재 개발되고있음

233.0.0.0-233.255.255.255
 중간 2개 옥텟을 AS넘버를 지정하여 사용토록 (GLOP Address)  IANA에서 권고
 http://www.cisco.com/en/US/tech/tk828/technologies_white_paper09186a00802d4643.shtml#wp1002548

Multicast Distribution Trees
 - Shortest Path Tree (Source Based Tree/Source Tree)
    Notation(S,G) = S: Source/G: Group
    Source 를 기점으로 Tree가 만들어짐 (최단거리를 Tree로 만듬)
   동작 과정에서 메모리, router의 Over Head가 발생 할수 있으나, 빠르며, delay가 적음
  Dense Mode :  PIM-DM, DVMRP, MOSPF

 - Shared Distribution Tree
     Notation(*,G) = * : All Source/ G : Group
     Multicast 망에 존재하는 특정 router가 Rendezvous Point 가되어 Tree가 생성
     Source->RP, RP->last hop 까지 Shortest Path Tree를 사용함
    동작과정에서 메모리, router 의 Over Head가 적으나, 최단경로를 제공할 수 없음
    Sparse Mode :  PIM-SM, CBT
    ※ Multicast Protocol에 의하여 Distribution Tree가 결정됨



Multicast Routing  :
   Unicast의 목적지를 찾아 뻗어나가는 방식의 Routing이 아닌,  Source 로 부터 멀어지는 방식의 Routing을 수행
   Multicast에서 발생 가능한 roof를 제어하기 위해 Revers Path Forwarding을 사용
Multicast Protocol 은 unicast에 대한 Routing을 참조하여 RPF를 사용 하며, uncast의 Routing protocol에 상관없이 모두 적용 가능함

RPF(Revers Path Forwarding)
  - Source가 있는 최단 경로에서 들어온 트래픽 만 나머지 인터페이스
     (Out going interface로 설정된)로 Forward 함.
  - Source IP는 Routing Table에서 확인함
  - Source 가 아닌 다른 interface에서 들어오는 Traffic은 무시함.

Multicast Traffic의 전송제어
  - TTL Threshold를 통한 전송제어
    ( interface에 설정된 TTL 값이 incoming packet의  TTL 값보다 클경우 dropped,
     TTL 값이 '0'으로 설정될 경우 전송제어 없음 default 설정)
  - access list를 통한 제어
       ex) interface # ip multicast boundary 5
        config # access-list 5 deny 239.0.0.0 0.255.255.255 -> 인터페이스 Multicast 제어


동작 방식에 따른 Multicast Protocol의 종류
  - Dense Mode (Food&prune) : PIM-DM, DVMRP, MOSPF
      RPF check 를  마친 Multicast Traffic을  Multicast가 enable된 인터페이스로 Forward
      Flood&prune 방식사용 prune message 를 발생한 인터페이스는 Multicast 발송 안함
      (prune message는 3분간 상태 유지 후 반복 됨 -> router에 불필요한 리소스 사용이 발생 )
      작은 네트워크 환경이나, 연구소에서 사용함
     Assert Mechanism :
     자신이 전송하는 인턴페이스로 동일한 Multicast packet이 들어올경우
     같은 노드의 Router를 탐지하여 Assert Message를 발송하여 distance, metric을 비교하여
      Assert winner router가 되며 그또한 같을 경우 ip address 가 높은 쪽이 assert Winner 가 됨
      Assert loser router 는 prune message를 발생하고 3분뒤 다시한번 assert message를 발생  
      Assert mechanism 에서 winner router가 장애발생시 최대 3분간 장애로 이어짐
 
  - PIM Sparse Mode (Explicit Join) :PIM-SM, CBT(실험실 연구실에서만 사용)
     Rendezvous point 를 통하여  Multicast Traffic 발송할 때 Multicast를 요청한 인터페이스로만
     발송함.
 
    동작방식
      Receiver 가  Join 요청을 last hop router를 통하여 RP로 발생 하면  RP<->Receiver간
      shared Tree를 SPT  를 통하여 생성하고, RP가 Source로 Join Message를 발송
      Source가 RP로 Multicast Data를 unicast로 인캡슐레이션 하여 RP로 전송하면,
      RP는 register stop message를 first hop Router에게 발송하여 더이상의 unicast 전송을
      제한 한다
      First hop Router는 shared Tree를 통한 Multicast 전송을 수행한다.
      최종적으로  first hop router <-> RP <-> last hop router 간 생성된 shared tree를 통하여
      Multicast를 발송함
     ※SPT (Shortest Path Tree)
     
   PIM-Sparse Mode SPT Switchover 
   PIM spars Mode를 통하여 전구간 shared Tree가 확립되었을때 last hop router는 First hop
   router에게 shortest 경로로 join message를 발생 하고 Shortest경로를 통하여 동일한  
   Multicast Traffic을 수신 받음. 중복된 multicast를 수신받는 last hop router는
   Multicast Traffic이 특정 Size 이상으로 많을경우 RP를 사용하지 않고 Shortest 경로로 Multicast
   를 수신 받음. 이때, RP로 prune message를 발생함.
   STP thresthold 값에 의하여 Multicast Data Size를 제어함
   Default로 PIM-Sparse Mode SPT switchover threshold '0' -> Multicast tree 가 확립됨과 동시
   에 Shortest Path를 사용


IP Multicast Mac Address Mapping
 Multicast IP에 대한 Mac Address는 Class-D 에 대한 2-28승 개의 IP에 대한 Mac이 필요하나
 초기 개발시 문제점으로 2-23승 개에 대한 Mac만 지정할수 있음(OUI Mac 주소 다음 5bit에 대한 
 주소가 없어 중복되는 문제점 존재)
   224.1.1.1~239.1.1.1
   224.129.1.1~239.129.1.1
  IP주소는 동일한 mac 주소로 중복되므로 동시에 사용이 불가함.

OUI(Organizationally Unique Identifier) : 각 기업에 할당된 상위 24 bit Mac Address