UMA APLICAÇÃO MULTICAST PARA O AUXÍLIO DE AULAS EM LABORATÓRIOS DE INFORMÁTICA

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1 FACULDADE DE INFORMÁTICA DE PRESIDENTE PRUDENTE UMA APLICAÇÃO MULTICAST PARA O AUXÍLIO DE AULAS EM LABORATÓRIOS DE INFORMÁTICA DENILSON JOSÉ DE SOUZA CORRÊA Presidente Prudente SP 2006

2 FACULDADE DE INFORMÁTICA DE PRESIDENTE PRUDENTE UMA APLICAÇÃO MULTICAST PARA O AUXÍLIO DE AULAS EM LABORATÓRIOS DE INFORMÁTICA DENILSON JOSÉ DE SOUZA CORRÊA Trabalho monográfico apresentado no curso de graduação, Bacharelado em Ciência da Computação, como requisito parcial para sua conclusão. Área de concentração: Sistemas de Computação. Orientadores: MSc. Francisco Assis da Silva Dr. Adilson Eduardo Guelfi Presidente Prudente SP 2006

3 004 Corrêa, Denilson José de Souza. Uma Aplicação Multicast para o Auxílio de Aulas em Laboratórios de Informática. Denilson José de Souza Corrêa. Presidente Prudente : UNOESTE, p : Il Monografia (Graduação) Universidade do Oeste Paulista Unoeste: Presidente Prudente SP, Bibliografia. 1. Multicast. 2. IGMP. 3. API. I. Autor. II. Título.

4 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho ao nosso Pai Celestial; aos meus pais, que depositaram grande parcela de vossas vidas e aos meus amigos, que acreditaram na minha pessoa.

5 AGRADECIMENTOS Humildemente, sem cansaço e com êxito, agradeço a Deus, por nunca deixar de estender sua mão, aos meus familiares pela força e sábia criação e aos meus amigos. Com muita satisfação, congratulo o professor mestre Francisco Assis da Silva que, além do incentivo, ordenou os meus passos para a bem sucedida realização deste trabalho.

6 Corrêa, Denilson José de Souza. Uma Aplicação Multicast para o Auxílio de Aulas em Laboratórios de Informática. Presidente Prudente: UNOESTE, (Monografia de Graduação). Orientadores: Prof. MSc. Francisco Assis da Silva Prof. Dr Adilson Eduardo Guelfi RESUMO Um dos principais objetivos deste projeto é desenvolver uma aplicação que permita o gerenciamento de um determinado grupo de estações a partir de uma estação principal. Este gerenciamento diz respeito à restrição operacional das estações de um determinado laboratório e fornecimento de informações de softwares em execução destas estações à estação principal. Um outro grande objetivo é permitir que as estações exibam em seus monitores a imagem presente na estação principal. Uma justificativa deste projeto seria a não necessidade de utilizar projetores multimídia nos laboratórios, pois as imagens da tela da estação principal seriam exibidas nos próprios monitores das estações dos alunos.

7 Corrêa, Denilson José de Souza. An Application multicast for the Aid of Lessons in Laboratories of Computer science. Presidente Prudente: UNOESTE, (Monograph of Graduation). Orientadores: Prof. MSc. Francisco Assis da Silva Prof. PhD. Adilson Eduardo Guelfi ABSTRACT One of the main objectives of this project is to develop an application that allows the management of one definitive group of stations from a master station. This management says respect to the operational restriction of the one stations determined laboratory and supply of information of softwares in execution of these stations to the master station. One another great objective is to allow that the stations show in its monitors the present image in the master station. A justification of this project would be the necessity not to use projectors multimedia in the laboratories, therefore the images of the screen of the master station would be shown in the proper monitors of the stations of the pupils.

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivos e Metodologia do trabalho Estrutura dessa monografia CONCEITOS BÁSICOS TCP/IP UDP/IP Formas de Comunicação Unicast e Multicast IP Multicast Endereçamento IP Multicast Time To Live (TTL) Níveis de Conformidade Envio de Datagramas IP Multicast Recebimento de Datagramas IP Multicast IGMPv IGMPv Sockets APPLICATION PROGRAMMING INTERFACE - API FORMAS DE UTILIZAÇÃO CONCLUSÕES Trabalhos Futuros...48 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...50

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Comunicação unicast...13 Figura 2 - Comunicação multicast Figura 3 - Classes de endereçamento IP Figura 4 - Níveis estruturais passíveis de modificação no suporte a multicast...19 Figura 5 - Formato das mensagens de protocolo IGMPv Figura 6 - Formato das mensagens de protocolo IGMPv Figura 7 - Diagrama de transição de estados do protocolo IGMP...32 Figura 8 - Comportamento do Socket com protocolo TCP...34 Figura 9 - Comportamento do Socket com protocolo UDP Figura 10 - Tela de comandos apresentada na estação do professor Figura 11 - Tela Oculta nas estações dos alunos Figura 12 - Tela de Configuração do componente de socket...39 Figura 13 - Código fonte para configuração do socket...40 Figura 14 - Código Fonte para o envio de mensagens Figura 15 - Código Fonte para o recebimento de mensagens Figura 16 - Código fonte para executar o bloqueio operacional...42 Figura 17 - Código fonte para realizar a chamada à API BlockInput...42 Figura 18 - Código fonte para desabilitar o gerenciador de tarefas...43 Figura 19 - Código fonte para exibir uma lista de tarefas em execução...44 Figura 20 - Código fonte para ocultar uma aplicação...44 Figura 21 - Código fonte para captura de imagem, conversão de formato e gravação em disco...45 Figura 22 - Código fonte para realizar requisições com o componente WebBrowser....46

10 8 1 INTRODUÇÃO Aulas lecionadas em laboratórios de informática geralmente não têm seu rendimento muito alto devido ao acesso dos alunos à outras aplicações que não fazem parte do conteúdo apresentado pelo professor. Assim, a utilização de técnicas que permitam ao professor restringir o acesso apenas ao conteúdo da aula é considerada de grande valia. A replicação da imagem do monitor do professor para todos os monitores das estações de um laboratório de informática e a possibilidade de bloquear o controle operacional das estações dos alunos resumem a importância deste trabalho. Com isso, os alunos teriam que acompanhar o material apresentado pelo professor não se distrair com outras atividades além do assunto tratado. Assim como o controle a respeito do bloqueio ou não das estações dos alunos, o professor teria a possibilidade de acessar a lista de softwares em execução em cada estação do laboratório. O desenvolvimento de um sistema que atenda as características acima citadas, tem sua utilização voltada para instituições de ensino em que existam aulas ministradas em laboratórios de informática. Em muitos casos, a utilização de projetores multimídia não seria mais necessária, pois a imagem do monitor do professor seria exibida em cada um dos monitores das estações que compõem o laboratório. O professor teria por meio de seu microcomputador a opção de bloquear ou não bloquear operacionalmente as estações dos alunos. Quando bloqueada, o único recurso disponível nas estações seria a visualização da imagem presente no monitor da estação do professor. Pela estação principal seria possível a qualquer momento a requisição da lista de softwares em utilização nas demais estações que compõem o laboratório, com isso o controle se tornaria mais eficiente no caso de um aluno de determinada estação viesse a assumir um comportamento diferente do esperado durante o decorrer da aula. O sistema viria a disponibilizar também o recurso de tempo programado para bloqueio, assim a aplicação de questionários dentre outras atividades seria favorecida, pois existiria a possibilidade de se estipular um determinado período de tempo para o término. Em aulas ministradas em laboratórios de informática, os professores, com os recursos disponibilizados, teriam um maior controle sobre o conteúdo acessado

11 9 pelos alunos e com isso conduzir a aula, como um todo, a ter um maior aproveitamento a respeito de conteúdo apresentado. Os alunos não teriam com o que se distrair com o bloqueio operacional, tendo que voltar sua atenção apenas para o conteúdo que é apresentado no monitor de sua estação e assim ter uma melhor compreensão do assunto abordado. 1.1 Objetivos e Metodologia do trabalho Um dos principais objetivos deste projeto é desenvolver uma aplicação que permita o gerenciamento de um determinado grupo de estações à partir de uma estação principal. Este gerenciamento diz respeito à restrição operacional das estações de um determinado laboratório e fornecimento de informações de softwares em execução destas estações à estação principal. Um outro grande objetivo é permitir que as estações exibam em seus monitores a imagem presente na estação principal. A principal razão para o desenvolvimento deste projeto é contribuir com o ensino acadêmico em uma instituição onde são utilizados laboratórios de informática como local para serem ministradas aulas. Uma outra justificativa deste projeto seria a não necessidade de utilizar projetores multimídia nos laboratórios, pois as imagens da tela da estação principal seriam exibidas nos próprios monitores das estações dos alunos. 1.2 Estrutura dessa monografia Após este capítulo introdutório, a presente monografia está organizada conforme a estrutura que segue. No capítulo 2, são elucidados os aspectos relevantes aos conceitos básicos que servem de suporte para o texto desta. Um primeiro enfoque é dado aos protocolos de comunicação TCP/IP e UDP/IP, onde são esclarecidas as questões de funcionamento de cada um destes. Após, são mostradas as características das formas de comunicação utilizadas, são abordados os conceitos de comunicação unicast e multicast, conceitos da utilização de sockets e aspectos importantes da implementação de threads.

12 10 O capítulo 3 aborda as características e funcionalidades das APIs: conceitos e formas de utilização. No capítulo 4, é feita a descrição de como foi desenvolvida a aplicação, abordando os detalhes dos pontos críticos encontrados durante o seu desenvolvimento. O capítulo 5 apresenta as formas de utilização da aplicação, tratando assuntos relevantes ao desempenho, requisitos básicos para uma utilização correta e avaliação funcional da aplicação. Também são mostrados resultados dos testes realizados visando à avaliação de desempenho. Por fim, o capítulo 6 apresenta as conclusões desta monografia, bem como os problemas encontrados e aspectos que ficaram em aberto como sugestão para o direcionamento de trabalhos futuros. O código-fonte da aplicação está em anexo, ao final desta monografia.

13 11 2 CONCEITOS BÁSICOS Neste capítulo, são apresentados os conceitos básicos para uma melhor compreensão dos assuntos abordados. Inicialmente, são descritas informações relevantes sobre TCP/IP e UDP/IP; posteriormente, são apresentadas as características das formas de comunicação utilizadas. Todas as informações deste capítulo foram obtidas de Tanenbaum (1997) excetuando-se as frases ou parágrafos onde aparecerem outra referência. 2.1 TCP/IP O TCP (Transmission Control Protocol) é considerado até hoje o padrão de rede para a comunicação unicast 1 confiável, onde confiável significa comunicação por melhor-esforço (best-effort), isto é, pacotes perdidos são retransmitidos, mas não indefinidamente. Diversos protocolos e serviços são baseados no TCP/IP, tais como: TELNET 2 e FTP 3, RPC 4, NFS 5 e HTTP 6. TCP fornece entrega orientada a fluxo (stream) com ordenação FIFO (First In First Out). A entrega ser orientada a fluxo significa que os limites das mensagens não são respeitados e uma única mensagem pode ser quebrada e entregue em vários pacotes no destinatário. Se os limites das mensagens precisarem ser respeitados, este problema pode ser resolvido por meio de um mecanismo de mais alto nível que garanta estes limites. O TCP é baseado no IP (Internet Protocol), que não fornece confiabilidade, ou seja, as mensagens são transmitidas apenas uma vez e podem ser perdidas ou corrompidas. Para fornecer confiabilidade, o TCP/IP retransmite as mensagens perdidas, contudo utiliza um mecanismo bem simples para implementar a retransmissão. Os reconhecimentos, gerados pelo destinatário contêm a informação referente à seqüência de pacotes recebidos: se está completa ou não. O emissor retransmite pacotes, iniciando pelo primeiro não-reconhecimento, não importando se 1 Unicast Quando um endereçamento para um pacote é feito a um único destino. 2 TELNET protocolo cliente-servidor de comunicações usado para permitir a comunicação entre computadores ligados numa rede. 3 FTP File Transfer Protocol. 4 RPC - Remote Procedure Calling. 5 NFS - Network File System. 6 HTTP - Hypertext Transfer Protocol.

14 12 um ou mais dentre os pacotes intermediários já foram recebidos pelo destinatário. Um protocolo de janela deslizante, responsável pelo controle de fluxo e de congestionamento pela variação do tamanho da janela, permite a existência de mais de um pacote em transmissão em um dado momento. Considerando defeitos de link ou congestionamento de rede, o TCP abandona os pacotes não-reconhecidos após um determinado tempo (timeout) e aborta a conexão. Com respeito às conexões, o TCP/IP utiliza a interface de sockets 7 abertos e seus descritores associados; atingindo este limite, o sistema não permitirá a abertura de novas conexões TCP. Uma solução pode ser a abertura e o fechamento das conexões dinamicamente, entretanto abrir e fechar sockets geralmente é uma operação que degrada o desempenho do sistema, principalmente quando há muitas conexões ativas. 2.2 UDP/IP O UDP (User Datagram Protocol) é um protocolo mais rápido do que o TCP, pelo fato de não verificar o reconhecimento das mensagens enviadas; por este motivo, não é confiável como o TCP. O protocolo é não orientado a conexão e não provê muitas funções; não controla o fluxo, podendo os datagramas 8 chegarem fora de seqüência ou até mesmo não chegarem ao destinatário. Como o UDP não oferece suporte para a recuperação de erros, perda ou duplicação de mensagens, entrega de mensagens fora de ordem ou perda de conectividade, estas questões devem ser ignoradas ou então tratadas pelas camadas superiores. Assim, a camada que utiliza o protocolo UDP é quem deve fornecer alguma forma que aumente a confiabilidade, pois o UDP é, em síntese, simplesmente um emissor e receptor de datagramas. O UDP é, portanto, um protocolo de comunicação de baixo nível sem muitas garantias, mas é eficiente e sua interface simples é ideal para implementar protocolos com mais funcionalidades sobre ele. Além disso, uma importante característica relacionada ao UDP diz respeito às primitivas de envio e recebimento; a primitiva de envio (send) é não-bloqueante e a primitiva de recebimento (receive) 7 Sockets - utilizados para fazer a comunicação entre hosts. 8 Datagramas - são unidades de mensagens tratadas pelo Protocolo Internet (IP) e transportadas por ele.

15 13 pode também ser feita não-bloqueante. Essa característica de não-bloqueio é importante, pois permite a execução de outras tarefas durante a transmissão de uma mensagem. 2.3 Formas de Comunicação Unicast e Multicast Grande parte dos protocolos de rede de alto nível (protocolos de transporte ISO 9 ou TCP e UDP) provêm apenas um serviço de transmissão unicast, ou seja, um nodo de uma rede pode enviar dados para apenas outro nodo em uma rede distinta (serviço ponto-a-ponto). Se um nodo deseja enviar a mesma informação para vários destinatários usando o serviço de transporte unicast, ele deve proceder com um unicast replicado, enviando N cópias dos dados, sendo N o número de nodos destino. A figura 1 mostra a comunicação unicast entre hosts. Figura 1 - Comunicação unicast. Uma maneira mais otimizada de enviar dados de uma fonte para muitos destinos é fornecer o serviço de transporte multicast 10. Com ele, torna-se possível um nodo enviar dados a vários destinos fazendo apenas uma requisição ao serviço de transporte. O uso de multicast tem propiciado o uso abrangente de vários tipos de aplicações, tais como videoconferência, computação distribuída, entre outros. Este uso contínuo impõe a necessidade de realizar multicast de maneira eficiente. A 9 ISO - Modelo de protocolo de sete camadas. 10 Multicast - é a entrega de informação para múltiplos destinatários simultaneamente usando a estratégia mais eficiente onde as mensagens só passam por um link uma única vez.

16 14 figura 2 mostra a comunicação multicast onde uma informação é enviada a vários destinatários simultaneamente. Figura 2 - Comunicação multicast. A primeira utilização de multicast em redes locais foi feita com fins de descobrir recursos, conforme pode ser observado nos protocolos de roteamento RIP (Routing Information Protocol) e OSPF (Open Shortest Path First). Se um roteador OSPF detectar que outros roteadores OSPF se encontram na rede, ele simplesmente faz o multicast de um pacote hello para o endereço convencional todos os roteadores OSPF. Este endereço é fixo, arbitrado pelo lana 11 (Internet Assigned Numbers Authority), sendo que pode ser previamente codificado em programas OSPF. Uma maneira alternativa em redes não broadcast 12 : para enviar um pacote hello para todos os vizinhos, os roteadores devem ser configurados com uma lista de endereços dos mesmos. Multicast possibilita que o roteador descubra esta lista com uma simples transmissão, minimizando incômodos ao administrador da rede. O uso de multicast não está limitado a protocolos de roteamento. Utilizandose como exemplo o protocolo BOOTP, que é utilizado para carregar estações com um valor inicial de parâmetros do sistema. Ao enviar um pacote multicast ao endereço todos os servidores bootstrap. A estação automaticamente descobrirá o servidor local. Em todos estes exemplos, mostrou-se multicast no contexto das redes locais, mas não há razão para se impor tal limitação. 11 IANA - Organização mundial que funciona como a máxima autoridade na atribuição dos "números" na Internet. Entre os quais estão os números das portas e os endereços IP. 12 Broadcast - permitem à aplicação enviar dados para todos os hosts de uma rede.

17 IP Multicast Deste parágrafo em diante todas as informações foram obtidas do Tutorial Multicast feito pelo Departamento de Automação e Sistemas excetuando-se as frases ou parágrafos onde aparecerem outra referência. (Departamento de Automação e Sistemas) A transmissão para múltiplos pontos (Difusão Seletiva) permite que cada máquina escolha se deseja participar de uma transmissão. Tipicamente, estão reservados dentro de cada tecnologia de hardware um grande conjunto de endereços para uso com difusão seletiva. Quando um grupo de máquinas deseja se comunicar, elas escolhem um endereço multicast para utilizarem em sua comunicação. As interfaces de rede são configuradas para reconhecer o endereço selecionado, e todas as máquinas pertencentes ao grupo passam a receber uma cópia de cada quadro enviado para o endereço multicast. O endereçamento multicast pode ser visto como uma generalização de todas as outras formas de endereçamento. Pode-se pensar, por exemplo, que a forma de endereçamento convencional unicast é um endereçamento multicast onde apenas uma máquina participa do grupo e, de forma similar, que o endereçamento broadcast é uma forma de endereçamento multicast onde todas as máquinas são membros do grupo multicast. IP Multicast é um protocolo para transmissão de datagramas de uma fonte para vários destinatários, em uma rede local ou rede geograficamente distribuída, onde os hosts 13 envolvidos utilizam o conjunto de protocolos TCP/IP, lembrando que a nível do protocolo IP, as transmissões dos datagramas ocorrem de uma forma não confiável. Assim, os membros de um grupo multicast IP são dinâmicos, ou seja, as estações podem entrar ou deixar grupos a qualquer momento. Não existem restrições para o número de membros de um grupo, e uma estação pode participar de mais de um grupo simultaneamente, assim como pode enviar datagramas a um grupo mesmo sem pertencer a ele. Existem grupos que possuem um endereço conhecido, fixo, denominados grupos permanentes. Mas apenas o endereço é permanente: os membros deste grupo não são fixos, e num dado momento um grupo permanente pode ter qualquer 13 Hosts Microcomputadores pertencentes a uma rede.

18 16 número de membros, inclusive nenhum. Os endereços multicast IP que não são reservados para nenhum grupo permanente estão disponíveis para atribuição dinâmica de grupos temporários que existem somente enquanto possuem membros, denominados grupos transientes. Estes grupos são criados quando são necessários, e eliminados quando o número de membros chega a zero Endereçamento IP Multicast Assim como na difusão seletiva em hardware, o IP multicast utiliza o endereço destino do datagrama para indicar entrega com difusão seletiva. Utiliza a classe D de endereçamento IP, conforme mostrado na figura 3. Figura 3 - Classes de endereçamento IP. Fonte: extraído do Tutorial Multicast pelo Departamento de Automação e Sistemas. Os primeiros quatro bits do endereço contém o valor "1110" e identificam o endereço como multicast, e os vinte e oito bits seguintes indicam um grupo multicast específico. Expressados na notação decimal pontual, os endereços multicast IP variam entre e O endereço é reservado, não podendo ser atribuído para nenhum grupo, e é atribuído ao grupo permanente de todos os hosts IP (incluindo gateways 14 ). É usado para endereçar 14 Gateways - são aparelhos de alta tecnologia que conectam-se por um lado à rede, como se fossem computadores comuns, e de outro à rede de telefonia existente.

19 17 todos os hosts multicast na rede diretamente conectada. Não há endereço multicast para todos os hosts de toda a Internet. O endereço de outros grupos permanentes bem conhecidos são publicados em "Assigned Numbers 15 ". Assim, para participar de IP multicast em uma rede local, uma estação deve possuir um software que permita enviar e receber datagramas multicast. Para participar de um grupo multicast que atravesse várias redes, a estação deve informar o roteador multicast local. Os roteadores locais contactam outros roteadores multicast, passando a informação de associação a um grupo e estabelecendo rotas. Os datagramas são entregues a todos os membros pertencentes a um grupo com a mesma confiabilidade "best-efforts" existente em datagramas IP unicast, ou seja, não há garantia que o datagrama chegue intacto a todos os membros do grupo destino ou que cheguem na mesma ordem em que foram enviados. Vale a pena ressaltar que muitas aplicações estão mais preocupadas com o desempenho do que com a confiabilidade. No entanto, alguns esforços estão sendo realizados no sentido de desenvolver um protocolo multicast confiável, como é o caso do MTP (Multicast Transport Protocol), que é relevante, por exemplo, para aplicações que envolvem bases de dados distribuídas Time To Live (TTL) Cada pacote multicast usa o campo TTL do cabeçalho do endereço IP, como um parâmetro de limitação de escopo. O campo TTL controla o número de saltos permitidos que cada pacote multicast pode propagar, ou seja, toda vez que um pacote passa por um roteador, o TTL é decrementado, quando o TTL de um pacote se encontra em zero, ele é abandonado sem nenhuma notificação de erro ao emissor. Este mecanismo evita a transmissão desnecessária de mensagens para regiões da Internet, que se situam além das sub-redes contendo os membros de grupos multicast. Em uma rede local, um pacote multicast (TTL é padronizado com 1) alcança todos os membros imediatamente vizinhos em um grupo de hosts de destino. Se um pacote multicast possui um TTL maior que 1, os roteadores multicast ligados a rede 15 Assigned Numbers - Números que são liberados pela Internet Assigned Numbers Authotith para os vários elementos da implementação de um protocolo de rede.

20 18 local, assumem a responsabilidade de fazer a interconexão com outras redes. Assim, pacotes são transmitidos para outras redes que possuem membros de um grupo multicast, para os outros membros que são alcançáveis pelo TTL do pacote. Um roteador multicast conectado a rede completa o fornecimento do pacote, como se fosse um multicast local. O valor limite do TTL em roteadores multicast evita que, pacotes com valores menores de TTL percorram sub-redes a mais. Este pode ser um mecanismo conveniente, para confinar o tráfego multicast dentro de uma área determinada. Existem algumas definições padrões para o TTL. Essas definições com seus respectivos valores TTL são apresentados na Tabela 01. TABELA 1 Valores de TTL para cada rede. Localização TTL Redes Locais 1 Escopo Local 15 Região 63 World Níveis de Conformidade Abaixo são apresentados os níveis de conformidade para suporte ao IP Multicast. a) Nível 0: sem suporte para IP Multicast: hosts neste nível, em geral, não serão afetados pela atividade multicast, ou seja, não existe a necessidade que todas as implementações IP suportem multicast. A única exceção ocorre em alguns tipos de rede local, onde a presença de hosts níveis 1 ou 2 pode causar erros de entrega de datagramas IP Multicast para hosts do nível 0. Estes datagramas, no entanto, podem ser facilmente identificados pela presença de um endereço classe D no campo de endereço destino; estes devem ser descartados por hosts que não suportem IP Multicast;

21 19 b) Nível 1: suporte para o envio mas não recebimento de datagramas IP Multicast: permite a um host participar de alguns serviços baseados em Multicast, como alocação de recursos, mas não o permite participar de nenhum grupo de host; c) Nível 2: suporte completo a IP Multicast: permite a um host participar ou abandonar grupos de hosts, além de permitir o envio de datagramas a estes grupos. Requer, no entanto, a implementação de um protocolo de gerência de grupos, bem como a extensão do IP e das interfaces de serviço de rede local acopladas aos hosts. A implementação destes níveis é baseada na necessidade de adaptação de diversos módulos, conforme pode ser visto na figura 4: Figura 4 - Níveis estruturais passíveis de modificação no suporte a multicast. Fonte: extraído do Tutorial Multicast pelo Departamento de Automação e Sistemas Envio de Datagramas IP Multicast A seguir, seram tratadas as extensões referentes a intefaces e módulos quanto ao envio de datagramas IP Multicast. Extensões à Interface de Serviço IP Datagramas IP Multicast são enviados usando a mesma operação de envio de datagramas IP Unicast; um módulo de protocolo de nível superior especifica

22 20 unicamente um endereço de grupo como destino, ao invés de um endereço IP individual. Contudo, um conjunto de extensões são necessárias: a interface de serviço deve prover uma maneira dos protocolos de níveis superiores especificarem o parâmetro time-to-live de um datagrama multicast que esteja sendo enviado. Se o nível superior não especifica este parâmetro, é utilizado o valor default 1 para todos os datagramas IP Multicast, de modo que uma escolha explícita é necessária para propagar o multicast além de sua rede; Para hosts que possam estar associados a mais de uma rede, o serviço de interface deve prover uma maneira para que os níveis superiores possam identificar que interface de rede será utilizada para realizar a transmissão multicast. Apenas uma interface é utilizada para a transmissão inicial; roteadores multicast são responsáveis por repassarem estes datagramas para qualquer outra rede, se necessário. Se nenhuma interface é indicada pelo nível superior, deve-se eleger uma default; Se o host que está enviando um datagrama é ele próprio membro do grupo destino na interface de saída, uma cópia do datagrama deve ser "looped-back" para entrega local, a menos que tenha sido inibida pelo nível superior. Extensões ao Módulo IP Para suportar o envio de datagramas IP Multicast, o módulo IP deve ser extendido para reconhecer endereços de grupo quando roteando datagramas de saída. Grande parte das implementações incluem a seguinte lógica: se IP-destino está na mesma rede local, envia datagrama localmente para IP-destino senão

23 21 envia datagrama localmente para o Gateway (IP-destino) Para suportar transmissões multicast, a lógica de roteamento deve ser mudada para: se IP-destino está na mesma rede local ou IP-destino é um grupo de host, envia datagrama localmente para IP-destino senão envia datagrama localmente para o Gateway (IP-destino) O endereço IP fonte do datagrama que está saindo deve ser um dos endereços individuais correspondentes à interface de saída. Um endereço multicast nunca deve ser colocado no campo de endereço fonte de um datagrama IP que esteja sendo enviado. Extensões à Interface de Serviço da Rede Local Nenhuma mudança na interface de serviço da rede local é necessária para enviar datagramas IP Multicast. O módulo IP apenas especifica um endereço destino de grupo, e não um endereço individual, quando invoca a operação existente "Send Local". Extensões a um Módulo de Rede Local Ethernet O Ethernet suporta diretamente o envio de pacotes multicast locais permitindo endereços multicast no campo destino dos pacotes Ethernet. Tudo o que é necessário para suportar o envio de datagramas IP Multicast é um procedimento para mapear endereços de grupo para endereços Ethernet Multicast. Um endereço IP de grupo é mapeado para um endereço Ethernet Multicast atribuindo os 23 bits de baixa-ordem do endereço IP para os 23 bits de baixa-ordem do endereço Ethernet Multicast E Pelo fato de haver 28 bits significativos em um endereço IP Multicast, mais que um endereço de grupo pode ser mapeado para o mesmo endereço Ethernet Multicast.

24 22 Extensões para Módulos de Rede Locais que não sejam Ethernet Outras redes que suportam diretamente o multicast, como os anéis ou barramentos conforme o padrão IEEE 802.2, podem ser manipulados da mesma maneira que o Ethernet para fins de envio de datagramas IP Multicast. Para redes que suportem broadcast mas não Multicast, como Ethernet experimental, todos os endereços de grupo de host devem ser mapeados para um único endereço de broadcast local. Para um link ponto-a-ponto unindo dois hosts (ou um host e um roteador multicast), multicasts devem ser transmitidos exatamente como unicast. Para redes do tipo store-and-forward (como a ARPANET 16 ou uma rede pública X ), todos os endereços de grupo devem ser mapeados para um endereço local conhecido de um roteador IP Multicast; um roteador numa rede deste tipo é responsável por completar a entrega multicast dentro da rede e entre as redes Recebimento de Datagramas IP Multicast A seguir serão tratadas as extensões referentes às intefaces e módulos quanto ao recebimento de datagramas IP Multicast. Extensões à Interface de Serviço IP Datagramas IP Multicast que chegam são recebidos pelos protocolos de níveis superiores usando a mesma operação "Receive IP", como se fossem datagramas unicast. Seleção de um protocolo de nível superior destino é baseado no campo protocolo no cabeçalho do IP, independente do endereço IP destino. Contudo, antes que quaisquer datagramas destinados a um grupo particular sejam recebidos, um protocolo de nível superior deve pedir ao módulo IP para participar do grupo. Deste modo, a interface de serviço IP deve ser extendida para oferecer duas novas operações: 16 ARPANET - Advanced Research Projects Agency Network, primeira rede operacional de computadores à base de comutação de pacotes. 17 X.25 - Protocolo de rede, que tem a função de gerenciar um pacote fazendo a organização das informações.

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