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Activité 15  : Les adresses multicast

Communications multicast

Les adresses multicast, également appelées adresses de groupe, permettent de communiquer avec un ensemble d'interfaces. Le datagramme émis avec une destination multicast sera écouté par toutes les interfaces appartenant au groupe. C'est une manière efficace de s'adresser à un ensemble de machines. Une communication multicast est une communication dans laquelle un même paquet de données peut être envoyé à un groupe de récepteurs, quelque soit leur localisation. Dans le modèle Internet IPv6, une station peut potentiellement émettre un paquet multicast vers n'importe quel groupe. Comparé aux communications point à point (unicast), le multicast évite la duplication des paquets de données au niveau de la source, et minimise l'utilisation de la bande passante au niveau du réseau. De plus, il offre un service insensible à l'augmentation du nombre et la localisation des membres d'un groupe. Le multicast peut être utilisé pour la distribution de logiciels, la téléconférence, les applications d'enseignement à distance, la radio ou la télévision sur Internet, les simulations interactives distribuées, les jeux multimédia interactifs, les applications militaires, etc.

Pour le multicast, on distingue deux modèles de communication :

• le modèle ASM (Any-Source Multicast) : dans le modèle ASM, un récepteur s'abonne à un groupe, et reçoit les données émises par n'importe quelle source pour ce groupe. Ce modèle s'applique par exemple dans le cas de visioconférences avec de nombreux participants qui ne sont pas connus à 'avance.
• le modèle SSM (Source-Specific Multicast) : dans le modèle SSM, les sources sont connues à l'avance et les récepteurs s'abonnent à un groupe et un ensemble de sources. Ce modèle s'applique par exemple à la diffusion de la télévision ou radio sur Internet, où il n'y a qu'une seule source connue de tous.

Le fonctionnement détaillé des protocoles multicast dépassent le cadre de cette présentation. Cette séquence ne présente que le format des adresses IPv6 de ces protocoles.

Format des adresses multicast IPv6

Pour initier une session multicast, le groupe de récepteurs intéressés, appelé aussi groupe multicast, doit être formé. Un groupe multicast est identifié par une adresse IP multicast. Chaque adresse a une portée spécifique, qui limite la propagation du trafic multicast.

Les adresses multicast IPv6 sont dérivées du préfixe ff00::/8. Le champ drapeaux (flags) de 4 bits, qui suivent les 8 bits d'identification, est défini de la manière suivante :

• Seul le bit T (comme Transient) du champ drapeaux était initialement décrit dans le RFC 3513. La valeur 0 indique une adresse multicast bien connue gérée par une autorité, en l'occurence l'IANA. La valeur 1 indique une valeur temporaire.
• Les bits P et R sont décrits dans le RFC 3306 et le draft Internet sur «embedded»-RP (RFC 3956).
• Le bit de poids fort du champ drapeaux n'est pas encore attribué.

Le champ drapeaux permet de définir plusieurs types d'adresses multicast IPv6 qui seront décrits dans les sections suivantes.

Le champ étendue (scope) permet d'en limiter la portée (scope en anglais) de « diffusion » de l'adresse multicast IPv6. Cela permet de maîtriser le confinement des datagrammes dans une zone déterminée. Cette méthode est plus rigide mais plus sure que la classe D d'IPv4, où la portée est limitée uniquement par le champ durée de vie (TTL Time To Live). Les valeurs suivantes sont définies :

• 1 - node-local
• 2 - link-local
• 3 - subnet-local
• 4 - admin-local
• 5 - site-local
• 8 - organisation-local
• e - global
• Les portées 0 et F sont réservées.

Adresses multicast IPv6 permanentes

Une adresse multicast IPv6 avec le bit T du champ drapeaux à 0 correspond à une adresse multicast permanente, allouée par l'IANA.

Lorsque le multicast IPv6 sera déployé à grande échelle, certains organismes pourraient avoir des émissions permanentes. Des chaînes de télévision ou stations de radio pourront par exemple se voir attribuer des adresses permanentes par l'IANA dans le préfixe ff00::/12.

Le RFC 2375 définit déjà certaines adresses IPv6 multicast. Deux types d'adresses multicast permanentes sont à distinguer :

• des adresses correspondant à des services de niveau réseau (comme NTP, DHCPv6, cisco-rp-announce, SAP,...);
• des adresses correspondant davantage à des services applicatifs commerciaux permanents comme la distribution des chaînes de télévision.

Le RFC 3307 définit les procédures pour l'allocation des adresses multicast permanentes. Une adresse multicast permanente a un sens quelque soit son étendue (scope), son identifiant de groupe est réservé pour toutes les portées. Ainsi l'identifiant 0x101 réservé pour les serveurs NTP (Network Time Protocol).

Cependant par précaution, certains identifiants mutlicast prédéfinis ne sont valables que sur un nombre limité de portées. Exemple les identifiants multicast raltifs au groupe des noeuds ou des routeurs sont limités aux portées lien-local ou site-local. D'autres, en général les services bien connus, tels que NTP cité ci dessus sont valides pour toutes les portées. Le document suivant http://www.iana.org/assignments/ipv6-multicast-addresses liste l'ensemble des valeurs réservées et les portées pour lesquelles elles peuvent s'appliquer.

• L'identifiant de groupe « tout à zéro » est réservé quelque soit la portée et ne doivent jamais être utilisé ff0x:0:0:0:0:0:0:0 avec x variant de '0' à 'f'.
• Le groupe d'identifiants multicast à 1 concerne tous les nœuds, il est limité aux étendues (scope) interface-local et link-local. On ne peut donc pas diffuser sur l'ensemble des noeuds de l'Internet (sage précaution, sinon il aurait très facilement permis des attaques de type déni de service par bombardement massif en diffusion )

• Le groupe d'identifiants multicast à 2 concerne l'ensemble des routeurs, il est limité aux étendues (scope) interface-local, link-local et site-local. On ne peut donc pas diffuser sur l'ensemble des routeurs de l'Internet (sage précaution bis, pour limiter les attaques en déni de service ).

L'IANA tient un registre des adresses multicast réservées. Il peut être consulté à cette URL : http://www.iana.org/assignments/ipv6-multicast-addresses/ipv6-multicast-addresses.xthml

Adresses mutlicast IPv6 temporaires

Les adresses multicast temporaires sont des adresses multicast IPv6 dont le bit T est positionné à 1. A l'inverse des adresse mutlicast permanentes, une adresse multicast temporaire n'a de signification que dans la portée donnée. Exemple l'adresse multicast site-local ff15::999 sur un site n'a aucune relation avec un groupe utilisant la même adresse multicast sur un autre site. Il existe plusieurs types d'adresses temporaires : générales, dérivée d'un préfixe unicast IPv6 et par point de rendez-cous (Embedded-RP)

Adresses multicast temporaires générales

Ce sont des adresses avec tous les bits du champ "flags" à 0 sauf le bit T positionné à 1. Il n'y a pas de recommandations pour l'utilisation de ces adresses. Des scénarios d'utilisation peuvent être, par exemple, les visioconférences ponctuelles.

Addresses multicast temporaires dérivées d'un préfixe unicast IPv6

Le RFC 3306 définit une méthode pour dériver une adresse multicast IPv6 à partir d'un préfixe unicast.

• res (reserved) : tous les bits de ce champ doivent être positionnés à 0.
• Plen (prefix length) : ce champ contient la longueur du préfixe unicast utilisé pour en dériver une adresse multicast.
• prefix : ce champ contient la valeur du préfixe du réseau utilisé pour en dériver une adresse multicast.
• group-ID : ce champ de 32 bits contient l'identifiant de groupe.

Par exemple, une adresse multicast peut être dérivée à partir du préfixe de RENATER (2001:660::/32). Le champ prefix prend la valeur 2001:0660 et le champ Plen, la valeur 0x20 (32 en décimal). Les adresses multicast IPv6 à choisir seront de type ff3x:20:2001:660::aabb:ccdd (aabb:ccdd étant le group-ID choisi dans l'exemple et 'x' une des valeurs valides de la portée (scope)). Cette méthode permet la création potentielle de 2 puissance 32 adresses multicat par préfixe.

Adresses multicast « Embedded-RP »

Le RFC 3618 définit une méthode pour inclure l'adresse du RP (Point de Rendez-Vous servant à la construction de l'arbre multicast) dans l'adresse multicast IPv6. Le schéma Structure d'une adresss IPv6 Multicast "embedded RP" montre la structure d'une telle adresse, aussi appelée adresse "embedded-RP".

Ainsi pour un point de rendez-vous qui possède l'adresse 2001:660:3307:125::3, une adresse multicast correspondante peut être dérivée de la façon suivante :

• res (Reservé) : Les 4 bits de ce champ sont positionnés à 0.
• RPad : Ce champ contient les 4 derniers bits de l'adresse du RP. Dans cet exemple, RPad prend la valeur 3.
• Plen (Longueur du préfixe) : Ce champ contient la longueur du préfixe réseau du RP à prendre en compte. Dans cet exemple, la valeur est de 0x40 (soit 64 en décimal),
• prefix (Préfixe) : Ce champ contient le préfixe réseau du RP. Ici, cette valeur est 2001:660:3007:125
• group-ID : ce champ de 32 bits contient l'identifiant de groupe, détaillé au chapitre Identifiant de groupe.

Une adresse multicast dérivée de ce point de rendez-vous sera donc de la forme ff7x:340:2001:660:3007:125:aabb:ccdd (aabb:ccdd étant le group-ID choisi dans cet exemple et 'x' une des valeurs valides de la portée (scope)).

Les adresses multicast SSM

Les adresses SSM (Source Specific Multicast) sont décrites également dans le RFC 3306. Si le préfixe ff3X::/32 a été réservé pour les adresses multicast SSM, seules les adresses dérivées du préfixe ff3X::/96 doivent être utilisées dans un premier temps. Ce sont des adresses multicast basées sur le préfixe unicast où les champs Plen et prefix sont positionnés à 0 (cf. figure Structure des adresses IPv6 Multicast SSM).

Les adresses de multicast sollicité

L'adresse de multicast sollicité (Solicited-node address) est un type d'adresse multicast prédéfinie. IPv6 interdit l'utilisation de la diffusion généralisée (Broadcast) lorsque le Multicast est disponible. Ainsi les protocoles comme Neighbor Discovery, chargé de faire la correspondance entre les adresses IPv6 et les adresses MAC (à l'instar d'ARP en IPv4) doivent utiliser une adresse de Multicast. Pour être plus efficace, au lieu d'utiliser l'adresse ff02::1 (tous les équipements sur le lien), l'utilisation des adresses de multicast sollicité permet de réduire considérablement le nombre d'équipements qui recevront la requête de découverte de voisin.

L'adresse de multicast sollicté se construit automatiquement à partir d'une adresse IPv6 unicast (ou anycast) en concaténant le préfixe ff02::1:ff00:0 /104 au 24 bits de poids faible de l'adresse unicast ou anycast.

Un équipement, à partir de chacune de ses adresses IPv6 (unicat et anycast) construit une adresse de multicast sollicité et écoute les paquets émis vers cette adresse. Les autres stations sur le même lien (ou domaine de diffusion de niveau 2 : VLAN) connaissant son adresse IPv6 mais ignorant son adresse MAC peuvent utiliser l'adresse de multicast sollicité pour le joindre. Ces adresses sont utilisées par les protocoles de détection d'adresse dupliquée et de découverte de voisins, qui seront abordés ultérieurement..

Plusieurs équipements sur le lien peuvent avoir la même adresse de multicast sollicité. Mais dans la pratique la probabilité de trouver sur le même lien physique deux équipements avec les trois derniers octets d'adresse physique identiques est faible. Cela permet donc de limiter le nombre d'équipements qui traiteront la requête de sollicitation de voisins. Ces adresses permettent de ne plus utiliser la diffusion généralisée (adresse MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff) qu'utilise le protocole ARP en IPv4. Pour une station donnée une adresse de multicast sollicité peut regrouper plusieurs adresses IPv6 par exemple l'adresse lien local et l'adresse unicast globale si cette dernière est construite à partir de l'identifiant d'interface dérivée de l'adresse MAC de la carte Ethernet..

(prévoir un schéma???)

correspondance avec les adresses de multicast de niveau 2

Le RFC 3307 précise également la correspondance entre les adresses IPv6 multicast et les adresses de niveau 2. Sur un réseau de niveau 2 ethernet, l'adresse MAC de mutlicast est déduite d' aldresse multicast IPv6 en concatenant les 32 derniers bits (4 octets) de l'adresse multicast IPv6 au préfixe MAC 33-33.

Par exemple, à l'adresse multicast IPv6 ff0e:30:2001:660:3001:4002:ae45:2C56 correspondra à l'adresse MAC 33-33-AE-45-2C-56. La probabilité que deux adresses multicast IPv6 utilisées sur un même lien correspondent à la même adresse MAC existe mais est très faible et les conséquences minimes. Restreindre le champ group-ID à 32 bits a toutefois un intérêt car cela apporte une homogénéité entre les différents types d'adresses décrits précédemment. En effet, dans le cas des adresses dérivées d'un préfixe unicast, ce champ a une longueur de 32 bits.

Tableau Récapitulatif des types d'adresses multicast

Le tableau suivant récapitule les préfixes associés aux différents types d'adresses multicast décrit précédement.