Multicast IP technologia przyszłości

Protokołem, który znalazł szerokie zastosowanie, jest PIM (Protocol Independent Multicast). Występuje w dwóch wariantach: PIM DM (Dense Mode) i PIM SM (Sparse Mode).

Multicast IP technologia przyszłości

Zasada działania protokołu PIM DM (a) i PIM SM (b)

Rysunek 2 ilustruje działanie protokołu PIM DM. W pierwszym etapie cała sieć zalewana jest pakietami danych. Routery, do których nie są dołączeni odbiorcy (np. router A), wysyłają wiadomość Prune. Router, który otrzyma wiadomość Prune (np. router B na rysunku 2a), sprawdza, czy są do niego dołączeni odbiorcy transmisji grupowej lub inne routery, które chcą otrzymywać od niego dane multicastowe. Jeśli nie, to router propaguje wiadomość Prune dalej w kierunku źródła. Taki sposób działania protokołu sprawia, że działa on bardzo efektywnie w małych sieciach z gęsto rozmieszczonymi odbiornikami.

Protokół PIM SM ma inną zasadę działania. Dane przesyłane w ramach transmisji grupowej trafiają tylko do miejsc, z których otrzymano wiadomość Join (rys. 2b). PIM SM wprowadza pojęcia wyróżnionego punktu RP. Router posiadający chociaż na jednym ze swoich portów odbiorniki zainteresowane transmisją multicastową wysyła wiadomość Join w kierunku RP. W ten sposób budowana jest gałąź drzewa transmisji grupowej. Dane ze wszystkich źródeł trafiają do RP.

Routery w trakcie transmisji dowiadują się, które źródła nadają do grupy. W ten sposób mogą one zażądać odbioru danych bezpośrednio od źródeł, a nie z punktu RP. Dzięki temu zwiększa się niezawodność protokołu (cały ruch nie musi przechodzić przez RP) oraz jego skalowalność. Istnieje także możliwość bezpośredniego wysłania wiadomości Join do źródła, a nie do punktu RP. Taką wersję protokołu PIM SM określa się mianem PIM SSM (Source Specific Multicast).

Elementem koniecznym do zapewnienia transmisji grupowej w sieci IP jest również mechanizm zarządzania grupą odbiorników dołączonych bezpośrednio do routera. Dzięki nim router może stwierdzić, czy w którejś z sieci lokalnych, do których on należy, są odbiorniki transmisji grupowej. Do tego celu wykorzystywany jest protokół IGMP (dla IPv4) lub MLD (dla IPv6). Jeśli odbiornik chce otrzymywać transmisję grupową, to wysyła do routera wiadomość Report. Moduł obsługujący IGMP routera odbiera tą wiadomość i informuje protokół routingu multicastowego o lokalnych odbiornikach transmisji multicastowej. Zatem IGMP wykorzystywany jest tylko lokalnie pomiędzy routerem a odbiornikami w ramach jednego segmentu sieci. Wszystkie pozostałe zadania związane z tworzeniem i utrzymaniem drzewa dystrybucyjnego spoczywają na protokołach routingu.

IP Multicast powyżej warstwy sieci

Multicast IP technologia przyszłości

Ogólna struktura sieci IPTV firmy Siemens

Technologia IP Multicast jest także obecna w warstwie transportowej. W warstwie tej w przypadku transmisji punkt-punkt powszechnie wykorzystuje się protokoły TCP i UDP. Protokół TCP oferuje niezawodność przesyłania danych dzięki mechanizmowi okna przesuwnego. Niestety, mechanizm ten nie może być wykorzystywany w przypadku połączeń grupowych. Protokół UDP jest protokołem zawodnym i nie utrzymuje ścisłej relacji pomiędzy węzłami wymieniającymi dane. Mimo to może być z powodzeniem stosowany w przypadku multicastu. Niezawodność protokołu nie jest krytycznym wymaganiem w przypadku transmisji multimedialnych, ponieważ wymagają one głównie stałego i małego opóźnienia (poniżej 1 sekundy).

Niestety, protokół UDP nie przenosi informacji o numerze pakietu, przez co nie można zidentyfikować brakujących danych oraz błędnej kolejności. Z tego względu powszechnie stosowany jest zarówno dla multicastu, jak i unicastu protokół RTP. RTP wykorzystuje UDP i wraz z danymi przesyła znaczniki czasu, dzięki czemu urządzenia mogą kontrolować kolejność otrzymywanych pakietów oraz przesunięć czasowych.

W warstwie sesji do transmisji grupowej wykorzystywane są protokoły powszechnie stosowane w przypadku transmisji typu unicast. Protokoły warstwy sesji nie przenoszą danych użytkownika. Ich głównym zadaniem jest nawiązanie i sterowanie transmisją danych użytkownika. Warstwa ta wymienia informacje m.in. o użytym standardzie kodowania wideo, adresach i portach, na których odbywa się transmisja etc. Przykładowymi protokołami warstwy sesji są RTSP i SIP.

Protokół RTSP wykorzystywany jest do sterowania przesyłaniem strumieni audiowizualnych. W przypadku transmisji multicastowej serwer wysyła do odbiorcy adres multicastowy oraz port dedykowany dla tej transmisji. Dysponując tymi informacjami klient może rozpocząć odbiór danych.

Protokół SIP służy do inicjowania oraz kontrolowania sesji pomiędzy urządzeniami końcowymi. Do wymiany informacji opisujących sesję, np. użyte kodowanie obrazu, adresy i porty, po których odbywać się będzie wymiana danych, SIP wykorzystuje protokół SDP. Wiadomości SDP mogą również przenosić informacje o transmisjach grupowych.

Transmisja multicastowa ma na celu lepsze wykorzystanie zasobów sieciowych. W tym sensie nie wnosi ona nowej wartości dodanej, która pozwalała na realizację całkiem nowych usług. Tym samym aplikacje multicastowe i unicastowe oferują w zasadzie tą samą funkcjonalność np. telekonferencje, transmisje audiowizualne, dystrybucję danych etc.

Aspekty wprowadzenia technologii multicast

Multicast IP technologia przyszłości

Sieć xDSL

Przedstawiona do tej pory koncepcja transmisji grupowej oraz sposób jej technicznej realizacji wskazuje na prawie nieograniczoną skalowalność. Włączenie dodatkowych odbiorników wiąże się z nieznacznym wzrostem ruchu sygnalizacyjnego, podczas gdy obciążenie sieci transmisją danych nie zmienia się.

Warto podkreślić, że wprowadzenie multicastu nie wiąże się z dużymi nakładami finansowymi. Multicast jest obsługiwany przez rozwiązania największych dostawców routerów, tj. Cisco i Juniper. Tak więc wdrożenie tej technologii najczęściej wiąże się tylko z konfiguracją urządzeń sieciowych. Także protokoły przyłączania się do grupy multicastowej (IGMP, MLD) są wspierane przez najpopularniejsze systemy operacyjne, tj.: FreeBSD, Linux, Solaris czy Windows.


TOP 200