Multicast IP technologia przyszłości

Internet przestał być medium służącym tylko do dostarczania usług poczty elektronicznej i przeglądania statycznych stron WWW. Staje się siecią dostarczającą usługi multimedialne. Telewizja internetowa, VoD, radio internetowe czy telekonferencje to już codzienność.

Internet przestał być medium służącym tylko do dostarczania usług poczty elektronicznej i przeglądania statycznych stron WWW. Staje się siecią dostarczającą usługi multimedialne. Telewizja internetowa, VoD, radio internetowe czy telekonferencje to już codzienność.

Tego typu serwisy wymagają znacznych przepustowości i technologia multicast daje w wielu przypadkach możliwość ich realizacji, bez potrzeby angażowania dużych środków w rozbudowę infrastruktury sieci.

Zacznijmy od podstaw

Multicast IP technologia przyszłości

Porównanie transmisji typu unicast (a) i multicast (b)

Rozważmy transmisję pomiędzy dwoma komputerami znajdującymi się w tej samej sieci. W takim wypadku odbiornik nawiązuje połączenie ze źródłem, które następnie wysyła strumień danych do odbiornika. Zatem pomiędzy tymi dwoma węzłami realizowane jest połączenie typu punkt-punkt (unicast). W celu zapewnienia jakości obrazu na poziomie telewizji cyfrowej SDTV (Standard Definition Television) konieczne jest zajęcie pasma o przepływności ok. 5 Mb/s.

Rozważmy następnie transmisję do grupy odbiorników, w której kolejne pięć odbiorników w ramach tej samej sieci żąda odbioru transmisji multimedialnej. Podobnie jak w przypadku pierwszego węzła każdy z nich nawiąże połączenie ze źródłem. Źródło w odpowiedzi będzie wysyłać sześć niezależnych strumieni danych na adres każdego odbiornika. Łączne wymagane pasmo do realizacji tej usługi będzie na poziomie 30 Mb/s (6 x 5 Mb/s) i będzie wzrastać liniowo wraz z liczbą odbiorników. Konieczność wielokrotnego powielania tego samego strumienia prowadzi do marnotrawienia dostępnego pasma. Co więcej, także źródło transmisji jest znacznie obciążone poprzez konieczność obsługi wielu identycznych strumieni danych.

Tę samą usługę można także zrealizować wykorzystując transmisję rozgłoszeniową, która polega na wysyłaniu danych na adres reprezentujący wszystkie węzły w danym segmencie sieci (broadcast). Taki strumień odbierany jest przez wszystkie węzły w sieci, również te, które nie są zainteresowane tą transmisją. Prowadzi to do marnotrawienia zasobów obliczeniowych wielu węzłów, co jest szczególnie widoczne w przypadku transmisji multimedialnych. Inną ważną cechą broadcastu jest ograniczanie jego zasięgu przez routery. W rezultacie nie można zrealizować transmisji pomiędzy urządzeniami znajdującymi się w różnych segmentach sieci.

W celu realizacji transmisji pomiędzy źródłem a grupą odbiorników konieczne jest zastosowanie mechanizmów, które pozwolą na optymalne wykorzystanie dostępnego pasma i zasobów obliczeniowych.

Rozwiązaniem jest multicast

Mechanizmów takich dostarcza technologia IP Multicast. Pozwala ona na tworzenie tzw. transmisji grupowych, w których dane kierowane są do grupy odbiorców.

Na rysunku 1 pokazano sposób realizacji transmisji strumieniowej za pomocą technologii unicast i multicast. Realizacja transmisji w przypadku multicastu wymaga tylko jednego strumienia danych, który w razie potrzeby jest powielany przez routery. Zbiór ścieżek wykorzystywanych do transmisji multicastowej określany jest mianem drzewa transmisji grupowej lub drzewa dystrybucyjnego.

Analiza rysunku pozwala zauważyć, że wprowadzenie multicastu wiąże się z pewnymi modyfikacjami w działaniu sieci - poczynając od warstwy łącza danych, a kończąc na warstwie aplikacji. Modyfikacje rozpoczynają się od warstwy łącza danych. Postać tej warstwy jest zależna od stosowanej technologii sieciowej. W powszechnie stosowanej technologii Ethernet każda karta sieciowa ma przypisany unikalny adres (adres MAC).

Załóżmy, że komputer A o adresie 192.168.1.1 wysyła dane do komputera B o adresie 192.168.1.2. Komputer A za pomocą protokołu ARP znajduje adres MAC przypisany do interfejsu o adresie 192.168.1.2, aby następnie wysłać dane na ten adres. Pozostałe komputery w tym segmencie sieci na podstawie adresu MAC stwierdzają, że dane nie są skierowane do nich i nie przetwarzają ich. Rozważmy następnie, że komputer A wysyła dane do grupy stacji roboczych o wspólnym adresie 233.128.4.5. Skoro adres MAC jest unikalny, to w jaki sposób można wysyłać pojedynczą kopię danych do grupy odbiorników w danym segmencie sieci? Inżynierowie specyfikujący technologię multicast zdefiniowali adres MAC, który pozwala na odbiór ramek przez grupę stacji roboczych w tym samym segmencie sieci. Adres ten wyznaczany jest na podstawie grupowego adresu IP.

Zatem dane wysłane na ten grupowy adres zostaną odebrane przez wiele węzłów sieciowych, jednak w przeciwieństwie do broadcastu tylko przez te, które rzeczywiście są członkami grupy multicastowej.

Wspomniany wcześniej adres grupowy jest częścią warstwy sieciowej w modelu OSI. Cechą charakterystyczną tego adresu jest identyfikacja grupy odbiorników, a nie jak w przypadku unicastu określonego węzła sieciowego. Na potrzeby transmisji multicastowej zarezerwowano adresy klasy D, czyli adresy z zakresu od 224.0.0.0 do 239.255.255.255.

Protokoły routingu multicastowego

Źródło wysyła dane na adres grupy, a zadaniem routerów jest efektywne dostarczenie ich do wszystkich odbiorników. W tym celu routery korzystają ze specjalnych protokołów routingu. Protokoły te wyznaczają drzewa transmisji grupowej i modyfikują je w przypadku dołączania i opuszczania grupy przez odbiorniki. W chwili obecnej istnieje pięć głównych protokołów routingu dla transmisji grupowej w sieci IP: DVMRP, CBT, MOSPF, PIM DM i PIM SM.

DVMRP był pierwszym stosowanym w praktyce protokołem routingu multicastowego. Protokół ten jest rozszerzeniem protokołu RIP o obsługę transmisji grupowych. Z tego względu ma on te same wady co RIP, czyli ograniczoną skalowalność oraz znaczne wykorzystanie zasobów do obsługi ruchu sygnalizacyjnego. Obecnie posiada znaczenie historyczne i w niedalekiej przyszłości nie będzie obsługiwany przez producentów sprzętu sieciowego. Kolejne protokoły CBT i MOSPF są standardami, ale nie stosuje się ich powszechnie.


TOP 200