Мультивещание

Мультивещание, многоадресное вещание (англ. multicast — групповая передача) — форма широковещания, при которой адресом назначения сетевого пакета является мультикастная группа (один ко многим). Существует мультивещание на канальном, сетевом и прикладном уровнях. Мультивещание не следует путать с технологией передачи на физическом уровне точка-многоточка.

Описание

Групповая передача (сверху) в сравнении с однонаправленной передачей. Оранжевыми кругами показаны конечные точки, зелеными — точки маршрутизации.

Ряд приложений, например, дистанционное обучение, рассылка почты, радио, видео по запросу, видеоконференцсвязь, поддерживают мультивещание. В одноадресной сети с каждым получателем устанавливается индивидуальное соединение даже при потреблении одного ресурса по общему маршруту. В многоадресной рассылке источник посылает единственный экземпляр данных по общему маршруту тем получателям, кто подписался на рассылку. Преимущество этого подхода: добавление новых пользователей не влечет за собой необходимость увеличения пропускной способности сети по общему маршруту до потребителей услуги. Соответственно, снижается нагрузка и на промежуточное оборудование.

При запуске на сервере приложения с поддержкой мультивещания, оно посылает в сеть уведомление, что соответствующая группа доступна для присоединения. Клиент, который хочет присоединиться к рассылке посылает уведомление об этом. Все промежуточные маршрутизаторы записывают, что за соответствующим маршрутом находится клиент соответствующей мультикастной группы. Поскольку состав группы со временем может меняться, вновь появившиеся и выбывшие члены группы динамически учитываются в построении путей маршрутизации. В локальной сети управлением мультикастными группами обычно занимается IGMP. Существует несколько алгоритмов и протоколов для построения мультивещательного дерева и опроса участников.

Для мультикастных групп зарезервированы адреса как на канальном, так и на сетевом уровнях.

Чтобы технология работала, она должна поддерживаться сервером, клиентом и всеми промежуточными маршрутизаторами. Чтобы коммутаторы посылали пакеты только нужным получателям, они должны поддерживать IGMP snooping (у Cisco есть своя реализация — CGMP), иначе пакеты рассылаются широковещательно. Также нужно иметь в виду, что мультикаст может блокироваться межсетевыми экранами.

Мультивещание в интернете

В 1995 году была создана международная магистральная сеть для обмена мультивещательным трафиком Mbone^[англ.]. На её основе с 1997 до 2008 работала система виртуальных комнат для видео-конференций. Российская точка обмена мультикаст-трафиком Multicast Internet Exchange (Multicast-IX) создана на базе Московского Internet Exchange в 2002 году.

Каждый участник Мультикаст-IX образует собственный PIM домен и может использовать собственный набор Rendezvous Point (RP), отличающийся от RP других участников Multicast IX. Каждый из участников Мультикаст-IX конфигурирует на своем маршрутизаторе PIM RP для своего домена. Попарное взаимодействие между участниками осуществляется путём настройки MBGP/MSDP-сессий.

Существуют уникальные глобальные мультикастовые группы, принадлежащие соответствующим компаниям. Обычное физическое лицо не может вещать в интернете с использованием частных мультикастных групп. Кроме того, многие интернет-провайдеры не имеют мультикаст-связности либо запрещают её. Для преодоления участков, не поддерживающих мультивещание, может применяться туннелирование.

IPv4

В IPv4 для мультивещания зарезервирована подсеть 224.0.0.0/4. Полный актуальный список зарезервированных блоков на сайте IANA [1]. Разъяснения по зарезервированным мультикастовым подсетям RFC 5771. Выделение мультикастовых адресов описано в RFC 5771. Глобально маршрутизация разрешена только для подсетей 233.0.0.0/8 и 234.0.0.0/8. Но не все провайдеры поддерживают мультикаст-связность.
В Windows просмотреть ARP-таблицу можно командой arp -a; просмотреть членство в мультикастных группах: netsh interface ipv4 show joins.

224.0.0.0/24	Local Network Control Block. Как правило только для известных протоколов. RFC 3171 для этого блока требует выставления TTL=1. 224.0.0.0 — зарезервировано 224.0.0.1 — все системы в подсети, поддерживающие мультикаст. Система включается в группу при инициализации интерфейса. О членстве в этой группе система не сообщает. 224.0.0.2 — все маршрутизаторы в подсети, поддерживающие мультикаст 224.0.0.5, 224.0.0.6 - OSPF 224.0.0.9 - RIPv2 224.0.0.10 - IGRP 224.0.0.13 - PIM 224.0.0.18 - VRRP 224.0.0.19, 224.0.0.20, 224.0.0.21 - IS-IS 224.0.0.22 - IGMP 224.0.0.102 - HSRP 224.0.0.107 - Протокол точного времени (PTP) версия 2 224.0.0.251 - Multicast DNS (Zeroconf) 224.0.0.252 - LLMNR^[англ.] 224.0.0.253 - Teredo и другие
224.0.1.0 по 238.255.255.255	Globally Scoped Addresses 224.0.1.0/24 - Internetwork Control Block 224.0.2.0 — 224.0.255.255 - AD-HOC Block I 224.1.0.0/16 - Зарезервировано 224.2.0.0/16 - SDP/SAP Block. RFC 2974. Для приема и передачи анонсов мультимедийных сеансов. Используется Session Announcement Protocol^[англ.]. 224.3.0.0/16, 224.4.0.0/16 - AD-HOC Block II 224.5.0.0 по 224.251.255.255 - Зарезервировано 224.252.0.0/14 - DIS Transient Groups 225.0.0.0 — 231.255.255.255 Зарезервировано 232.0.0.0/8 — Source-Specific Multicast^[англ.] Block (SSM). RFC 4607. Модель, где данные передаются только получателям с явно заданной группой. 233.0.0.0/8 - GLOP адреса. Для организаций, у которых есть присвоенная 16-битная автономная система (AS), выделяется подсеть /24. RFC 3180 233.252.0.0/14 — AD-HOC Block III 234.0.0.0/8 — Блок мультистовых адресов, основанных на IPv4-unicast. RFC 6034. Например, если организации выделено 192.0.2.0/24, глобальным multicast адресом этой организации будет 234.192.0.2/32.
239.0.0.0/8	Для частных мультикаст-доменов/организаций (пользовательские адреса). Могут динамически использоваться протоколами. 239.255.255.250 — SSDP. 239.192.152.143 — Local Peer Discovery для BitTorrent.

Алгоритмы построения дерева мультивещания

Лавинный алгоритм (Flooding)
RPB (Reverse Path Broadcasting)
TRPB (Truncated Reverse Path Broadcasting)
RPM (Reverse Path Multicasting)
RPF (Reverse path forwarding^[англ.])
CBT (Core-Based Tree)

Основные протоколы построения деревьев мультивещания

Внутри звена: IGMP (Internet Group Management Protocol) в IPV4 и Multicast Listener Discovery в IPv6.

Интрадоменный (Inter-domain^[англ.]) протокол: BGMP (Border Gateway Multicast Protocol^[англ.])

Интердоменные протоколы:

плотный режим (dense mode):

DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol)

MOSPF (Multicast Open Shortest Path First)

PIM-DM (Protocol Independent Multicast — dense mode)

редкий режим (sparse mode):

CBT (Core-based trees^[англ.])

PIM-SM (Protocol Independent Multicast — sparse mode)

В сетях с подвижными узлами:

MoM (Mobile Multicast)

MMA (Multicast by Multicast Agent)

MobiCast^[англ.]

MRMP (Maximum-Residual Multicast Protocol^[англ.])

Xcast^[англ.] (explicit multi-unicast) — особый протокол мультивещания не использующий мультикастные группы. Хорошо работает в небольших группах.

Протоколы, использующие мультивещание

Сервисы и технологии

Потоковое мультимедиа, Scalable video multicast^[англ.]
Интернет телевидение^[англ.]
MBMS и eMBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service^[англ.])
Сеть доставки контента (CDN)
Peercasting^[англ.]
Secure multicast^[англ.]
Multicast encryption^[англ.]
Any-source multicast^[англ.]
Broadcast and Multicast Service^[англ.] (BCMCS) в мобильных сетях 3GPP2 CDMA2000.
ANT (сеть) — протокол беспроводной сенсорной сети.

См. также

Ссылки

IPv4 Multicast Address Space Registry
IGMP query generator — утилита для запроса на всю подсеть кто в каких мультикастных группах находится
Статьи про мультивещание на www.xgu.ru