O que é multicast?

A multicasting é um método de enviar dados de uma fonte para vários destinos simultaneamente.Ao contrário do Unicast, onde os dados são enviados para um único destinatário ou transmissão, onde os dados são enviados a todos os dispositivos em uma rede, a multicasting envia dados apenas para um grupo selecionado de receptores que estão interessados ​​nas informações, tornando -as particularmente úteis para aplicativos comostreaming de vídeo e jogos online.

Neste artigo, abordaremos como o multicast funciona, seus vários protocolos, melhores casos de uso e muito mais.

Protocolos multicast

Os protocolos multicast são projetados para gerenciar e otimizar a distribuição de dados para vários destinatários de uma só vez, ajudando a economizar largura de banda, reduzir o congestionamento da rede e garantir a transferência completa de dados.

Existem vários protocolos multicast, cada um capaz de trabalhar juntos enquanto abordam individualmente aspectos específicos da comunicação multicast.Aqui estão alguns protocolos principais a serem cientes de:

IGMP (Protocolo de Gerenciamento de Grupos da Internet)

O IGMP é crucial para o gerenciamento de associações de grupos multicast nas redes IPv4.Dispositivos interessados ​​em receber dados multicast enviam relatórios IGMP para seus roteadores locais, indicando quais grupos multicast eles desejam participar especificando os endereços IP da classe D apropriados.Os roteadores usam o IGMP para acompanhar essas associações de grupo, garantindo que pacotes multicast sejam encaminhados apenas para os segmentos de rede onde existem dispositivos subscritos para esses grupos.

PIM (Multicast Independente do Protocolo)

O PIM é uma família de protocolos de roteamento multicast usado para determinar o melhor caminho para fornecer tráfego multicast.Existem duas variantes principais do PIM: PIM-SM (modo esparso) e PIM-DM (modo denso).

Pim-sm foi projetado para redes em que os membros do grupo multicast são amplamente dispersos e os dados multicast são enviados com pouca frequência.Ele constrói uma árvore de distribuição que conecta a fonte multicast aos destinatários somente quando necessário, reduzindo a transmissão de dados desnecessária.

Pim-dm, por outro lado, é adequado para redes onde os membros do grupo são densamente embalados e os dados são enviados com frequência.Inicialmente, inunda a rede com pacotes multicast e, em seguida, poda ramos da árvore de distribuição que não possuem receptores interessados, garantindo uma entrega eficiente de dados em ambientes com alta atividade multicast.

MSDP (protocolo de descoberta de fonte multicast)

O MSDP é usado para permitir a comunicação multicast entre domínios, permitindo que os roteadores em diferentes domínios compartilhem informações sobre fontes multicast ativas.Isso geralmente é usado ao lado do PIM-SM para estender os recursos multicast em diferentes limites administrativos, garantindo que dados multicast possam ser transmitidos com eficiência em vários sistemas autônomos (ASEs) na Internet.O MSDP garante que as fontes em um domínio possam ser descobertas e acessadas pelos receptores em outro, facilitando um alcance mais amplo para conteúdo multicast.

DVMRP (protocolo de roteamento multicast de vetor a distância)

O DVMRP é um dos primeiros protocolos de roteamento multicast.Ele é baseado no algoritmo de roteamento de vetores de distância e foi projetado para gerenciar a transmissão de dados multicast em uma rede, construindo uma árvore mais curta da fonte para os destinatários.O DVMRP troca periodicamente informações de roteamento com roteadores vizinhos para manter tabelas de rota precisas, garantindo a entrega de dados multicast eficiente e sem loop.

Mospf (Caminho mais curto aberto multicast primeiro)

O Mospf é uma extensão do protocolo OSPF (Primeiro Caminho Mais Curto) para apoiar o roteamento multicast.Ele aproveita as informações do estado de ligação do OSPF para calcular as árvores de caminho mais curto para grupos multicast, garantindo entrega de dados eficiente e precisa.O MOSPF se integra perfeitamente ao OSPF, tornando -o uma escolha adequada para redes que já usam OSPF para roteamento unicast.

PGM (multicast general pragmático)

A PGM é um protocolo de transporte multicast que garante que os dados sejam entregues de maneira confiável a todos os destinatários pretendidos.Ele fornece mecanismos para detectar pacotes perdidos e solicitar retransmissões, garantindo que todos os destinatários multicast recebam o fluxo de dados completo.A PGM é particularmente útil em aplicativos em que a integridade dos dados é crítica, como transferências de arquivos e mídia de streaming.

Como funciona a multicast

O Multicast utiliza o intervalo da classe D (224.0.0.0 a 239.255.255.255) do Sistema de endereço IPv4, que é especificamente designado para multicasting.Veja como um dispositivo, como uma TV, usa multicasting para receber dados, como conteúdo de vídeo sob demanda de um provedor de cabo:

1. Iniciação do dispositivo: A TV quer receber dados (um programa de TV) que está sendo multicast para um grupo específico de destinatários-um evento sob demanda, por exemplo.

2. Juntando -se a um grupo multicast: A TV envia um relatório IGMP ao seu roteador local, indicando seu interesse em ingressar em um grupo multicast específico identificado por um endereço IP de classe D específico reservado para o evento sob demanda oferecido pelo provedor de cabo.

3. Gerenciamento do roteador: Ao receber o relatório do IGMP, o roteador atualiza seus registros de associação ao grupo.Agora sabe que a TV em sua rede está interessada em receber fluxos multicast.

4. Roteamento multicast: Quando o provedor de cabos gera dados (por exemplo, transmissão de um evento sob demanda), ele envia uma única cópia do pacote de dados com o endereço IP de destino multicast.Os roteadores da rede, usando protocolos de roteamento multicast como o PIM, determinam os melhores caminhos para encaminhar esses pacotes para alcançar todos os dispositivos interessados ​​no grupo multicast.

5. Entrega de dados: Os roteadores encaminham pacotes multicast apenas para os segmentos de rede específicos em que os dispositivos, como a TV, se inscreveram no grupo multicast.Essa abordagem de entrega direcionada minimiza o congestionamento da rede e otimiza o uso da largura de banda em comparação com o envio de dados individualmente para cada dispositivo.

6. Recepção do dispositivo: A TV, tendo enviado anteriormente o relatório do IGMP, agora recebe o fluxo de dados multicast do provedor de cabo, permitindo que ele transmita o evento sob demanda.

Aplicações multicast

O multicast é amplamente utilizado em cenários em que os dados precisam ser distribuídos com eficiência a vários destinatários.Aqui estão algumas das aplicações mais comuns:

Streaming de mídia: O Multicast é fundamental na IPTV (Internet Protocol Television) e nas transmissões de eventos ao vivo.Ele permite que os serviços de streaming enviem um único fluxo de dados para vários assinantes simultaneamente, garantindo o uso eficiente da largura de banda e a entrega consistente de conteúdo de vídeo de alta qualidade.

Vídeo conferência: Para chamadas de vídeo em larga escala, webinars e reuniões virtuais, o Multicast suporta a transmissão simultânea de dados de áudio e vídeo para vários participantes.Isso reduz a carga em servidores e redes, garantindo uma experiência mais suave para todos os participantes.

Distribuição de arquivos: O Multicast é ideal para distribuir atualizações de software, patches e arquivos grandes para vários dispositivos.As empresas podem enviar um pacote de atualização única para todos os computadores em uma rede, reduzindo significativamente o tempo e a largura de banda necessários em comparação com o envio de atualizações individuais para cada dispositivo.

Dispositivos de IoT: No campo da Internet das Coisas (IoT), o Multicast facilita a comunicação entre numerosos sensores, dispositivos e sistemas centrais.Por exemplo, um sistema central pode enviar comandos de controle ou atualizações de firmware para todos os dispositivos IoT em uma rede simultaneamente, aumentando a eficiência e a capacidade de resposta.

Benefícios do multicast

O Multicast oferece várias vantagens, tornando -o um método preferido para distribuição de dados em muitos ambientes de rede.Esses benefícios incluem:

Eficiência: O Multicast reduz significativamente o uso de largura de banda enviando um único pacote para vários destinatários em vez de duplicar dados para cada destinatário.Isso é particularmente importante em redes com largura de banda limitada ou requisitos de transmissão de dados altos.

Escalabilidade: O multicast é altamente escalável, suportando grandes redes com muitos destinatários sem um aumento significativo no consumo de largura de banda ou na carga de rede.Isso o torna adequado para aplicativos que envolvem milhares ou até milhões de usuários, como transmissões ao vivo ou distribuições de software em larga escala.

Carga de rede reduzida: Ao diminuir o ônus do remetente e da infraestrutura geral da rede, o multicast garante uma transmissão de dados mais eficiente.Essa redução na carga de rede se traduz em menor latência, maior taxa de transferência e um ambiente de rede mais estável.

Desafios e limitações multicast

Embora o Multicast ofereça muitos benefícios, também apresenta desafios que precisam ser abordados para a implementação bem -sucedida.Compreender esses desafios pode ajudar a planejar e manter redes multicast eficientes e seguras.

Compatibilidade: Um dos principais desafios com o Multicast é que nem todos os dispositivos de rede e infraestrutura o suportam.Os roteadores, comutadores e cartões de rede mais antigos podem não ter recursos multicast, exigindo atualizações ou substituições para permitir a funcionalidade multicast.

Complexidade da configuração: A configuração e o gerenciamento de uma rede multicast pode ser complexa.Requer planejamento cuidadoso, configuração precisa e manutenção contínua para garantir que o tráfego multicast flua com eficiência e atinja todos os destinatários pretendidos.As configurações incorretas podem levar a problemas como loops de rede, tráfego excessivo ou entrega de dados incompleta.

Questões de confiabilidade: A perda de pacotes pode ser um problema significativo em redes que não suportam nativamente multicast ou têm suporte multicast insuficiente.Ao contrário do Unicast, onde pacotes perdidos podem ser retransmitidos, o Multicast não inclui inerentemente mecanismos para recuperação de pacotes, o que pode levar à perda de dados se as condições da rede não forem ideais.

Considerações de segurança

Redes multicast podem ser vulneráveis ​​ao acesso não autorizado se as medidas de segurança adequadas não estiverem em vigor.Os intrusos podem potencialmente ingressar em grupos multicast e interceptar dados destinados a destinatários legítimos, levando a violações de dados e problemas de privacidade.

A implementação de controles de criptografia e acesso pode garantir tráfego multicast e proteger contra acesso não autorizado.A criptografia garante que, mesmo que os pacotes multicast sejam interceptados, os dados permanecem ilegíveis para usuários não autorizados.Controles de acesso, como Igmp bisbilhotando e Gerenciamento de grupos multicast, ajude a garantir que apenas dispositivos autorizados possam ingressar em grupos multicast e receber dados multicast.