#Multicast: Entendiendo el enrutamiento multicast o multidifusion

Multicast se ha convertido en una palabra de moda más de una vez en la historia. Multidifusión IP significa que un emisor está enviando datos a múltiples receptores, pero sólo el envío de un solo ejemplar. Es muy útil para el streaming de medios de comunicación, así que vamos a explorar cómo funciona esto.

Al igual que la emisión, hay direcciones especiales designadas para los datos de multidifusión. La diferencia es que algunos de estos pueden ser derrotados, y se utiliza en Internet. El espacio de multidifusión reservado por la IANA es 224.0.0.0/4. No decimos, “Clase D” más. Las direcciones abarcado por 224/4 se 224.0.0.0 a través de 239.255.255.255.

Multicast es más eficiente que la de difusión, porque los paquetes de difusión tienen que ser recibida por todos en el vínculo local. Cada OS toma una interrupción, y pasa el paquete en la inspección, que normalmente implica algunas copias de datos. En multidifusión, la tarjeta de red no escucha a estos paquetes de multidifusión a menos que se le ha dicho que lo haga.

De forma predeterminada, con tarjetas de red multicast habilitado, el NIC escuchará sólo 224.0.0.1 en el arranque. Esta es la dirección asignada a “todos los sistemas de esta subred.” Sí, es muy similar a la de difusión. De hecho, muchas personas dicen que la difusión es un caso especial de multidifusión.

Multicast es selectiva en que se envía a, simplemente por la naturaleza de cómo las tarjetas de red pueden ignorar las cosas poco interesantes. Así es como funciona el enlace local, pero ¿qué hay de la Internet? Si alguien quiere transmitir el nacimiento del bebé de una celebridad en África a través de multidifusión, no queremos que todos los routers en Internet consume el ancho de banda requerido para entregar a cada equipo. Aparte de la tarjeta de red ser capaz de tomar decisiones a nivel local, existen mecanismos de enrutamiento multicast que sirven para “podar” ciertas subredes. Si nadie quiere ver que dentro de su red, no hay razón para permitir que ésta en la red.

Las personas que están interesados en ver tal espectáculo se desarrollará un programa especial, que a su vez le dice a la tarjeta de red para unirse a un grupo multicast. La NIC utiliza el Protocolo de administración de grupos de Internet (IGMP) para alertar a los routers multicast locales que les gustaría unirse a un grupo específico. Esto sólo funciona en un solo sentido, sin embargo. Si alguien quiere enviar y recibir multicast, la capa IP tendrá que ser más elegante. Para el envío, IP asignará una dirección IP a una dirección Ethernet, y decirle al controlador de la NIC para que pueda configurar la tarjeta con otra dirección MAC.

IGMP en sí es muy simple. Es muy similar a la ICMP, ya que utiliza la capa IP, sólo con un número de protocolo diferente. La cabecera se compone de sólo cuatro cosas: una versión; un tipo; una suma de comprobación; y el grupo, es decir, la dirección de multidifusión, que se unió. Cuando se envía ese paquete, un router multicast ahora sabe que al menos un host está interesado en recibir paquetes de una dirección de multidifusión específica. Ahora que el router tiene que hacer de alguna manera enrutamiento multicast con otros routers para obtener los datos.

Aquí se pone interesante. Hay unos pocos mecanismos de enrutamiento multicast que vamos a hablar hoy: DVMRP y PIM. Haciendo una pausa por un momento, es importante darse cuenta de que aún hoy en día de multidifusión no está ampliamente soportado. De vuelta en el día hubo un mbone, o columna vertebral de multidifusión, que las personas conectadas a través de IPIP (IP encapsulado en IP) túneles. La aplicación Unix mrouted entiende DVMRP y IGMP cuando los routers de Internet no lo hicieron. La mayoría de las personas que deseen utilizar multicast hoy en día todavía se preguntan por qué sus ISPs ciertos protocolos no están funcionando.

DVMRP es la multidifusión de Protocolo de enrutamiento de vector de distancia. Utiliza IGMP subcódigo 13, y hace lo que se llama Las inundaciones denso. Inundaciones densa es muy eficaz, pero muy ineficiente. Un router inundará a todo el mundo en el inicio y, a continuación, pode subredes desinteresados. PIM, o Protocolo-Independent Multicast, es independiente de los mecanismos de enrutamiento unicast. En el funcionamiento en modo denso, es muy parecido a DVMRP. PIM modo denso es esencialmente el mismo que DVMRP, excepto PIM utiliza el protocolo IP 103. implementos PIM se une, ciruelas pasas, y los injertos. Un injerto es lo contrario de una ciruela pasa: se injerta una rama de nuevo en el árbol.

Densa enrutamiento modo de multidifusión, independientemente del protocolo, funciona mediante el envío de datos a todo el mundo y después de la poda de nuevo las partes del árbol. Un árbol, como siempre, se utiliza para representar un conjunto de routers. Cuando un grupo de ramas podadas conseguir, routers eventualmente pueden eliminar trozos cada vez más grandes. Si no hay ramas están interesados dentro de un AS, el router frontera puede enviar un mensaje de ciruelas al router aguas arriba, por lo tanto, deja de malgastar ancho de banda.

Escaso enrutamiento modo de multidifusión utiliza un Punto de Encuentro, o RP. Todos se unen a los mensajes se envían a la dirección unicast del RP, por lo que esta claramente requiere un poco de conocimiento previo. Modo escasa PIM también opera un poco más inteligente. Utiliza árboles compartidos, pero si a los avisos del router que está más cerca de la fuente se puede enviar una unión de aguas arriba para garantizar el tráfico empieza a fluir a través de la mejor punto. El router recién designado se convierte en el punto de distribución de la fuente de la red.

Esto es todo lo fino y elegante, con excepción de un pequeño detalle: el Internet no es un árbol vertical. Las empresas quieren conectarse de forma redundante, por lo que, naturalmente, se formarán bucles gigantes. Reverse Path Forwarding (RPF) se utiliza en multicast también, para asegurarse de que los bucles no suceden. La idea básica es verificar que la interfaz de un paquete de multidifusión llega a es el camino más corto de unidifusión de vuelta al remitente. Si no, entonces probablemente no vino desde el emisor, por lo que se descarta el paquete. Si la comprobación del RPF es exitosa, el paquete se duplica y se envía a todos en el grupo.

Existen un buen número de otros protocolos de enrutamiento multicast en la naturaleza. OSPF tiene MOSPF, pero que sólo puede realmente ser utilizado dentro de un dominio. BGP tiene BGMP, pero nunca se ha visto fuera de cautiverio. La mayoría no se utilizan realmente, pero la gente siempre vienen con ideas nuevas e interesantes para hacer uso generalizado de una realidad de multidifusión. Es una pena ver el mismo video transmitido por separado desde un sitio Web, cuando se ahorraría gran ancho de banda a utilizar multicast y dejar que el router duplica cuando se necesita.
En una cáscara de nuez

Multicast utiliza direcciones especiales para enviar datos desde un único emisor a varios destinatarios, a pesar de que el destinatario sólo envía una copia.
Hosts o routers pueden unirse a grupos de multidifusión a través de IGMP para contar otros routers que estén interesados.
Protocolos denso inundaciones y ciruela pasa, los modos de escasos utilizarán un RP para evitar inundaciones innecesariamente.

#Multicast: Que es el enrutamiento IP Multicast y como funciona

Los Protocolos de enrutamiento de multidifusión IP se utilizan para distribuir los datos (por ejemplo, audio / video transmisiones streaming ) a varios destinatarios. El uso de multidifusión(multicast), una fuente puede enviar una sola copia de los datos a una sola dirección de multidifusión, que luego se distribuye a todo un grupo de destinatarios, en otras palabras un emisor envía a un receptor que este a su vez envía a todos los receptores finales.

Un grupo de multidifusión identifica un conjunto de receptores que estén interesados en una corriente de datos en particular, y está representado por una dirección IP de un rango bien definido. Los datos enviados a esta dirección IP se envía a todos los miembros del grupo de multidifusión.

Los routers entre la fuente y los receptores duplican los paquetes de datos y múltiples copias hacia adelante siempre que sea la ruta de acceso a los destinatarios sea divergente.La Información que pertenencia de grupo se usa para calcular los mejores routers donde duplicar los paquetes en el flujo de datos para optimizar el uso de la red.

Un host de origen envía datos a un grupo multicast, simplemente definiendo la dirección IP de destino del datagrama a ser la dirección de grupo de multidifusión( esto es muy importante). Cualquier host puede convertirse en una fuente y enviar datos a un grupo de multidifusión. Las Fuentes no necesitan registrarse de alguna manera antes de que puedan comenzar a enviar datos a un grupo y no necesitan ser miembros del grupo de sí mismos.

Muy importante: al hablar de grupos estamos hablando de sub redes, redes definidas con acceso a usuarios determinados, redes determinadas por un isp como proveedor, etc.

Hay muchos diferentes protocolos de multidifusión y modos de operación, cada uno optimizado para un escenario particular. Muchos de ellos se encuentran todavía en una etapa temprana de la normalización. Sin embargo, todos funcionan de la misma de manera general, como sigue.

Un protocolo de miembro de grupo de multidifusión es utilizado por la recepción de los host para hacer publicidad de su pertenencia a un grupo a un router multicast locales, lo que les permite unirse y dejar grupos multicast. Los principales protocolos de Membresía de grupo de multidifusión de descubrimiento son el Protocolo de Internet Grupo de Gestión (IGMP) para IPv4 y Multicast Listener Discovery (MLD) para IPv6.

Un protocolo de enrutamiento multicast se utiliza para la comunicación entre los routers de multidifusión y les permite calcular el árbol de distribución multicast de recepción de los host.El Protocol Independent Multicast (PIM) es el más importante protocolo de enrutamiento multicast.

El árbol de distribución multicast de los host que reciben datos mantiene la ruta a cada destinatario que se ha unido al grupo de multidifusión, y está optimizado para que el tráfico de multidifusión no alcance las redes que no tienen ningún tipo de destinatarios (a menos que la red es una red de tránsito en el camino a otros destinatarios) esto es importante porque se ahorra procesamiento a nivel de hardware si se determina que redes no tienen destinatarios a que enviar datos y de esta forma las copias duplicadas de los paquetes se mantienen al mínimo.

IP Multicast

IP Multicast es un método para transmitir datagramas IP a un grupo de receptores interesados. Puedes ver el artículo de multidifusión para ver una discusión general del asunto. En este artículo se trata específicamente la multidifusión IP.

Implementaciones de multidifusión IP

Los operadores de Pay-TV y algunas instituciones educativas con grandes redes de ordenadores han usado la multidifusión IP para ofrecer streaming de vídeo y audio a alta velocidad a un gran grupo de receptores. También hay algunos casos en que se ha utilizado para transmitir videoconferencias. De todas formas se ha relegado a ámbitos de investigación y educación que tienen más posibilidades de ofrecer las grandes necesidades de redes que precisa este método.

Otro uso que se le ha dado, también a nivel comercial, es el de distribuir archivos. Particularmente para ofrecer imágenes de arranque de sistemas operativos. Respecto a los sistemas tradicionales permite un menor uso del ancho de banda de la red.

Fuera de esas áreas no ha tenido mucho éxito. Fundamentalmente por dos factores, cada uno referido al otro. Por una parte el tráfico generado por la multidifusión IP es realmente complejo, sobre todo cuando tiene que ver con la comunicación a dos vías. Además este método tiene la desventaja de que su implementación a gran escala puede venir acompañado de puntos adicionales de fallo. Particularmente de ataques de denegación de servicio.

Historia

En 1992 se hizo un intento experimental llamado MBONE de crear una red multicast a través de Internet usando túneles. De esta forma se conseguiría un ahorro importante de ancho de banda para las aplicaciones multimedia. El experimento quedó solo en eso. Motivado, entre otras cosas, por las dificultades que representaba para los ISPs ofertar redes con soporte de multidifusión IP.

Direccionamiento

Existen cuatro formas de direccionamiento IP. Cada una de ellas con sus propiedades únicas.

* Unicast: El concepto más común de una dirección IP es una dirección unicast. Se refiere normalmente a un único emisor o receptor y puede ser usada tanto para enviar como para recibir. Este tipo de dirección suele estar asociada a un único dispositivo u ordenador pero no implica una correspondencia uno a uno. Algunos PC individuales tienen varias direcciones unicast cada una para un propósito diferente. Para enviar la misma información a diferentes direcciones unicast el emisor debe enviar dichos datos una vez por cada receptor.

* Broadcast: Enviar los datos a todos los destinos posibles (un “broadcast a todos los hosts”) permite al emisor enviar los datos una única vez a todos los receptores. En el protocolo IP, la dirección 255.255.255.255 representa un broadcast limitado localmente. También se puede hacer un broadcast directo (y limitado) combinando el prefijo de red con el sufijo de hosts compuesto únicamente de 1 binarios. Por ejemplo para una red con el prefijo 192.0.2 la dirección IP a usar será la 192.0.2.255 (asumiendo que la máscara de red es la 255.255.255.0).

* Multicast: Una dirección multicast está asociada con un grupo de receptores interesados. De acuerdo al RFC 3171 las direcciones desde la 224.0.0.0 a la 239.255.255.255 están destinadas para ser direcciones de multicast. Este rango se llama formalmente “Clase D”. El emisor envía un único datagrama (desde la dirección unicast del emisor) a la dirección multicast y el router se encargará de hacer copias y enviarlas a todos los receptores que hayan informado de su interés por los datos de ese emisor.

* Anycast: Como el broadcast y el multicast, con anycast se representa una topología de uno a muchos. Sin embargo el flujo de datos no es transmitido a todos los receptores. El router lo enviará únicamente al que considere que esté más cerca en la red. Este método es muy útil para conseguir balancear las cargas de datos. Es el método usado por los sistemas DNS.

Protocolos y aplicaciones

Dado que las transmisiones multicast y unicast son diferentes, sólo los protocolos diseñados para multicast pueden ser usados efectivamente con este.

La mayoría de los protocolos de aplicaciones existentes que usan multicast lo hacen sobre UDP. Otras aplicaciones, sobre todo aquellas que tienen que transmitir contenidos multimedia, lo hacen usando el protocolo RTP; además del protocolo RSVP para reservar el ancho de banda necesario para la distribución del contenido.

La distribución en una red local está controlada por el protocolo IGMP (en una red IPv4) y por MLD (en una red IPv6). Dentro de un dominio de enrutamiento se usa el protocolo PIM y entre dominios se debe usar algún protocolo de enrutamiento multicast entre dominios como el MBGP.

Se pueden encontrar muchos errores si un paquete destinado a una dirección unicast es encaminado accidentalmente a una dirección multicast. Concretamente se ha usado el envío de paquetes ICMP a una dirección multicast como una forma de conseguir la amplificación de paquetes a través de un Ataque de denegación de servicio.

Asignaciones de direcciones IPv4 multicast

El rango de direcciones de clase D, que está asociado aún con direcciones de multicast, no se asignan a direcciones unicast tradicionales. De hecho la reserva de grupos de direcciones de multicast ha solido ser una fuente de problemas y puede llevar a múltiples e insatisfactorias soluciones.

Existen varias estrategias para lograr solventar el problema. Estas son solo algunas de ellas. Para más información deberá leer el documento RFC 3171.

El bloque 224.0.0.0/24 es solo para enlaces multicast locales. Aquí solo pueden encontrar cosas como protocolos de enrutado. Los datagramas a estas direcciones no deberían ser reenviadas por los routers.

Gran parte del resto del espacio de direcciones entre 224/8 ha sido asignado y usado por diversidad de aplicaciones a lo largo de los años o, simplemente, ha sido reservado por la IANA. Este bloque ha sido denominado despectivamente como el pantano multicast.

El bloque 232.0.0.0/8 está reservado para usarse por el protocolo de SSM.

239.0.0.0/8 es actualmente un espacio para uso administrativo. El uso de este bloque se especifica en el documento RFC 1918. Sin embargo en otro, el RFC 2365, indica que parte de este segmento tiene un uso parecido a un espacio de direcciones unicast privadas. Sin embargo la mayoría de operadores lo tratan como dice el primer documento.

El resto de la Clase D está marcado actualmente como reservado por la IANA.