Войти
Многоадресная IP-рассылка - это метод отправки Интернет-протокол (IP) дейтаграммы группе заинтересованных получателей за одну передачу. Это специфическая для IP форма многоадресной передачи, которая используется для потоковой передачи мультимедиа и других сетевых приложений. Он использует специально зарезервированные блоки адреса многоадресной рассылки в протоколах IPv4 и IPv6.
, связанных с многоадресной рассылкой IP, включая Протокол управления группами Интернета, Протокол Независимая многоадресная передача и Регистрация многоадресной VLAN. IGMP Snooping используется для управления многоадресным IP-трафиком в сетях уровня 2.
Многоадресная IP-рассылка описана в RFC 1112. Многоадресная IP-рассылка впервые была стандартизирована в 1986 году. Ее спецификации были расширены в RFC 4604 для включения управления группами и в RFC 5771 для включения адресов с административной областью действия..
Многоадресная IP-рассылка - это метод один-ко-многим и многие-ко-многим связь в реальном времени через IP-инфраструктуру в сети. Он масштабируется для большего количества получателей, поскольку не требует ни предварительного знания личности получателя, ни количества получателей. Многоадресная рассылка эффективно использует сетевую инфраструктуру, требуя от источника отправки пакета только один раз, даже если он должен быть доставлен большому количеству получателей. Узлы в сети (обычно сетевые коммутаторы и маршрутизаторы ) заботятся о репликации пакета, чтобы достичь нескольких получателей, так что сообщения отправляются по каждому каналу сети только один раз.
Наиболее распространенным протоколом транспортного уровня для использования многоадресной адресации является Протокол дейтаграмм пользователя (UDP). По своей природе UDP не является надежным - сообщения могут быть потеряны или доставлены не по порядку. Надежные протоколы многоадресной передачи, такие как Pragmatic General Multicast (PGM), были разработаны для добавления обнаружения потерь и повторной передачи поверх многоадресной IP-рассылки.
Ключевые концепции многоадресной IP-рассылки включают групповой IP-адрес многоадресной рассылки, дерево многоадресной рассылки и создание дерева, управляемого получателем.
Групповой IP-адрес многоадресной рассылки используется источниками и получателями для отправки и получения многоадресные сообщения. Источники используют групповой адрес в качестве IP-адреса назначения в своих пакетах данных. Получатели используют этот групповой адрес для информирования сети о том, что они заинтересованы в получении пакетов, отправленных этой группе. Например, если некоторый контент связан с группой 239.1.1.1, источник будет отправлять пакеты данных, предназначенные для 239.1.1.1. Получатели этого контента будут информировать сеть о том, что они заинтересованы в получении пакетов данных, отправленных группе 239.1.1.1. Получатель подключается к 239.1.1.1. Протокол, обычно используемый получателями для присоединения к группе, называется Протокол управления группами Интернета (IGMP).
С протоколами маршрутизации, основанными на общих деревьях, когда получатели присоединяются к определенной группе многоадресной IP-рассылки, для этой группы строится дерево многоадресной рассылки. Наиболее широко для этого используется протокол Protocol Independent Multicast (PIM). Он устанавливает деревья многоадресной рассылки таким образом, чтобы пакеты данных от отправителей в группу многоадресной рассылки доходили до всех получателей, которые присоединились к группе. Существуют различные варианты реализации PIM: Sparse Mode (SM), Dense Mode (DM), многоадресная рассылка с учетом источника (SSM) и двунаправленный режим (Bidir, или режим разреженной плотности, SDM). Из них PIM-SM наиболее широко используется с 2006 года; SSM и Bidir - это более простые и масштабируемые варианты, разработанные недавно и набирающие популярность.
Операция многоадресной IP-рассылки не требует, чтобы активный источник знал о получателях группы. Построение многоадресного дерева управляется получателем и инициируется сетевыми узлами, которые находятся рядом с получателями. Многоадресная IP-рассылка масштабируется для большого количества получателей. Модель многоадресной IP-рассылки описана архитектором Интернета Дэйвом Кларком как: «Вы помещаете пакеты на одном конце, а сеть сговаривается, чтобы доставить их любому, кто попросит».
Многоадресная IP-рассылка создает информацию о состоянии для каждого дерева многоадресного распределения в сети. Если маршрутизатор является частью 1000 деревьев многоадресной рассылки, он имеет 1000 записей многоадресной маршрутизации и пересылки. С другой стороны, маршрутизатору многоадресной рассылки не нужно знать, как достичь всех других деревьев многоадресной рассылки в Интернете. Ему нужно знать только о деревьях многоадресной рассылки, для которых у него есть нисходящие приемники. Это ключ к масштабированию услуг с многоадресной адресацией. Напротив, одноадресный маршрутизатор должен знать, как достичь всех других одноадресных адресов в Интернете, даже если он делает это, используя только маршрут по умолчанию. По этой причине агрегация является ключом к масштабированию одноадресной маршрутизации. Кроме того, существуют базовые маршрутизаторы, которые передают маршруты в сотни тысяч, потому что они содержат таблицу маршрутизации Интернета.
Каждый хост, который хочет быть принимающим членом группы многоадресной рассылки (т.е. получать данные, соответствующие конкретному адресу многоадресной рассылки), должен использовать IGMP для присоединения. Соседние маршрутизаторы также используют этот протокол для связи.
При одноадресной маршрутизации каждый маршрутизатор проверяет адрес назначения входящего пакета и ищет место назначения в таблице, чтобы определить, какой интерфейс использовать, чтобы этот пакет приблизился к месту назначения. Адрес источника не имеет отношения к маршрутизатору. Однако при многоадресной маршрутизации адрес источника (который является простым адресом одноадресной рассылки) используется для определения направления потока данных. Источник многоадресного трафика считается восходящим. Маршрутизатор определяет, какие нисходящие интерфейсы являются адресатами для этой многоадресной группы (адрес назначения), и отправляет пакет через соответствующие интерфейсы. Термин пересылка обратного пути используется для описания этой концепции маршрутизации пакетов от источника, а не к месту назначения.
Ряд ошибок может произойти, если пакеты, предназначенные для одноадресной рассылки, случайно отправлены на адрес многоадресной рассылки; в частности, отправка пакетов ICMP на многоадресный адрес использовалась в контексте DoS-атак как способ достижения амплификации пакетов.
В локальной сети многоадресная доставка контролируется IGMP (в сети IPv4 ) и MLD (в сети IPv6 ); внутри домена маршрутизации, PIM или MOSPF используются; между доменами маршрутизации используются протоколы междоменной многоадресной маршрутизации, такие как MBGP.
. Ниже приведены некоторые общие протоколы доставки и маршрутизации, используемые для многоадресного распределения:
Одноадресные пакеты доставляются определенному получателю в подсети Ethernet или IEEE 802.3 путем установки определенного MAC-адреса уровня 2 в адресе пакета Ethernet. Широковещательные пакеты используют широковещательный MAC-адрес (FF: FF: FF: FF: FF: FF).
IPv4 многоадресные пакеты доставляются с использованием диапазона MAC-адресов Ethernet 01: 00: 5e: 00: 00: 00–01: 00: 5e: 7f: ff: ff (с OUI принадлежит IANA ). Этот диапазон имеет 23 бита доступного адресного пространства. Первый октет (01) включает бит широковещательной / многоадресной передачи. Младшие 23 бита 28-битного IP-адреса многоадресной рассылки отображаются в 23 бита доступного адресного пространства Ethernet. Это означает, что доставка пакетов неоднозначна. Если два хоста в одной и той же подсети подписываются на разные группы многоадресной рассылки, адрес которых отличается только в первых 5 битах, пакеты Ethernet для обеих групп многоадресной рассылки будут доставлены на оба узла, что потребует от сетевого программного обеспечения на узлах отбрасывания ненужных пакетов.
Для адресов многоадресной рассылки IPv6 MAC Ethernet определяется четырьмя младшими октетами, объединенными ИЛИ с MAC 33: 33: 00: 00: 00: 00, так, например, IPv6-адрес FF02: DEAD: BEEF :: 1: 3 будет отображаться на MAC-адрес Ethernet 33: 33: 00: 01: 00: 03.
Если коммутатор не понимает многоадресные адреса, он будет лавинно перенаправлен этот трафик для всех участников LAN; в этом случае сетевая карта системы (или операционная система) должна фильтровать пакеты, отправляемые в многоадресные группы, на которые они не подписаны.
Существуют коммутаторы, которые прослушивают трафик IGMP и поддерживают таблицу состояний, в которой сетевые системы подписаны на данную группу многоадресной рассылки. Затем эта таблица используется для пересылки трафика, предназначенного для данной группы, только на ограниченный набор хостов (портов). Этот процесс прослушивания трафика IGMP называется отслеживание IGMP.
. Кроме того, некоторые коммутаторы с возможностями уровня 3 могут действовать как запросчик IGMP. В сетях, где нет маршрутизатора, который действовал бы как маршрутизатор многоадресной рассылки, можно использовать коммутатор с включенным средством отслеживания IGMP для генерации необходимых сообщений IGMP, чтобы побудить пользователей подписаться на многоадресный трафик.
802.11 в беспроводной сети используется тот же диапазон MAC-адресов, что и в проводной сети Ethernet для сопоставления IP-адресов многоадресной рассылки. Однако беспроводная сеть 802.11 обрабатывает многоадресный трафик по-разному, в зависимости от конфигурации сообщения индикации трафика доставки (DTIM) и настроек интервала передачи сигналов. Если ни одна из станций в базовом наборе услуг не находится в режиме энергосбережения, многоадресные пакеты отправляются сразу после их прибытия. Если одна или несколько станций находятся в режиме энергосбережения, точки доступа доставляют многоадресный трафик только после каждого интервала DTIM и передают на одной из поддерживаемых скоростей в наборе базовой скорости. В большинстве точек беспроводного доступа конфигурация по умолчанию для этого интервала составляет 102,4 мс (интервал маяка = 100 мс, DTIM = 1) или 204,8 мс (интервал маяка = 100 мс, DTIM = 2), а скорость передачи - 1 Мбит / с или 6. Мбит / с, в зависимости от рабочего диапазона и режима защиты. Параметры DTIM и интервала маяка можно отрегулировать для повышения производительности многоадресной передачи в беспроводных сетях.
В отличие от Ethernet, большая часть трафика в 802.11 надежно отправляется с использованием ACK и NACK, так что радиопомехи не вызывают невыносимо больших потерь пакетов. Однако многоадресные пакеты отправляются один раз и не подтверждаются, поэтому они подвержены гораздо более высокому уровню потерь. Существуют различные методы решения этой проблемы, такие как выбор многократной одноадресной многоадресной передачи данных каждому клиенту или запрос ACK от каждого клиента. Некоторые методы требуют только модификации точки доступа и поддерживаются на некоторых устройствах корпоративного класса, в то время как другие улучшения потребуют модификации клиентов и поэтому не получили широкого распространения.
Многоадресная IP-рассылка - это метод интернет-связи, при котором один пакет данных может быть передан от отправителя и реплицирован на набор получателей. Методы репликации в некоторой степени зависят от носителя, используемого для передачи данных. Передача многоадресной рассылки по встроенным средствам вещания, таким как Ethernet или спутниковая связь, автоматически позволяет получать пакет данных всеми приемниками, непосредственно подключенными к носителю. Напротив, передача многоадресной рассылки на среде, которая является двухточечной или многоточечной, требует, чтобы пакет реплицировался для каждого канала. Процесс репликации должен происходить оптимальным образом, если в сети строится дерево распределения. Пакет может быть реплицирован на каждую из ветвей дерева. Это снижает необходимость для отправителя реплицировать пакет один раз для каждого получателя.
Использование IPsec в качестве канала связи требует установления соединения точка-точка. Обычно безопасность требуется от отправителя к получателю, что подразумевает, что отправитель должен реплицировать пакет на каждом из защищенных соединений - по одному для каждого получателя. По мере роста числа получателей отправитель должен масштабироваться, реплицируя пакет каждому из получателей. Обработка нагрузки на отправителя может быть высокой, что ограничивает масштабируемость отправителя. Для безопасной передачи многоадресной рассылки потребовался новый метод, получивший название Secure Multicast или Multicast Security.
Инженерная группа Интернета (IETF ) создала новый Интернет-протокол (IP) для безопасной передачи многоадресного трафика по пакетной сети. Определение протокола было разработано в Рабочей группе безопасности многоадресной рассылки и привело к нескольким запросам комментариев (RFC), которые теперь используются в качестве стандартов для защиты многоадресного IP-трафика. Протокол позволял отправителю зашифровать многоадресный пакет и направить его в пакетную сеть на оптимальном дереве распределения. Пакет может быть воспроизведен в оптимальных местах сети и доставлен всем получателям. Получатели могут дешифровать пакет и пересылать его в защищенной сетевой среде. Отправитель многоадресного пакета не знает потенциальных получателей; следовательно, создание парных ключей шифрования (по одному для каждого получателя) невозможно. Отправитель должен зашифровать пакеты, используя общий ключ, который все законные получатели используют для дешифрования пакетов. Безопасность системы основана на способности контролировать распространение ключей только законным получателям. Для этого IETF создал протокол Group Domain of Interpretation (GDOI), определенный в RFC-6407. Протокол позволяет отправителю и получателю присоединиться к серверу ключей, где политики и ключи зашифрованы и распространяются среди членов безопасной группы многоадресной рассылки. Сервер ключей может аутентифицировать и авторизовать отправителей и получателей в определенной группе, где общий ключ используется для шифрования и дешифрования трафика между членами группы.
Многоадресная рассылка по самой своей природе не является механизмом, ориентированным на установление соединения, поэтому такие протоколы, как TCP, позволяющие повторно передавать отсутствующие пакеты, являются не подходит. Для таких приложений, как потоковая передача аудио и видео, случайный сброс пакетов не является проблемой. Но для распространения критически важных данных требуется механизм запроса повторной передачи.
Одной из таких схем, предложенных Cisco, является PGM (первоначально Pretty Good Multicast, но измененная по причинам товарного знака на Pragmatic General Multicast ), задокументированная в RFC 3208. В этой схеме многоадресные пакеты имеют порядковые номера, и когда пакет пропущен, получатель может запросить повторную многоадресную передачу пакета с другими членами группы многоадресной рассылки, игнорируя замещающие данные, если в этом нет необходимости. В расширенной версии, PGM-CC, была сделана попытка сделать IP-многоадресную передачу более «дружественной к TCP», снизив для всей группы полосу пропускания, доступную худшему приемнику.
Две другие схемы, задокументированные Internet Engineering Task Force (IETF): протокол отслеживания стандартов NACK-Oriented Reliable Multicast (NORM), задокументированный в RFC 5740 и RFC 5401, а также протокол (FLUTE), задокументированный в RFC 6726. Для них существуют не только проприетарные, но и открытые исходные коды. Существуют и другие такие протоколы, такие как Scalable Reliable Multicast, и они определяются множеством источников. Такие протоколы различаются по средствам обнаружения ошибок, механизмам, используемым для восстановления после ошибок, масштабируемости такого восстановления и лежащим в основе идеям, связанным с тем, что значит быть надежным. Список надежных многоадресных протоколов, представленный на семинаре ACM SIGCOMM Multicast Workshop от 27 августа 1996 г., документирует ряд подходов к проблеме.
Независимые группы, такие как Internet Protocol Multicast Standards Initiative (IPMSI), заявили, что отсутствие действительно масштабируемого протокола Secure Reliable IP Multicast, такого как предлагаемый Secure Multicast for Advanced Repeating of Television (SMART) препятствовали внедрению IP Multicast в междоменной маршрутизации. Отсутствие широко распространенной системы, которая имеет уровень безопасности AES и масштабируемую надежность, не позволяло средствам массовой информации транслировать спортивные события (например, Суперкубок) и / или последние новости о событиях в общедоступном Интернете.
Надежность Протоколы IP Multicast, такие как PGM и SMART, являются экспериментальными; единственным протоколом отслеживания стандартов является NORM (версия стандарта RFC 3941 указана в RFC 5401, версия стандарта RFC 3940 указана указано в RFC 5740 ).
Поскольку многоадресная рассылка отличается от режима одноадресной рассылки, только протоколы, разработанные для многоадресной рассылки, могут разумно использоваться с многоадресной рассылкой. Большинство существующих протоколов приложений, использующих многоадресную рассылку, работают поверх User Datagram Protocol (UDP).
Во многих приложениях транспортный протокол реального времени (RTP) используется для кадрирования мультимедийного контента по многоадресной передаче; Протокол резервирования ресурсов (RSVP) может использоваться для резервирования полосы пропускания в сети, поддерживающей многоадресное распространение. Multicast DNS (mDNS) может использоваться для разрешения доменных имен или имен хостов без выделенного DNS-сервера с помощью многоадресной рассылки.
Многоадресная IP-рассылка широко применяется на предприятиях, коммерческих фондовых биржах и в сетях доставки мультимедийного контента. Обычно многоадресная IP-рассылка используется на предприятии для приложений IPTV, таких как прямые телетрансляции и телевизионные встречи компаний.
В индустрии гостеприимства многоадресная IP-рассылка стала обычным явлением для IPTV распространение в гостиницах и в секторе розничной торговли Многоадресная IP-рассылка в настоящее время широко используется для приложений ТВ-распространения и видеорекламы.
Операторы платного телевидения и некоторые образовательные учреждения со значительным количеством студентов на территории кампуса развернули многоадресную IP-рассылку для односторонней потоковой передачи мультимедиа, такой как высокоскоростное видео, большим группам получателей. Кроме того, в некоторых случаях использовались аудио- и видеоконференции с использованием технологий многоадресной передачи. Они гораздо менее распространены и чаще всего относятся к исследовательским и образовательным учреждениям, которые часто обладают большей сетевой емкостью для удовлетворения потребностей. Некоторые технические конференции и собрания передаются с использованием многоадресной IP-рассылки. До недавнего времени многие сессии на собраниях IETF проводились с использованием многоадресной рассылки.
Другое использование многоадресной рассылки в кампусе и коммерческих сетях - это распространение файлов, в частности, для доставки образов операционной системы и обновлений на удаленные узлы. Ключевым преимуществом многоадресных загрузочных образов по сравнению с одноадресными загрузочными образами является значительно меньшее использование полосы пропускания сети.
Многоадресная IP-рассылка также была внедрена в финансовом секторе для таких приложений, как биржевые тикеры и hoot-n-holler systems.
в то время как IP многоадресная рассылка добилась определенного успеха в каждой из этих областей, услуги многоадресной рассылки обычно недоступны для среднего конечного пользователя. Есть два основных связанных фактора отсутствия повсеместного развертывания. Во-первых, пересылка многоадресного трафика сильно усложняет протокол для поставщиков сетевых услуг. Во-вторых, базовая сетевая инфраструктура предоставляет гораздо более широкую поверхность для атак, особенно уязвимую для атак типа «отказ в обслуживании».
Большие требования состояния в маршрутизаторах делают приложения, использующие большое количество деревьев, неспособными для работы при использовании многоадресной IP-рассылки. Возьмем информацию о присутствии в качестве примера, когда каждому человеку необходимо сохранить хотя бы одно дерево своих подписчиков, если не несколько. Еще не было продемонстрировано никакого механизма, который позволил бы масштабировать модель многоадресной IP-рассылки до миллионов отправителей и миллионов групп многоадресной рассылки, и, таким образом, пока невозможно реализовать на практике полностью общие приложения многоадресной рассылки. По этим причинам, а также по экономическим причинам, многоадресная IP-рассылка, как правило, не используется в коммерческих магистралях Интернета.
RFC 3170 (Приложения многоадресной IP-рассылки: проблемы и решения) содержит обзор проблем развертывания.
Многоадресная IP-рассылка была впервые разработана Стивом Дирингом в Стэнфордском университете, за что он получил премию IEEE Internet Award.
MBONE был давним экспериментальным подходом к включению многоадресной рассылки между сайтами с помощью туннелей. Несмотря на то, что MBONE больше не работает, вновь наблюдается интерес к туннелированию многоадресного трафика, чтобы сделать эту услугу доступной для широкого круга конечных пользователей.
CastGate был попыткой исследовательской группы ETRO-TELE из Брюссельского университета внедрить многоадресную IP-рассылку в Интернете.
Хотя многоадресная рассылка позволила бы пользователю Интернета получать мультимедиа и другой контент, не создавая большой нагрузки на сеть, но он все еще был недоступен для большинства пользователей Интернета. Проект CastGate попытался исправить это, разрешив конечным пользователям подключаться через автоматически настраиваемый IP-туннель по сетям, которые изначально не поддерживали многоадресную IP-рассылку. Идея заключалась в том, что, если у большего числа пользователей будет возможность многоадресной рассылки, больше поставщиков контента увидят преимущество потоковой передачи контента над многоадресной рассылкой. Была надежда, что если достаточное количество контент-провайдеров и пользователей воспользуются этой услугой, то больше интернет-провайдеров включат IP-многоадресную рассылку изначально для своих клиентов.
CastGate предоставил программный клиент для Microsoft Windows и Linux для подключения к туннельной сети CastGate. Он также предоставил инструменты для добавления туннельных серверов и инструменты для получения объявлений Session Announcement Protocol из многоадресной сети с видео- и аудиопотоками.
Проект поддерживал веб-сайт до 2007 года.
Начиная с 2005 года BBC начала побуждать базирующихся в Великобритании интернет-провайдеров внедрять услуги с многоадресной адресацией в своих сетях, предоставляя BBC Radio с более высоким качеством, чем доступно через их одноадресные -адресные службы. Это также поддерживалось множеством коммерческих радиосетей, включая BBC, GCap Media, EMAP и Virgin Radio.
Немецкая общественность. -сервисные вещатели ARD и ZDF и франко-немецкая сеть Arte предлагают свои телепрограммы с многоадресной передачей в нескольких сетях. Австрийский интернет-провайдер Telekom Austria предлагает своим клиентам цифровой абонентской линии (DSL) телевизионную приставку, которая использует многоадресную адресацию для приема теле- и радиопередач. В Германии компания T-Home, торговая марка Deutsche Telekom, предлагает аналогичную услугу.
