O que é roteamento IP multicast?

O roteamento multicast envolve o envio da mesma mensagem para vários terminais. Talvez seja necessário implementar o roteamento multicast se você tiver um recurso de videoconferência operando em sua empresa ou se tiver recursos de chat de áudio que envolvam conversas entre grupos. Todos os roteadores são capazes de gerenciar roteamento multicast e configurar esse recurso é uma tarefa relativamente simples.

Omultitransmissãométodo não envia uma mensagem para todos os endereços em um segmento de rede – isto étransmissão. Mais um termo que você precisa saber é “unicast.” Isso significa rotear um pacote para um endereço. Unicast é o conceito de transporte padrão que envolve o envio de um pacote de uma origem para um destino através de roteadores. Com o multicast, o pacote precisa ser replicado e enviado de uma origem para vários destinos.

Encaminhamento de caminho reverso

Você provavelmente sabe que todas as transmissões de rede seguem conjuntos de regras, conhecidos comoprotocolos. O principal objetivo de um algoritmo de roteamento é encaminhar pacotes através de roteadores para o endereço de destino que está escrito no cabeçalho do pacote. Os procedimentos multicast são um pouco diferentes. O pacote também tem o endereço de origem escrito em seu cabeçalho e, ao encaminhar um pacote multicast, os roteadores usam uma metodologia projetada pararetire o pacote da fonte. Este é um conceito difícil de imaginar porque você pensaria que a única maneira de um pacote se mover através de uma rede é viajar em direção a um determinado destino.

A metodologia usada para roteamento IP multicast é chamada de “encaminhamento de caminho reverso.” A tabela de referência de um roteador informa em qual de suas interfaces ele deve copiar um pacote para encaminhá-lo para o endereço IP contido no campo de destino no cabeçalho do pacote. No encaminhamento de caminho reverso, a tabela do roteador é um pouco diferente. Cada registro mostra uma interface upstream e uma interface downstream. A interface upstream é o ponto de recebimento de pacoteschegando do remetente multicast.A interface downstream é o ponto de saídapara qualquer pacote que chegue à interface upstream fornecida.

Haverá muitos registros em uma tabela de roteamento de encaminhamento de caminho reverso para a mesma origem. É assim que o pacote é enviado várias vezes. Quando o roteador recebe um pacote na interface upstream, ele classifica sua tabela de roteamento e encontra todos os registros de roteamento que contêm um mapeamento de para onde encaminhar os pacotes daquela origem.Esses caminhos são agrupados por interface, portanto, em vez dos endereços de origem e destino, os registros resultantes apresentarão uma lista de pares de interfaces de entrada e saída exclusivos. Em todos os pares, a interface de entrada será a mesma.

O roteador lê a primeira entrada dessa interface upstream e envia o pacote para a interface downstream correspondente nesse registro. Porém, o trabalho não está completo porque reuniu diversos registros para aquela interface upstream. Assim, ele lê o próximo registro coletado pela pesquisa na tabela e envia o pacote para a interface downstream nessa entrada da tabela. O roteador continua funcionando até ficar sem registros que correspondam à interface upstream pela qual o pacote chegou. Por isso,um pacote chegou ao roteador e foi enviado várias vezes.

Montando a tabela de roteamento

Os destinos de um pacote multicast são colocados na tabela de roteamento mediante solicitação. Ou seja, os endpoints que esperam receber pacotes da fonte multicast notificam o roteador sobre seu interesse.É como um serviço de assinatura. Assim, em vez de a fonte de um multicast informar ao roteador “de agora em diante, cada pacote que eu enviar deverá ir para A, B, C e D”, cada um desses destinatários envia uma mensagem ao roteador dizendo “Quero um cópia de qualquer coisa que você receber de Z.” Então, é assim que “encaminhamento de caminho reverso” recebe esse nome –a rota não é organizada como um push out para um destino, ela é gerada como um pull in de uma origem.

Protocolos de roteamento IP multicast

Como você pode ver na descrição de como funciona o roteamento multicast,existem duas fases para criar um caminho multicast. O primeiro é o processo de assinatura em que os destinatários registram seus endereços IP de rede no grupo. Este procedimento está descrito noProtocolo de gerenciamento de grupo da Internet(IGMP) que opera para endereços IPv4. O processo de assinatura de endereços IPv6 é ditado peloDescoberta de ouvinte multicastprotocolo (BILHÃO). Coletivamente, os protocolos de registro para encaminhamento multicast são denominados “protocolos de descoberta de membros de grupo multicast”.

Os investigadores estão constantemente à procura de melhores formas de gerir as comunicações e por isso há sempre novos protocolos em desenvolvimento para qualquer tarefa de rede. Existem outros protocolos de descoberta de membros de grupos multicast, mas IGMP e MLD são os dois de uso comum hoje. Da mesma forma, existem muitos protocolos teóricos em consideração para a segunda fase do roteamento multicast, que é a transmissão real de mensagens. Entretanto, o sistema implementado em quase todos os roteadores em operação atualmente é chamadoMulticast independente de protocolo(PIM).

Duplicação de pacotes

O pacote só é duplicado no ponto em que as rotas para os destinatários se dividem.É por isso que o roteador lê o nome da interface de sua tabela de roteamento em vez dos endereços de destino. Portanto, se vários destinatários estiverem além do próximo roteador, o roteador de encaminhamento enviará apenas uma cópia para esse roteador intermediário. Todos os roteadores no caminho possuem entradas na tabela de roteamento para essa rota multicast.

O resultado do uso de interfaces em vez de endereços ao encaminhar pacotes multicast é que esses pacotes só são duplicados quando os caminhos para vários destinatários se dividem. Portanto, se cinco destinatários estiverem além de um roteador vizinho, o roteador de encaminhamento enviará apenas uma cópia para esse vizinho. Esta regra simples mantém o tráfego no mínimo. Isso é chamado de “roteamento multicast em modo esparso.”

Roteamento multicast de modo denso

O roteamento multicast em modo esparso é muito eficiente e mantém o tráfego de rede no mínimo. No entanto, existe uma segunda metodologia de encaminhamento que você deve conhecer. Isso é chamado de “roteamento multicast em modo denso.” Inicialmente, o modo denso simplifica a referência às tabelas de roteamento. No entanto, a metodologia logo se transforma em praticamente o mesmo sistema do modo esparso no que diz respeito aos roteadores.

No modo denso, o roteador receptor copia todos os pacotes multicast recebidos paracada interfaceque possui diferente da interface na qual recebeu o pacote. Portanto,cada roteador ao qual esse nó está conectado receberá esses pacotes multicast. A notificação de assinatura é realizada no roteador mais próximo de um receptor. Se houver vários roteadores intermediários em uma rede, todos eles duplicarão o pacote multicast e o enviarão para todos os roteadores vizinhos.Se você tiver redundância de caminho em sua rede, esse método poderá resultar em muito tráfego supérfluo circulando entre os roteadores.

Um segundo mecanismo na metodologia do modo denso reduz todo esse tráfego supérfluo. Se um roteador que se conecta a endpoints não tiver nenhum destinatário para um endereço multicast em sua tabela de roteamento, ele notificará seus roteadores vizinhos para não enviarem pacotes para esse endereço multicast. Portanto, da próxima vez que o primeiro roteador no caminho receber um pacote do remetente multicast, ele encaminhará esse pacote para todas as suas interfaces, exceto aquelas que lhe disseram para não fazê-lo. Eventualmente, esse método de exclusão reduz o tráfego para mais ou menos os mesmos níveis experimentados no método de modo esparso. O modo denso também é conhecido como “inundação.” O sinal de cancelamento enviado pelos roteadores é chamado de “mensagem de poda,' ou 'poda.”

Os seguintes protocolos empregam modo denso:

• Protocolo de roteamento multicast de vetor de distância (DVMRP)
• Multicast abre primeiro o caminho mais curto (MOSPF)
• Modo denso PIM

Embora o cenário de modo denso em breve tenha a tabela de roteamento preenchida, ele é propenso a loops de feedback e pode causar problemas em uma rede quando for implementado pela primeira vez, por isso é mais seguro evitar essa opção.

Endereços IP multicast

O sistema TCP/IP de gerenciamento de rede aloca um endereço exclusivo para cada nó conectado à rede. Esse endereço deve ser único dentro do espaço de endereço, entãoos endereços em uma LAN só precisam ser exclusivos nessa rede privadae não em todo o mundo.

O espaço de endereço inclui um intervalo de endereços reservados para roteamento multicast. Efetivamente, os endereços IP multicast criam dispositivos fantasmas. Existe um endereço para o qual outros dispositivos podem enviar mensagens, mas esse endereço não representa um dispositivo físico. Em vez disso, representa o grupo multicast.

Para configurar um grupo multicast, primeiro você precisaalocar um endereço IP exclusivopor isso. Uma vez que esse endereço identifique o grupo, os destinatários interessados ​​poderão então informar o roteador sobre sua inclusão no grupo.

Quando um nó envia uma comunicação para ser distribuída a todos os membros do grupo, os pacotes dessas mensagens são endereçados ao endereço IP que representa esse grupo. O roteador faz referência aos membros desse grupo e envia uma cópia do pacote recebido para as interfaces downstream que representam os membros do grupo.

Se você seguir o endereçamento IP classful, deverá saber que os endereços multicast sãoClasse D. Eles ocupam um intervalo de endereços de 222.0.0.0 a 239.255.255.255. Este bloco é dividido em intervalos de tarefas com endereços 222.0.0.0 a 224.0.0.225 reservados para a sub-rede local. Todos os endereços multicast IPv6 têm o prefixo “aff.”

Implementando roteamento IP multicast

Felizmente, quase não há circunstâncias em que você precise configurar diretamente o roteamento multicast bruto.Toda a comunicação multicast é gerenciada por aplicativos, como um sistema de videoconferência. Portanto, há pouca intervenção manual necessária para implementar o roteamento multicast em sua rede.

A maior parte do trabalho para fazer o roteamento multicast acontecer ocorre no roteador.Todos os roteadores de rede têm esse recurso. Tanto o aplicativo quanto o roteador se comunicarão via IGMP. Seu roteador pode ser enviado com recursos de roteamento multicast desativados. No entanto, qualquer aplicativo que exija esse recurso verificará o roteador para você no momento da instalação.

Como uma aplicação de usuário final, um recurso multicast raramente apresenta ao usuário a opção de qual endereço IP usar para um grupo. O administrador que configura um grupo será obrigado adê ao grupo um nome significativoe o aplicativo associará esse nome ao próximo endereço IP multicast disponível.

Se você opera DHCP para alocações de endereços IP em sua rede, não precisa se preocupar com conflitos de endereços multicast. Os servidores DHCP não alocarão endereços dentro do endereço IP multicast para dispositivos reais.

Atividade de rede multicast

Mesmo se você se certificar de usarModo esparsoem sua implementação de multicast, você deve estar ciente de que a atividade multicast interativa cria muito tráfego de rede. Isto é especialmente verdadeiro para aplicativos de conferência baseados em áudio e vídeo.

Esses sistemas não apenas aumentam a carga de tráfego, mas também são críticos em termos de tempo.Aplicativos interativos e ativos precisam que seu tráfego seja entregue imediatamente. Eles não podem esperar pelo buffer nos dispositivos de rede pelos quais o tráfego passa.

Roteamento multicast na internet

O roteamento multicast não está limitado a redes privadas. Você também pode usar esse método para chegar a locais remotos e atender clientes por meio da metodologia. Existem vários casos de negócios que atualmente empregam roteamento multicast. Esses incluemIPTVecursos de treinamento on-line. Nestes casos, no entanto, é aconselhável que a sua empresa subscreva uma plataforma multicast baseada na nuvem, em vez de tentar gerir todo o tráfego terminado na Internet a partir da sua própria rede.

Considerações sobre roteamento multicast

É particularmente importante verificar a capacidade da sua rede antes de implementar qualquer aplicação multicast. Se você não pode se dar ao luxo de expandir a capacidade da sua rede, então você deve considerar a implementação medidas de modelagem de tráfego , como qualidade de serviço baseada em classe (QoS). Medir a utilização da largura de banda e analisar novos cenários de uso requer ferramentas de suporte. Portanto, você deve considerar comprar um analisador de tráfego de rede . Você também precisa ficar de olho na integridade dos seus dispositivos de rede para evitar possíveis pontos de falha na rede – então considere instalar um monitor de rede também.

Você usa roteamento multicast em sua rede? Você precisou fazer alguma coisa para configurá-lo ou o software de conferência que você instalou configurou tudo para você? Deixe uma mensagem na seção de comentários abaixo e compartilhe sua experiência com a comunidade.