Что такое мультикаст трафик
Приручаем multicast
Остановимся на анализе мультикаст-трафика через IGMP-протокол. Рассмотрим реализацию работы протокола IGMP, работы протокола PIM, отправки JOIN-запросов. После анализа проблемы была разработана оптимальная конфигурация сетевого оборудования, эффективная настройка QOS. Данная задача появилась после обнаружения проблемы в сети, такой как прерывание сигнала у клиентов, наличие фризов и прерывание звука.
IGMP — Internet Group Management Protocol — это сетевой протокол взаимодействия абонентов мультикаст-трафика и ближайшего к ним сетевого оборудования.
Пользователь имеет подписку на следующую группу IP-адресов: 224.0.0.0 до 239.255.255.255. PIM Protocol реализован в режиме Sparse mode. Это означает, что трафик льется только на ту ветку, в которой есть клиенты, желающие войти в мультикаст-группу. Они отправляют сообщения PIM Join. Если клиенты не отправляют Join, то трафик им отправляться не будет. PIM Sparse Mode включен на двух интерфейсах. В сторону источника мультикаст-трафика и в сторону клиента. На стороне клиента имеет цифровой ресивер или абонентское устройство —IPTV-приставка.
Для справки: dense mode предполагает, что мультикаст-трафик идет до абонента, и неважно, подписывается ли он на определенный канал. Мультикаст идет во все порты, потом, если он не нужен по месту назначения, то отправляется служебный пакет PIM Prune, и трафик перестает идти по этой ветке.
IGMP-протокол реализуется в сторону клиента. PIM-протокол устанавливает соседство с другими маршрутизаторами. Для этого применяются служебные сообщения PIM Hello.
В нашей сети применялась вторая версия протокола IGMP.
Абонентское устройство, которое решает получить multicast-трафик, отправляет запрос в сообщении IGMP Membership Report (так называемый репорт).
Если абонентское устройство больше не желает получать мультикаст-трафик, то оно отправляет сообщение IGMP Leave. Эта функция реализована коммутаторах уровня доступа. IGMP Membership Group-Specific Query — повторное сообщение коммутатором в сеть о том, есть ли клиентские устройства, которые будут запрашивать мультикаст-трафик. Если их нет, то передача трафика прекращается.
IGMP snooping реализуется на сетевом оборудовании, отдельного включения функции недостаточно, необходима дополнительная настройка. После включения данной функции управляемые коммутаторы могут анализировать трафик — мультикаст-поток.
Если коммутатор обнаруживает IGMP-пакет, то он вносит порт в список мультикаст-групп. Если от абонента идет сообщение IGMP Leave, то коммутатор удаляет порт из подписчиков групп.
IGMP snooping позволяет предотвращать мультикаст шторм. Если функция IGMP snooping не включена, то оборудование ретранслирует multicast-трафик во все порты, которые находятся в одном VLAN. Это не эффективно, а также способно вызвать проблемы на сетевых устройствах, вынужденных обрабатывать высокий поток данных. Это может загружать CPU-оборудования. IGMP snooping улучшает работу сети.
Однако для того, чтобы получить мультикаст-трафик, нужно реализовать эту функции на стороне клиента. К примеру, если клиент подключен через роутер, то необходимо позаботиться о включении этой функции на роутере.
Проверить корректность работы мультикаст-вещания можно путем анализа трафика через Wireshark, после включения телевидения через VLC-медиаплеер. В настройках VLC указываем, к примеру, udp:@239.255.0.A:5500. Для передачи потока используется UDP протокол, далее идет мультикаст адрес, далее порт.
При разработке QOS учитывалось, что «красить» трафик желательно ближе к ядру сети. Его необходимо красить ближе к Randezvous Point. (Ну это для нашего случая)
На коммутаторах уровня доступа у нас применялись следующие настройки:
Глубокий анализ проблемы, применение средств диагностики и понимание работы протокола IGMP позволяет выработать эффективную и оптимальную конфигурацию мультикаст-трафика в вашей сети.
Multicast routing для IPTV
Один очень близкий мне человек, поклонник Хабра, захотел внести вклад в развитие блога Cisco. Являясь яростным поклонником того, что создает эта корпорация, он захотел поделиться опытом. =) Надеемся росчерк пера удался.
Относительно недавно мне посчастливилось познакомить и даже поконфигурять multicast routing для IPTV. Изначально, я с этой темой была совершенно не знакома, и это заставило меня вылакать горлышко от цистерны водки перекопать огромное количество документации, чтобы войти в курс дела.
И вот незадача. Обычно в документации выкладывают все и сразу и для человека, впервые столкнувшегося с этой темой, не понятно с чего начать. Во время чтения pdf’ок я ловила себя на мысли, что было бы неплохо наткнуться где-нибудь на статью, которая могла бы коротким путем провести от теории к практике, чтобы понять с чего стоит начать и где заострить внимание.
Мне не удалось обнаружить такую статью. Это побудило меня написать эту статейку для тех, кто также как и я столкнется с вопросом, что это за зверь IPTV и как с ним бороться.
Введение
Это моя самая первая статья (но не последняя! есть еще много зверей), постараюсь изложить все как можно доступнее.
Какой вид трафика использовать для IPTV?
| — | unicast | broadcast | multicast |
| Особенности применительно к IPTV | получаем дублирование трафика, для каждого абонента создается свой поток | клиентское оборудование вынуждено обрабатывать весь поток каналов, который может быть совсем не несколько килобит | абонент получает только тот поток, который запрашивает |
Очевидно, что для вещания каналов наибольшее предпочтение отдается multicast.
Любой TV-канал, который мы хотим вещать в сеть, характеризуется адресом группы, который выбирается из диапазона, зарезервированного для этих целей: 224.0.0.0 – 239.255.255.255.
Для работы IPTV необходим роутер, поддерживающий multicast (далее MR). Он будет отслеживать членство того или иного клиента в определенной группе, т.е. постоянно следить какому клиенту какой отправлять TV-канал.
Для того чтобы клиент смог зарегистрироваться в одной из этих групп и смотреть TV-канал используется протокол IGMP (Internet Group Management Protocol).
Немного о том, как работает IGMP.
Есть сервер, который включен в роутер MR. Этот сервер вещает несколько TV-мультиков, например:
| 224.12.0.1 | канал 1 | News |
| 224.12.0.2 | канал 2 | History |
| 224.12.0.3 | канал 3 | Animals |
Клиент включает канал News, тем самым, сам не подозревая, он отправляет запрос на MR для подключения к группе 224.12.0.1. С точки зрения протокола IGMP это запрос “JOIN 224.12.0.1”.
Если пользователь переключается на другой канал, то он сначала отправляет уведомление MR, что он отключает канал News или покидает эту группу. Для IGMP это “LEAVE 224.12.0.1”. А затем повторяет аналогичный запрос JOIN для нужного канала.
MR иногда спрашивает всех: “а какой группе кто подключен?”, чтобы отключать тех клиентов, с которыми оборвалась связь и они не успели отправить уведомление LEAVE. Для этого MR использует запрос QUERY.
Ответ абонента на этот запрос это MEMBERSHIP REPORT, который содержит список всех групп, в которых состоит клиент.
Настройка multicast routing.
Предположим, что клиенты одной группы смотрят один и тот же мультик, но находятся они в разных сегментах сети (network A и network B). Для того, чтобы они получили свой мультик и придуман multicast routing.
Пример настройки роутеров MR1 и MR2.
| Network A | 10.1.0.0/24 |
| Network B | 10.2.0.0/24 |
| Network C | 10.3.0.0/24 |
| MR1 | MR2 |
| MR1#sh run ip multicast-routing | MR2#sh run ip multicast-routing |
Команда «ip multicast-routing» включает соответствующий routing, если же он выключен, то роутер не пересылает multicast пакеты, т.е. они не дойдут до недоумевающего зрителя мультиков.
Остановимся чуть поподробнее на команде «ip pim sparse-mode«.
Про режимы протокола PIM и сам протокол.
PIM (Protocol Independent Multicast) — протокол маршрутизации multicast рассылки. Он заполняет свою таблицу multicast маршрутизации на основе обычной таблицы маршрутизации. Эти таблицы можно просмотреть с помощью команд “sh ip mroute” и “sh ip route” соответственно. Целью протокола PIM является построение дерева маршрутов для рассылки multicast сообщений.
У протокола PIM существует два основных режима: разряженный (sparse mode) и плотный (dense mode). Таблица multicast маршрутизации для них выглядит немного по-разному. Иногда эти режимы рассматривают как отдельные протоколы — PIM-SM и PIM-DM.
В нашей конфигурации на интерфейсах мы указали режим «ip pim sparse-mode«.
dense-mode Enable PIM dense-mode operation
sparse-dense-mode Enable PIM sparse-dense-mode operation
sparse-mode Enable PIM sparse-mode operation
………
В чем же разница?
PIM-DM использует механизм лавинной рассылки и отсечения (flood and prune). Другими словами. Роутер MR отправляет всем все multicast потоки, которые на нем зарегистрированы. Если клиенту не нужен какой-то из этих каналов, то он от него отказывается. Если все клиенты, висящие на роутере, отказались от канала, то роутер пересылает “спасибо, не надо” вышестоящему роутеру.
PIM-SM изначально не рассылает зарегистрированные на нем TV-каналы. Рассылка начнется только тогда, когда от клиента придет на нее запрос.
Т.е. в PIM-DM MR отправляет всем, а потом убирает ненужное, а в PIM-SM MR начинает вещание только по запросу.
Если члены группы разбросаны по множеству сегментов сети, что характерно для IPTV, PIM-DM будет использовать большую часть полосы пропускания. А это может привести к снижению производительности. В этом случае лучше использовать PIM-SM.
Между PIM-DM и PIM-SM существуют еще отличия.
PIM-DM строит дерево отдельно для каждого источника определенной multicast группы, т.е. multicast маршрут будет характеризоваться адресом источника и адресом группы. В multicast таблице маршрутизации будут записи вида (S,G), где S — source, G — group.
У PIM-SM есть некоторая особенность. Этому режиму необходима точка рандеву (RP — rendezvous point) на которой будут регистрироваться источники multicast потоков и создавать маршрут от источника S (себя) до группы G: (S,G).
Таким образом, трафик идет с источника до RP по маршруту (S,G), а далее до клиентов уже по общему для источников определенной группы дереву, которое характеризуется маршрутом (*,G) — «*» символизирует «любой источник». Т.е. источники зарегистрировались на RP, и далее клиенты уже получают поток с RP и для них не имеет значения, кто был первоначальным источником. Корнем этого общего дерева будет RP.
Точкой рандеву является один из multicast роутеров, но все остальные роутеры должны знать “кто здесь точка RP”, и иметь возможность до нее достучаться.
Пример статического определения RP (MR1). Объявим всем multicast роутерам, что точкой рандеву является 10.0.0.1 (MR1):
| ip pim rp-address 10.0.0.1 IPTV override | указываем адрес RP и access-list IPTV access-list определяет какие группы |
| ip access-list standard IPTV | регистрироваться на данной точке рандеву |
| permit 224.11.0.0 0.0.0.3 |
Все остальные роутеры должны знать маршрут до RP:
ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 10.10.10.1
Существуют так же и другие способы определения RP, это auto-RP и bootstarp router, но это уже тема для отдельной статьи (если кому-нибудь будет интересно – пожалуйста)?
Посмотрим, что будет происходить после настройки роутеров.
Мы по-прежнему рассматриваем схему с роутерами MR1 (RP) и MR2. Как только включаем линк между роутерами MR1 и MR2, то должны увидеть в логах сообщения
Для MR1:
%PIM-5-NBRCHG: neighbor 10.10.10.2 UP on interface Ethernet3
Для MR2:
%PIM-5-NBRCHG: neighbor 10.10.10.1 UP on interface Ethernet0
Это говорит о том, что роутеры установили отношение соседства по протоколу PIM друг с другом. Проверить это также можно с помощью команды:
MR1#sh ip pim neighbor
PIM Neighbor Table
Mode: B — Bidir Capable, DR — Designated Router, N — Default DR Priority, S — State Refresh Capable
| Neighbor Address | Interface | Uptime/Expires | Ver | DR Prio/Mode |
| 10.10.10.2 | Ethernet3 | 00:03:05/00:01:37 | v2 | 1 / DR S |
Не забываем про TTL.
В качестве тестового сервера мне было удобно использовать плеер VLC. Однако, как позже обнаружилось, даже если выставить через GUI достаточный TTL, он все равно (надеюсь только в использованной мной версией) упорно отправлял multicast пакеты с TTL=1. Запускать упрямого пришлось с опцией «vlc.exe –ttl 3» т.к. у нас на пути будет два роутера, каждый из которых уменьшает TTL пакета на единицу.
Как же все таки обнаружить проблему с TTL? Один из способов. Пусть сервер вещает канал 224.12.0.3 с TTL=2, тогда на роутере MR1 пакеты проходят нормально, а за роутером MR2 клиенты уже не смогут смотреть свой мультик.
Обнаруживается это с помощью команды «sh ip traffic» на MR2. Смотрим на поле “bad hop count” – это число пакетов, которые “умерли”, как им и отмеряно, по TTL=0.
MR2#sh ip traffic
IP statistics:
Rcvd: 36788 total, 433 local destination
0 format errors, 0 checksum errors, 2363 bad hop count
……………………………………
Если этот счетчик быстро увеличивается, значит — проблема в TTL.
Show ip mroute
После включения вещания трех каналов на сервере в таблице multicast маршрутизации наблюдаем следующее:
MR1# sh ip mroute
(*, 224.12.0.1), 00:03:51/stopped, RP 10.0.0.1, flags: SP
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null
(10.0.0.2, 224.12.0.1), 00:03:52/00:02:50, flags: PT
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null
(*, 224.12.0.2), 00:00:45/stopped, RP 10.0.0.1, flags: SP
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null
(10.0.0.2, 224.12.0.2), 00:00:45/00:02:50, flags: PT
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null
(*, 224.12.0.3), 00:00:09/stopped, RP 10.0.0.1, flags: SP
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null
(10.0.0.2, 224.12.0.3), 00:00:09/00:02:59, flags: PT
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null
Видим, что появились маршруты вида (S,G), например (10.0.0.2, 224.12.0.3), т.е. зарегистрировался источник 10.0.0.2, который вещает для группы 224.12.0.3. А так же маршруты с RP до клиента: (*,G), например (*, 224.12.0.3) – которые они будут использовать, так называемое общее для всех дерево.
Как только на интерфейс MR1 (RP) приходит запрос на получение канала 1, в multicast таблице маршрутизации происходят следующие изменения:
MR1#sh ip mroute
…………………
(*, 224.12.0.1), 00:33:16/00:02:54, RP 10.0.0.1, flags: S
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list:
Ethernet3, Forward/Sparse, 00:02:37/00:02:53
(10.0.0.2, 224.12.0.1), 00:33:17/00:03:25, flags: T
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list:
Ethernet3, Forward/Sparse, 00:02:37/00:02:53
Стало видно, что приходят запросы на эту группу с порта Ethernet3.
RPF проверка
Возможна ситуация, когда роутер получает multicast поток на двух интерфейсах. Кого из этих двух интерфейсов роутер будет считать источником?
Для этого он выполняет проверку RPF (Reverse Path Forwarding) — проверяет по обычной unicast таблице маршрутизации маршрут до источника и выбирает тот интерфейс, через который идет маршрут до этого источника. Эта проверка необходима для того чтобы избежать образования петель.
Отследить, как источник проходит проверку RPF можно с помощью команды:
MR2#sh ip rpf 10.0.0.2
RPF information for? (10.0.0.2)
RPF interface: Ethernet0
RPF neighbor:? (10.10.10.1)
RPF route/mask: 10.0.0.0/24
RPF type: unicast (static)
RPF recursion count: 0
Doing distance-preferred lookups across tables
Ну, вот и появилась та статейка, которую я бы с удовольствием нашла, на начальном этапе изучения multicast routing’а для IPTV. Я не волшебник, я только учусь… Потому, с радостью выслушаю все пожелания, замечания и советы. А так же, очень надеюсь, что для кого-то она окажется полезной. =)
UPD: Разрешите представить ее. Елена Сахно — lena_sakhno
Трафик IP Multicast: как он работает и приложения, которые его используют
Что такое многоадресный трафик?
Наконец, у нас есть IP Multicast-трафик, о чем мы и поговорим сейчас подробно. Многоадресный трафик специально связан с группой «клиентов», заинтересованных в получении этого сетевого трафика. Если он не входит в группу многоадресной рассылки, они не получат информацию, это идеально для того, чтобы не разрушать сети или не отправлять копии всех пакетов всем клиентам. Связь выполняется один раз от исходного IP-адреса одноадресной рассылки к выбранному IP-адресу многоадресной рассылки, независимо от того, сколько клиентов находится на этом адресе многоадресной рассылки, все в группе получат дейтаграммы.
IP-адресация для многоадресной рассылки
Остальная часть диапазона 224.0.0.0/8 была назначена различным приложениям на протяжении многих лет или только что была зарезервирована IANA. Диапазон 223.0.0.0/8 зарезервирован для использования с протоколом SSM. Диапазон 239.0.0.0/8 используется для управления, здесь операторы сети предоставляют услуги IPTV для телевидения через Интернет. Вы можете посетить документ RFC3171 где вы найдете все существующие и зарезервированные диапазоны адресации IP Multicast.
Для чего нужен многоадресный трафик?
Многоадресный трафик широко используется в услугах платного телевидения различных оптоволоконных операторов Испании, например, Movistar. Благодаря многоадресной IP-рассылке оператор может предлагать высококачественную потоковую передачу видео и аудио всем клиентам, которые его нанимают, декодер будет прослушивать IP-адрес специально от Multicast для получения всей информации, а маршрутизатор будет получать каналы, проконсультировавшись Это. через протокол RIPv2. Благодаря платформе Movistar TV все клиенты могут получать телесигнал в своих домах без каких-либо задержек, пикселизации или остановок, когда тысячи подключенных клиентов смотрят футбольный матч.
Как вы видели, многоадресный трафик используется, прежде всего, в услугах IPTV операторов, поэтому для того, чтобы все работало правильно, важно, чтобы и маршрутизатор, и коммутаторы (если они есть) правильно управляли этим многоадресным трафиком. Наиболее важным протоколом для правильного управления многоадресным трафиком является так называемое IGMP Snooping для сетей IPv4 и протокол MLD для сетей IPv6, эти протоколы отвечают только за отправку трафика на компьютеры, которые фактически «слушают» его. трафик, а не на все компьютеры в сети, чтобы избежать его коллапса или замедления.
Сети для самых маленьких. Часть 9.1. Мультикаст. Общее понимание Multicast
Наш умозрительный провайдер linkmeup взрослеет и обрастает по-тихоньку всеми услугами обычных операторов связи. Теперь мы доросли до IPTV.
Отсюда вытекает необходимость настройки мультикастовой маршрутизации и в первую очередь понимание того, что вообще такое мультикаст.
Это первое отклонение от привычных нам принципов работы IP-сетей. Всё-таки парадигма многоадресной рассылки в корне отличается от тёплого лампового юникаста.
Можно даже сказать, это в некоторой степени бросает вызов гибкости вашего разума в понимании новых подходов.
В этой серии статей сосредоточимся на следующем:
Содержание серии статей про мультикаст
На заре моего становления, как инженера, тема мультикаста меня неимоверно пугала, и я связываю это с психотравмой моего первого опыта с ним.
«Так, Марат, срочно, до полудня нужно пробросить видеопоток до нашего нового здания в центре города — провайдер отдаст его нам тут на втором этаже» — услышал я одним чудесным утром. Всё, что я тогда знал о мультикасте, так это то, что отправитель один, получателей много, ну и, кажется, протокол IGMP там как-то задействован.
В итоге до полудня мы пытались всё это дело запустить — я пробросил самый обычный VLAN от точки входа до точки выхода. Но сигнал был нестабильным — картинка замерзала, разваливалась, прерывалась. Я в панике пытался разобраться, что вообще можно сделать с IGMP, тыркался, тыркался, включал мультикаст роутинг, IGMP Snooping, проверял по тысяче раз задержки и потери — ничего не помогало. А потом вдруг всё заработало. Само собой, стабильно, безотказно.
Это послужило мне прививкой против мультикаста, и долгое время я не проявлял к нему никакого интереса.
Уже гораздо позже я пришёл в к следующему правилу:
И теперь с высоты оттраблшученных кейсов я понимаю, что там не могло быть никаких проблем с настройкой сетевой части — глючило конечное оборудование.
Сохраняйте спокойствие и доверьтесь мне. После этой статьи такие вещи вас пугать не будут.
Общее понимание Multicast
Как известно, существуют следующие типы трафика:
Unicast Одноадресная рассылка — один отправитель, один получатель. (пример: запрос HTTP-странички у WEB-сервера). Broadcast Широковещательная рассылка — один отправитель, получатели — все устройства в широковещательном сегменте. (пример: ARP-запрос). Multicast Многоадресная рассылка — один отправитель, много получателей. (пример: IPTV). Anycast Одноадресная рассылка ближайшему узлу — один отправитель, вообще получателей много, но фактически данные отправляются только одному. (пример: Anycast DNS).
Раз уж мы решили поговорить о мультикасте, то, пожалуй, начнём этот параграф с вопроса, где и как он используется.
Первое, что приходит на ум, — это телевидение (IPTV) — один сервер-источник отправляет трафик, который хочет получать сразу много клиентов. Это и определяет сам термин — multicast — многоадресное вещание. То есть, если уже известный вам Broadcast означает вещание всем, мультикаст означает вещание определённой группе.
Второе применение — это, например, репликация операционной системы на множество компьютеров разом. Это подразумевает загрузку больших объёмов данных с одного сервера.
Возможные сценарии: аудио и видеоконференции (один говорит — все слушают), электронная коммерция, аукционы, биржи. Но это в теории, а на практике редко тут всё-таки используется мультикаст.
Ещё одно применение — это служебные сообщения протоколов. Например, OSPF в своём широковещательном домене рассылает свои сообщения на адреса 224.0.0.5 и 224.0.0.6. И обрабатывать их будут только те узлы, на которых запущен OSPF.
Сформулируем два основных принципа мультикастовой рассылки:
В данной статье для практики мы возьмём IPTV, как наиболее наглядный пример.
Пример 1
Начнём с самого простого случая:
На сервере-источнике настроено вещание в группу 224.2.2.4 — это означает, что сервер отправляет трафик на IP-адрес 224.2.2.4. На клиенте видеоплеер настроен принимать поток группы 224.2.2.4.
При этом, заметьте, клиент и сервер не обязательно должны иметь адреса из одной подсети и пинговать друг друга — достаточно, чтобы они были в одном широковещательном домене. Мультикастовый поток просто льётся с сервера, а клиент его просто принимает. Вы можете попробовать это прямо у себя на рабочем месте, соединив патчкордом два компьютера и запустив, например, VLC.
Надо заметить, что в мультикасте нет никакой сигнализации от источника, мол, «Здрасьте, я Источник, не надо немного мультикаста?». Сервер-источник просто начинает вещать в свой интерфейс мультикастовые пакеты. В нашем примере они напрямую попадают клиенту и тот, собственно, сразу же их и принимает.
Если на этом линке отловить пакеты, то вы увидите, что мультикастовый трафик — это ни что иное, как море UDP-пакетов.
Содержимое мультикастового трафика
Мультикаст не привязан к какому-то конкретному протоколу. По сути, всё, что его определяет — адреса. Однако, если говорить о его применении, то в абсолютном большинстве случаев используется именно UDP. Это легко объясняется тем, что обычно с помощью многоадресной рассылки передаются данные, которые нужны здесь и сейчас. Например, видео. Если кусочек кадра потеряется, и отправитель будет пытаться его послать повторно, как это происходит в TCP, то, скорее всего, этот кусочек опоздает, и где его тогда показывать? Поезд ушёл. Ровно то же самое со звуком.
Соответственно не нужно и устанавливать соединение, поэтому TCP здесь ни к чему.
Чем же так разительно отличается мультикаст от юникаста? Думаю, у вас есть уже предположение. И вы, наверняка, правы.
В обычной ситуации у нас 1 получатель и 1 отправитель — у каждого из них один уникальный IP-адрес. Отправитель точно знает, куда надо слать пакет и ставит этот адрес в заголовок IP. Каждый промежуточный узел благодаря своей таблице маршрутизации точно знает, куда переслать пакет. Юникастовый трафик между двумя узлами беспрепятственно проходит сквозь сеть. Но проблема в том, что в обычном пакете указывается только один IP-адрес получателя.
Что делать, если у одного и того же трафика несколько получателей? В принципе можно расширить одноадресный подход и на такую ситуацию — отправлять каждому клиенту свой экземпляр пакета. Клиенты не заметят разницы — хоть он один, хоть их тысяча, но разница будет отчётливо различима на ваших каналах передачи данных.
Зависимость нагрузки на сеть от количества пользователей при передаче юникаст и мультикаст трафика
Предположим у нас идёт передача одного SD-канала с мультикаст-сервера. Пусть, он использует 2 Мб/с. Всего таких каналов 30, а смотрит каждый канал по 20 человек одновременно. Итого получается 2 Мб/с * 30 каналов * 20 человек = 1200 Мб/с или 1,2 Гб/с только на телевидение в случае одноадресной рассылки. А есть ведь ещё HD каналы, где можно смело умножать эту цифру на 2. И где тут место для торрентов?
Вот почему в IPv4 был заложен блок адресов класса D: 224.0.0.0/4 (224.0.0.0-239.255.255.255). Адреса этого диапазона определяют мультикастовую группу. Один адрес — это одна группа, обычно она обозначается буквой «G».
То есть, говоря, что клиент подключен к группе 224.2.2.4, мы имеем ввиду, что он получает мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4.
Пример 2
Добавим в схему коммутатор и ещё несколько клиентов:
Мультикастовый сервер по-прежнему вещает для группы 224.2.2.4. На коммутаторе все 4 порта должны быть в одном VLAN. Трафик приходит на коммутатор и по умолчанию рассылается во все порты одного VLAN’а. Значит все клиенты получают этот трафик. На них на всех в видеопроигрывателе так же указан групповой адрес 224.2.2.4.
Собственно, все эти устройства становятся членами данной мультикастовой группы. Членство в ней динамическое: кто угодно, в любой момент может войти и выйти из неё.
В данной ситуаци трафик будут получать даже те, кто этого в общем-то и не хотел, то есть на нём не запущен ни плеер, ни что бы то ни было другое. Но только, если он в том же VLAN’е. Позже мы разберёмся, как с этим бороться.
Обратите внимание, что в данном случае от сервера-источника приходит только одна копия трафика на коммутатор, а не по отдельной копии на каждого клиента. И в нашем примере с SD каналами загрузка порта между источником и коммутатором будет не 1,2 Гб/с, а всего 60 Мб/с (2Мб/с * 30 каналов).
Собственно говоря, весь этот огромный диапазон (224.0.0.0-239.255.255.255) можно использовать. Ну, почти весь — первые адреса (диапазон 224.0.0.0/23) всё-таки зарезервированы под известные протоколы.
| Адрес | Значение |
|---|---|
| 224.0.0.0 | Не используется |
| 224.0.0.1 | Все узлы данного сегмента |
| 224.0.0.2 | Все мультикастовые узлы данного сегмента |
| 224.0.0.4 | Данный адрес выделялся для покойного протокола DVMRP |
| 224.0.0.5 | Все OSPF-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.6 | Все DR маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.9 | Все RIPv2-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.10 | Все EIGRP-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.13 | Все PIM-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.18 | Все VRRP-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.19-21 | Все IS-IS-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.22 | Все IGMP-маршрутизаторы сегмента (v2 и v3) |
| 224.0.0.102 | Все HSRPv2/GLBP-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.107 | PTPv2 — Precision Time Protocol |
| 224.0.0.251 | mDNS |
| 224.0.0.252 | LLMNR |
| 224.0.0.253 | Teredo |
| 224.0.1.1 | NTP |
| 224.0.1.39 | Cisco Auto-RP-Announce |
| 224.0.1.40 | Cisco Auto-RP-Discovery |
| 224.0.1.41 | H.323 Gatekeeper |
| 224.0.1.129-132 | PTPv1/PTPv2 |
| 239.255.255.250 | SSDP |
Диапазон 224.0.0.0/24 зарезервирован под link-local коммуникации. Мультикастовые пакеты с такими адресами назначения не могут выходить за пределы одного широковещательного сегмента.
Диапазон 224.0.1.0/24 зарезервирован под протоколы, которым необходимо передавать мультикаст по всей сети, то есть проходить через маршрутизаторы.
Вот, собственно, самые базисные вещи касательно мультикаста.
Мы рассмотрели простую ситуацию, когда источник и получатель находятся в одном сегменте сети. Трафик, полученный коммутатором, просто рассылается им во все порты — никакой магии.
Но пока совсем непонятно, как трафик от сервера достигает клиентов, когда между ними огромная провайдерская сеть линкмиап? Да и откуда, собственно, будет известно, кто клиент? Мы же не можем вручную прописать маршруты, просто потому что не знаем, где могут оказаться клиенты. Не ответят на этот вопрос и обычные протоколы маршрутизации. Так мы приходим к пониманию, что доставка мультикаст — это нечто совершенно новое для нас.
Вообще, чтобы доставить мультикаст от источника до получателя на данный момент существует много протоколов — IGMP/MLD, PIM, MSDP, MBGP, MOSPF, DVMRP.
Мы остановимся на двух из них, которые используются в настоящее время: PIM и IGMP.
С помощью IGMP конечные получатели-клиенты сообщают ближайшим маршрутизаторам о том, что хотят получать трафик. А PIM строит путь движения мультикастового трафика от источника до получателей через маршрутизаторы.
Использование протоколов PIM и IGMP на участках сети