Was ist Multicast-IP-Routing?
Beim Multicast-Routing wird dieselbe Nachricht an viele Endpunkte gesendet. Möglicherweise müssen Sie Multicast-Routing implementieren, wenn in Ihrem Unternehmen eine Videokonferenzeinrichtung in Betrieb ist oder wenn Sie über Audio-Chat-Einrichtungen verfügen, die Gespräche zwischen Gruppen beinhalten. Alle Router sind in der Lage, Multicast-Routing zu verwalten, und die Einrichtung dieser Funktion ist relativ einfach.
DerMulticastDie Methode sendet nicht eine Nachricht an alle Adressen in einem Netzwerksegment – das heißtRundfunk. Ein weiterer Begriff, den Sie kennen müssen, ist „Unicast.“ Dies bedeutet, dass ein Paket an eine Adresse weitergeleitet wird. Unicast ist das Standard-Transportkonzept, bei dem ein Paket über Router von einer Quelle zu einem Ziel gesendet wird. Bei Multicast muss das Paket repliziert und von einer Quelle an viele Ziele gesendet werden.
Reverse-Path-Weiterleitung
Sie wissen wahrscheinlich, dass alle Netzwerkübertragungen Regelsätzen folgen, die als bekannt sindProtokolle. Das Hauptziel eines Routing-Algorithmus besteht darin, Pakete über Router an die Zieladresse weiterzuleiten, die in den Paket-Header geschrieben wird. Multicast-Verfahren sind etwas anders. In den Header des Pakets wird auch die Quelladresse geschrieben, und beim Weiterleiten eines Multicast-Pakets verwenden Router eine dafür vorgesehene MethodeNehmen Sie das Paket von der Quelle weg. Dies ist ein schwer vorstellbares Konzept, da man annehmen würde, dass die einzige Möglichkeit für ein Paket, sich über ein Netzwerk zu bewegen, darin besteht, zu einem bestimmten Ziel zu gelangen.
Die für das Multicast-IP-Routing verwendete Methode heißt „Reverse-Path-Weiterleitung.“ Die Referenztabelle für einen Router sagt ihm, auf welche seiner Schnittstellen er ein Paket kopieren soll, um ein Paket an die IP-Adresse weiterzuleiten, die im Zielfeld im Paketheader enthalten ist. Bei der Reverse-Path-Weiterleitung ist die Router-Tabelle etwas anders. Jeder Datensatz zeigt eine Upstream-Schnittstelle und eine Downstream-Schnittstelle. Die Upstream-Schnittstelle ist der Empfangspunkt für Paketevom Multicast-Absender ankommen.Die Downstream-Schnittstelle ist der Austrittspunktfür jedes Paket, das an der angegebenen Upstream-Schnittstelle ankommt.
In einer Reverse-Path-Forwarding-Routing-Tabelle gibt es viele Datensätze für dieselbe Quelle. Auf diese Weise wird das Paket mehrmals verschickt. Wenn der Router ein Paket auf der Upstream-Schnittstelle empfängt, durchsucht er seine Routing-Tabelle und findet alle Routing-Datensätze, die eine Zuordnung dazu enthalten, wohin Pakete von dieser Quelle weitergeleitet werden sollen.Diese Pfade sind nach Schnittstelle gruppiert, sodass die resultierenden Datensätze anstelle der Quell- und Zieladresse eine Liste eindeutiger eingehender und ausgehender Schnittstellenpaare enthalten. In allen Paaren ist die eingehende Schnittstelle dieselbe.
Der Router liest den ersten Eintrag für diese Upstream-Schnittstelle und sendet das Paket an die entsprechende Downstream-Schnittstelle in diesem Datensatz. Die Arbeit ist jedoch noch nicht abgeschlossen, da mehrere Datensätze für diese Upstream-Schnittstelle gesammelt wurden. Es liest also den nächsten durch die Tabellensuche gesammelten Datensatz und sendet das Paket an die Downstream-Schnittstelle in diesem Tabelleneintrag. Der Router läuft weiter, bis ihm die Datensätze ausgehen, die mit der Upstream-Schnittstelle übereinstimmen, auf der das Paket angekommen ist. Daher,Ein Paket kam am Router an und wurde mehrmals gesendet.
Zusammenbau des Routingtisches
Ziele für ein Multicast-Paket werden auf Anfrage in die Routing-Tabelle eingetragen. Das heißt, die Endpunkte, die den Empfang von Paketen von der Multicast-Quelle erwarten, benachrichtigen den Router über ihr Interesse.Es ist wie ein Abonnementdienst. Anstatt also die Quelle eines Multicasts dem Router mitzuteilen: „Von nun an sollte jedes Paket, das ich aussende, an A, B, C und D gehen“, sendet jeder dieser Empfänger eine Nachricht an den Router mit der Aufschrift „Ich möchte ein.“ Kopie von allem, was Sie von Z erhalten. Daher kommt der Name „Reverse Path Forwarding“ –Die Route ist nicht als Push-Out zu einem Ziel organisiert, sondern wird als Pull-In von einer Quelle generiert.
Multicast-IP-Routing-Protokolle
Wie Sie der Beschreibung der Funktionsweise von Multicast-Routing entnehmen können,Die Erstellung eines Multicast-Pfads besteht aus zwei Phasen. Der erste ist der Abonnementprozess, bei dem Empfänger ihre Netzwerk-IP-Adressen in der Gruppe registrieren. Dieses Verfahren ist im beschriebenInternet-Gruppenverwaltungsprotokoll(IGMP), das für IPv4-Adressen funktioniert. Der Abonnementprozess für IPv6-Adressen wird durch die vorgegebenMulticast-Listener-ErkennungProtokoll (MILLIARDE). Zusammenfassend werden die Registrierungsprotokolle für die Multicast-Weiterleitung als „Multicast-Gruppenmitgliedschaftserkennungsprotokolle“ bezeichnet.
Forscher sind ständig auf der Suche nach besseren Möglichkeiten zur Kommunikationsverwaltung und daher werden für jede Netzwerkaufgabe immer neue Protokolle entwickelt. Es gibt noch andere Protokolle zur Erkennung von Multicast-Gruppenmitgliedschaften, aber IGMP und MLD sind die beiden, die heute am häufigsten verwendet werden. Ebenso werden viele theoretische Protokolle für die zweite Phase des Multicast-Routings in Betracht gezogen, bei der es sich um die eigentliche Übertragung von Nachrichten handelt. Allerdings heißt das System, das auf nahezu allen heute in Betrieb befindlichen Routern implementiert istProtokollunabhängiger Multicast(PIM).
Paketduplizierung
Pakete werden nur dann dupliziert, wenn sich die Routen zu den Empfängern teilen.Aus diesem Grund liest der Router den Schnittstellennamen aus seiner Routing-Tabelle und nicht die Zieladressen. Wenn sich also mehrere Empfänger hinter dem nächsten Router befinden, sendet der Weiterleitungsrouter nur eine Kopie an diesen Zwischenrouter. Alle Router im Pfad verfügen über Routing-Tabelleneinträge für diese Multicast-Route.
Die Verwendung von Schnittstellen anstelle von Adressen bei der Weiterleitung von Multicast-Paketen führt dazu, dass diese Pakete nur dann dupliziert werden, wenn sich die Pfade für mehrere Empfänger teilen. Wenn sich also fünf Empfänger außerhalb eines benachbarten Routers befinden, sendet der Weiterleitungsrouter nur eine Kopie an diesen Nachbarn. Diese einfache Regel reduziert den Verkehr auf ein Minimum. Das nennt man 'Multicast-Routing im Sparse-Modus.“
Multicast-Routing im dichten Modus
Das Multicast-Routing im Sparse-Modus ist sehr effizient und reduziert den Netzwerkverkehr auf ein Minimum. Es gibt jedoch eine zweite Weiterleitungsmethode, die Sie kennen sollten. Das nennt man 'Multicast-Routing im dichten Modus.“ Der Dense-Modus vereinfacht zunächst den Verweis auf Routing-Tabellen. Allerdings entwickelt sich die Methodik bald zu praktisch demselben System wie der Sparse-Modus, soweit es Router betrifft.
Im dichten Modus kopiert der empfangende Router alle Multicast-Pakete, die er empfängtjede Schnittstelledass es eine andere Schnittstelle als die Schnittstelle hat, auf der es das Paket empfangen hat. Daher,Jeder Router, mit dem dieser Knoten verbunden ist, empfängt diese Multicast-Pakete. Die Abonnementbenachrichtigung wird auf dem Router gespeichert, der einem Empfänger am nächsten liegt. Wenn in einem Netzwerk mehrere Zwischenrouter vorhanden sind, duplizieren alle das Multicast-Paket und senden es an alle benachbarten Router weiter.Wenn in Ihrem Netzwerk Pfadredundanz vorhanden ist, kann diese Methode dazu führen, dass viel überflüssiger Datenverkehr zwischen den Routern zurückzirkuliert.
Ein zweiter Mechanismus in der Dense-Mode-Methodik reduziert den gesamten überflüssigen Datenverkehr. Wenn ein Router, der eine Verbindung zu Endpunkten herstellt, keine Empfänger für eine Multicast-Adresse in seiner Routing-Tabelle hat, benachrichtigt er seine benachbarten Router, ihm keine Pakete für diese Multicast-Adresse zu senden. Wenn also der erste Router im Pfad das nächste Mal ein Paket vom Multicast-Absender erhält, leitet er dieses Paket an alle seine Schnittstellen weiter, mit Ausnahme derjenigen, die ihm dies nicht mitgeteilt haben. Letztendlich reduziert diese Opt-out-Methode den Datenverkehr auf mehr oder weniger das gleiche Maß wie bei der Sparse-Modus-Methode. Der dichte Modus wird auch als „Überschwemmung.“ Das von Routern gesendete Opt-out-Signal wird als „Prune-Nachricht,' oder 'Beschneidung.“
Die folgenden Protokolle verwenden den dichten Modus:
- Distanzvektor-Multicast-Routing-Protokoll (DVMRP)
- Multicast Open Shortest Path First (MOSPF)
- PIM-Dense-Modus
Obwohl das Dense-Mode-Szenario die Routing-Tabelle bald füllen wird, ist es anfällig für Rückkopplungsschleifen und kann bei der ersten Implementierung Probleme in einem Netzwerk verursachen, daher ist es sicherer, diese Option zu vermeiden.
Multicast-IP-Adressen
Das TCP/IP-Netzwerkverwaltungssystem weist jedem mit dem Netzwerk verbundenen Knoten eine eindeutige Adresse zu. Diese Adresse muss also innerhalb des Adressraums eindeutig seinDie Adressen in einem LAN müssen nur innerhalb dieses privaten Netzwerks eindeutig seinund nicht auf der ganzen Welt.
Der Adressraum umfasst einen Bereich von Adressen, die für das Multicast-Routing reserviert sind. Tatsächlich erzeugen Multicast-IP-Adressen Phantomgeräte. Es gibt eine Adresse, an die andere Geräte Nachrichten senden können, aber diese Adresse stellt kein physisches Gerät dar. Stattdessen stellt es die Multicast-Gruppe dar.
Um eine Multicast-Gruppe einzurichten, müssen Sie zunächst Folgendes tunWeisen Sie eine eindeutige IP-Adresse zudafür. Sobald diese Adresse die Gruppe identifiziert, können diese interessierten Empfänger den Router über ihre Aufnahme in die Gruppe informieren.
Wenn ein Knoten eine Mitteilung sendet, die an alle Mitglieder der Gruppe verteilt werden soll, werden die Pakete dieser Nachrichten an die IP-Adresse adressiert, die diese Gruppe repräsentiert. Der Router verweist auf die Mitglieder dieser Gruppe und sendet eine Kopie des eingehenden Pakets an die Downstream-Schnittstellen, die Gruppenmitglieder darstellen.
Wenn Sie der klassischen IP-Adressierung folgen, sollten Sie wissen, dass es sich um Multicast-Adressen handeltKlasse D. Sie belegen einen Adressbereich von 222.0.0.0 bis 239.255.255.255. Dieser Block ist weiter in Aufgabenbereiche unterteilt, wobei die Adressen 222.0.0.0 bis 224.0.0.225 für das lokale Subnetz reserviert sind. Alle IPv6-Multicast-Adressen haben das Präfix „ff.“
Implementierung von Multicast-IP-Routing
Glücklicherweise gibt es fast keine Umstände, unter denen Sie Raw-Multicast-Routing direkt einrichten müssen.Die gesamte Multicast-Kommunikation wird von Apps verwaltet, beispielsweise ein Videokonferenzsystem. Daher sind kaum manuelle Eingriffe erforderlich, um Multicast-Routing in Ihrem Netzwerk zu implementieren.
Der Großteil der Arbeit zur Durchführung des Multicast-Routings erfolgt auf dem Router.Alle Netzwerkrouter verfügen über diese Funktion. Sowohl die App als auch der Router kommunizieren über IGMP. Ihr Router wird möglicherweise mit deaktivierten Multicast-Routing-Funktionen geliefert. Allerdings überprüft jede Anwendung, die diese Funktion erfordert, den Router zum Zeitpunkt der Installation für Sie.
Als Endbenutzeranwendung bietet eine Multicast-Einrichtung dem Benutzer selten die Möglichkeit, die IP-Adresse auszuwählen, die er für eine Gruppe verwenden soll. Der Administrator, der eine Gruppe einrichtet, muss dies tunGeben Sie der Gruppe einen aussagekräftigen Namen, und die Anwendung ordnet diesen Namen der nächsten verfügbaren Multicast-IP-Adresse zu.
Wenn Sie DHCP für die IP-Adresszuweisung in Ihrem Netzwerk nutzen, müssen Sie sich keine Sorgen über Multicast-Adresskonflikte machen. DHCP-Server weisen realen Geräten keine Adressen innerhalb der Multicast-IP-Adresse zu.
Multicast-Netzwerkaktivität
Auch wenn Sie darauf achten, es zu verwendenSparse-ModusBei Ihrer Multicast-Implementierung sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass interaktive Multicast-Aktivitäten viel Netzwerkverkehr verursachen. Dies gilt insbesondere für audio- und videobasierte Konferenzanwendungen.
Diese Systeme erhöhen nicht nur die Verkehrsbelastung, sie sind auch zeitkritisch.Bei interaktiven Live-Anwendungen muss der Datenverkehr sofort bereitgestellt werden. Sie können nicht darauf warten, dass die Netzwerkgeräte, durch die der Datenverkehr läuft, gepuffert werden.
Multicast-Routing im Internet
Multicast-Routing ist nicht auf private Netzwerke beschränkt. Sie können diese Methode auch verwenden, um über die Methodik entfernte Standorte zu erreichen und Kunden zu betreuen. Derzeit gibt es eine Reihe von Geschäftsfällen, in denen Multicast-Routing zum Einsatz kommt. Diese beinhaltenIPTVUndOnline-Schulungen. In diesen Fällen ist es jedoch ratsam, dass Ihr Unternehmen eine Cloud-basierte Multicast-Plattform abonniert, anstatt zu versuchen, den gesamten über das Internet abgeschlossenen Datenverkehr von Ihrem eigenen Netzwerk aus zu verwalten.
Überlegungen zum Multicast-Routing
Es ist besonders wichtig, die Kapazität Ihres Netzwerks zu überprüfen, bevor Sie eine Multicast-Anwendung implementieren. Wenn Sie es sich nicht leisten können, Ihre Netzwerkkapazität zu erweitern, sollten Sie die Implementierung in Betracht ziehen Verkehrsgestaltungsmaßnahmen , wie etwa klassenbasierte Dienstgüte (QoS). Für die Messung der Bandbreitennutzung und die Analyse neuer Nutzungsszenarien sind unterstützende Tools erforderlich. Sie sollten also über den Kauf eines nachdenken Netzwerkverkehrsanalysator . Sie müssen auch den Zustand Ihrer Netzwerkgeräte im Auge behalten, um potenzielle Fehlerquellen im Netzwerk zu vermeiden – denken Sie also über die Installation nach ein Netzwerkmonitor sowie.
Nutzen Sie Multicast-Routing in Ihrem Netzwerk? Mussten Sie etwas tun, um es einzurichten, oder hat die von Ihnen installierte Konferenzsoftware alles für Sie eingerichtet? Hinterlassen Sie eine Nachricht im Kommentarbereich unten und teilen Sie Ihre Erfahrungen mit der Community.
