La multidifusión IP es un método para enviar datagramas de Protocolo de Internet (IP) a un grupo de receptores interesados en una sola transmisión. Es la forma de multidifusión específica de IP y se utiliza para transmisión de medios y otras aplicaciones de red. Utiliza bloques de direcciones de multidifusión especialmente reservados en IPv4 e IPv6 .
Los protocolos asociados con la multidifusión IP incluyen el protocolo de administración de grupos de Internet , la multidifusión independiente del protocolo y el registro de VLAN de multidifusión . La vigilancia IGMP se utiliza para gestionar el tráfico de multidifusión IP en redes de capa 2 .
La multidifusión IP se describe en RFC 1112. La multidifusión IP se estandarizó por primera vez en 1986. [1] Sus especificaciones se han aumentado en RFC 4604 para incluir la gestión de grupos y en RFC 5771 para incluir direcciones de ámbito administrativo.
La multidifusión IP es una técnica para la comunicación en tiempo real de uno a muchos y de muchos a muchos a través de una infraestructura IP en una red. Se adapta a una población de receptores más grande al no requerir conocimiento previo de la identidad de un receptor ni conocimiento previo del número de receptores. La multidifusión utiliza la infraestructura de red de manera eficiente al requerir que la fuente envíe un paquete solo una vez, incluso si debe entregarse a una gran cantidad de receptores. Los nodos de la red (normalmente conmutadores y enrutadores de red ) se encargan de replicar el paquete para llegar a múltiples receptores, de modo que los mensajes se envíen a través de cada enlace de la red solo una vez.
El protocolo de capa de transporte más común para utilizar direccionamiento de multidifusión es el Protocolo de datagramas de usuario (UDP). Por su naturaleza, UDP no es confiable: los mensajes pueden perderse o entregarse fuera de servicio. Se han desarrollado protocolos de multidifusión confiables , como Pragmatic General Multicast (PGM), para agregar detección de pérdidas y retransmisión además de la multidifusión IP.
Los conceptos clave en multidifusión IP incluyen una dirección de grupo de multidifusión IP, [2] un árbol de distribución de multidifusión y la creación de un árbol impulsado por el receptor. [3]
Las fuentes y los receptores utilizan una dirección de grupo de multidifusión IP para enviar y recibir mensajes de multidifusión. Las fuentes utilizan la dirección del grupo como dirección IP de destino en sus paquetes de datos. Los receptores utilizan esta dirección de grupo para informar a la red que están interesados en recibir paquetes enviados a ese grupo. Por ejemplo, si algún contenido está asociado con el grupo 239.1.1.1 , la fuente enviará paquetes de datos destinados a 239.1.1.1 . Los receptores de ese contenido informarán a la red que están interesados en recibir paquetes de datos enviados al grupo 239.1.1.1 . El receptor se une a 239.1.1.1 . El protocolo que suelen utilizar los receptores para unirse a un grupo se denomina Protocolo de gestión de grupos de Internet (IGMP). [4]
Con protocolos de enrutamiento basados en árboles compartidos, una vez que los receptores se unen a un grupo de multidifusión IP particular, se construye un árbol de distribución de multidifusión para ese grupo. El protocolo más utilizado para esto es Protocol Independent Multicast (PIM). Configura árboles de distribución de multidifusión de modo que los paquetes de datos de los remitentes a un grupo de multidifusión lleguen a todos los receptores que se han unido al grupo. Existen variaciones de implementaciones de PIM: modo disperso (SM), modo denso (DM), multidifusión específica de fuente (SSM) y modo bidireccional (Bidir o modo disperso-denso, SDM). De ellos, PIM-SM es el más utilizado en 2006 [actualizar]; [ cita necesaria ] SSM y Bidir son variaciones más simples y escalables desarrolladas más recientemente y están ganando popularidad. [ cita necesaria ]
La operación de multidifusión IP no requiere que una fuente activa conozca los receptores del grupo. La construcción del árbol de multidifusión está impulsada por el receptor y la inician los nodos de red que están cerca de los receptores. La multidifusión IP se adapta a una gran población de receptores. El modelo de multidifusión IP ha sido descrito por el arquitecto de Internet Dave Clark como: "Pones paquetes en un extremo y la red conspira para entregárselos a cualquiera que los solicite". [5]
La multidifusión IP crea información de estado por árbol de distribución de multidifusión en la red. Si un enrutador forma parte de 1000 árboles de multidifusión, tiene 1000 entradas de enrutamiento y reenvío de multidifusión. Por otro lado, un enrutador de multidifusión no necesita saber cómo llegar a todos los demás árboles de multidifusión en Internet. Sólo necesita conocer los árboles de multidifusión para los que tiene receptores posteriores. Esto es clave para escalar los servicios con direcciones de multidifusión. Por el contrario, un enrutador de unidifusión necesita saber cómo llegar a todas las demás direcciones de unidifusión en Internet, incluso si lo hace utilizando sólo una ruta predeterminada. Por este motivo, la agregación es clave para ampliar el enrutamiento de unidifusión. Además, hay enrutadores centrales que transportan rutas por cientos de miles porque contienen la tabla de enrutamiento de Internet.
Cada host que quiera ser miembro receptor de un grupo de multidifusión (es decir, recibir datos correspondientes a una dirección de multidifusión particular) debe utilizar IGMP para unirse. Los enrutadores adyacentes también utilizan este protocolo para comunicarse.
En el enrutamiento de unidifusión, cada enrutador examina la dirección de destino de un paquete entrante y busca el destino en una tabla para determinar qué interfaz usar para que ese paquete se acerque a su destino. La dirección de origen es irrelevante para el enrutador. Sin embargo, en el enrutamiento de multidifusión, la dirección de origen (que es una dirección de unidifusión simple) se utiliza para determinar la dirección del flujo de datos. La fuente del tráfico de multidifusión se considera ascendente. El enrutador determina qué interfaces descendentes son destinos para este grupo de multidifusión (la dirección de destino) y envía el paquete a través de las interfaces apropiadas. El término reenvío de ruta inversa se utiliza para describir este concepto de enrutar paquetes lejos del origen, en lugar de dirigirlos hacia el destino.
Pueden ocurrir varios errores si los paquetes destinados a unidifusión se envían accidentalmente a una dirección de multidifusión; en particular, el envío de paquetes ICMP a una dirección de multidifusión se ha utilizado en el contexto de ataques DoS como una forma de lograr la amplificación de paquetes.
En la red local, la entrega de multidifusión está controlada por IGMP (en la red IPv4 ) y MLD (en la red IPv6 ); dentro de un dominio de enrutamiento , se utilizan PIM o MOSPF ; entre dominios de enrutamiento, se utilizan protocolos de enrutamiento de multidifusión entre dominios, como MBGP .
Los siguientes son algunos protocolos de enrutamiento y entrega comunes utilizados para la distribución de multidifusión:
Los paquetes de unidifusión se entregan a un destinatario específico en una subred Ethernet o IEEE 802.3 configurando una dirección MAC de capa 2 específica en la dirección del paquete Ethernet. Los paquetes de difusión utilizan la dirección MAC de difusión FF:FF:FF:FF:FF:FF .
Los paquetes de multidifusión IPv4 se entregan utilizando el rango de direcciones MAC de Ethernet de 01:00:5E:00:00:00 a 01:00:5E:7F:FF:FF (con una OUI propiedad de la IANA ). Este rango tiene 23 bits de espacio de direcciones disponible. El primer octeto (01) incluye el bit de difusión/multidifusión. Los 23 bits inferiores de la dirección IP de multidifusión de 28 bits se asignan a los 23 bits del espacio de direcciones Ethernet disponible. Esto significa que existe ambigüedad en la entrega de paquetes. Si dos hosts en la misma subred se suscriben a un grupo de multidifusión diferente cuya dirección difiere solo en los primeros 5 bits, los paquetes Ethernet para ambos grupos de multidifusión se entregarán a ambos hosts, lo que requerirá que el software de red de los hosts descarte los paquetes no necesarios. [6]
Para direcciones de multidifusión IPv6 , la MAC de Ethernet se deriva de los cuatro octetos de orden inferior combinados con la MAC 33:33:00:00:00:00 , por lo que, por ejemplo, la dirección IPv6 ff02:dead:beef::1: 3 se asignaría a la dirección MAC de Ethernet 33:33:00:01:00:03 . [7] Si un conmutador no comprende las direcciones de multidifusión, inundará ese tráfico a todos los miembros de una LAN; en este caso, la tarjeta de red del sistema (o sistema operativo) tiene que filtrar los paquetes enviados a grupos de multidifusión a los que no están suscritos.
Hay conmutadores que escuchan el tráfico IGMP y mantienen una tabla de estado de qué sistemas de red están suscritos a un grupo de multidifusión determinado. Luego, esta tabla se utiliza para reenviar el tráfico destinado a un grupo determinado sólo a un conjunto limitado de hosts (puertos). Este proceso de escuchar el tráfico IGMP se denomina espionaje IGMP .
Además, algunos conmutadores con capacidades de capa 3 pueden actuar como un interrogador IGMP. En redes donde no hay un enrutador presente que actúe como enrutador de multidifusión, se puede usar un conmutador con el interrogador de vigilancia IGMP habilitado para generar los mensajes IGMP necesarios para que los usuarios se suscriban al tráfico de multidifusión.
Las redes inalámbricas 802.11 utilizan el mismo rango de direcciones MAC que Ethernet por cable para asignar direcciones IP de multidifusión. Sin embargo, una red inalámbrica 802.11 maneja el tráfico de multidifusión de manera diferente, según la configuración del mensaje de indicación de tráfico de entrega (DTIM) y la configuración del intervalo de baliza . Si ninguna estación dentro del conjunto de servicios básicos está en modo de ahorro de energía, los paquetes de multidifusión se envían inmediatamente cuando llegan. Si hay una o más estaciones en modo de ahorro de energía, los puntos de acceso solo entregan tráfico de multidifusión después de cada intervalo DTIM y transmiten a una de las velocidades admitidas en el conjunto de velocidades básicas. En la mayoría de los puntos de acceso inalámbrico, la configuración predeterminada para este intervalo es 102,4 ms [ cita necesaria ] (intervalo de baliza = 100 ms, DTIM = 1) o 204,8 ms [ cita necesaria ] (intervalo de baliza = 100 ms, DTIM = 2) y la velocidad de transmisión es 1 Mbit/s o 6 Mbit/s [ cita necesaria ] , dependiendo de la banda operativa y el modo de protección. La configuración de DTIM y de intervalo de baliza se puede ajustar para mejorar el rendimiento de multidifusión en redes inalámbricas. [8]
A diferencia de Ethernet, la mayor parte del tráfico en 802.11 se envía de manera confiable mediante ACK y NACK para que la interferencia de radio no cause una pérdida de paquetes insoportablemente alta. Sin embargo, los paquetes de multidifusión se envían una vez y no se confirman, por lo que están sujetos a tasas de pérdida mucho más altas. Existen varios métodos para hacer frente a esto, como elegir transmitir datos por unidifusión repetidas veces a cada cliente o solicitar ACK de cada cliente. [9] Algunos métodos solo requieren modificaciones en el punto de acceso y son compatibles con algunos dispositivos de clase empresarial, mientras que otras mejoras requerirían modificaciones en los clientes y, por lo tanto, no han tenido una adopción generalizada.
La multidifusión IP es un método de comunicación por Internet en el que un único paquete de datos puede transmitirse desde un remitente y replicarse a un conjunto de receptores. Las técnicas de replicación dependen en cierta medida del medio utilizado para transmitir los datos. La transmisión de multidifusión en un medio de transmisión inherente como Ethernet o un enlace satelital permite automáticamente que todos los receptores conectados directamente al medio reciban el paquete de datos. Por el contrario, la transmisión de multidifusión en medios punto a punto o punto a multipunto requiere que el paquete se replique para cada enlace. El proceso de replicación debe ocurrir de manera óptima donde se construye un árbol de distribución dentro de la red. El paquete se puede replicar en cada una de las ramas del árbol. Esto mitiga el requisito de que el remitente replique el paquete una vez para cada destinatario.
El uso de IPsec como enlace de comunicación requiere el establecimiento de una conexión punto a punto. Por lo general, se requiere seguridad del remitente al receptor, lo que implica que el remitente debe replicar el paquete en cada una de las conexiones seguras, una para cada receptor. A medida que crece el número de receptores, el remitente debe escalar replicando el paquete a cada uno de los receptores. La carga de procesamiento impuesta al remitente puede ser alta, lo que limita la escalabilidad del remitente. Se necesitaba un nuevo método para transmitir multidifusión de forma segura y se lo denominó Secure Multicast o Multicast Security.
El Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet ( IETF ) creó un nuevo Protocolo de Internet (IP) para transmitir de forma segura tráfico de multidifusión a través de una red de paquetes. La definición del protocolo se desarrolló en el grupo de trabajo de seguridad de multidifusión y dio lugar a varias solicitudes de comentarios (RFC) que ahora se utilizan como estándares para proteger el tráfico de multidifusión IP. El protocolo permitía al remitente cifrar el paquete de multidifusión y reenviarlo a la red de paquetes en el árbol de distribución óptimo. El paquete puede replicarse en las ubicaciones óptimas de la red y entregarse a todos los receptores. Los receptores son capaces de descifrar el paquete y reenviarlo en el entorno de red seguro. El remitente de un paquete de multidifusión no conoce los posibles receptores; por lo tanto, la creación de claves de cifrado por pares (una para cada receptor) es imposible. El remitente debe cifrar los paquetes utilizando una clave compartida que todos los receptores legítimos utilizan para descifrar los paquetes. La seguridad del sistema se basa en la capacidad de controlar la distribución de las claves únicamente a aquellos destinatarios legítimos. Para ello, el IETF creó el protocolo de dominio de interpretación de grupo (GDOI) definido en RFC 6407. El protocolo permite que el remitente y el receptor se unan a un servidor de claves donde las políticas y claves se cifran y distribuyen a los miembros del grupo de multidifusión seguro. El servidor de claves puede autenticar y autorizar a remitentes y receptores en un grupo específico donde la clave compartida se utiliza para cifrar y descifrar el tráfico entre los miembros del grupo.
La multidifusión, por su propia naturaleza, no es un mecanismo orientado a la conexión, por lo que protocolos como TCP , que permite la retransmisión de paquetes faltantes, no son apropiados. Para aplicaciones como la transmisión de audio y vídeo, la caída ocasional de paquetes no es un problema. Pero para la distribución de datos críticos, se requiere un mecanismo para solicitar la retransmisión.
Uno de esos esquemas, propuesto por Cisco, es PGM (originalmente Pretty Good Multicasting, pero cambiado por razones de marca registrada a Pragmatic General Multicast ), [ cita necesaria ] documentado en RFC 3208. En este esquema, los paquetes de multidifusión tienen números de secuencia y cuando un paquete es Un destinatario perdido puede solicitar que el paquete se vuelva a multidifundir con otros miembros del grupo de multidifusión ignorando los datos de reemplazo si no son necesarios. Una versión ampliada, PGM-CC, ha intentado hacer que la multidifusión IP sea más "compatible con TCP" reduciendo todo el grupo al ancho de banda disponible para el peor receptor.
Otros dos esquemas documentados por el Internet Engineering Task Force (IETF) son: el protocolo de seguimiento de estándares NACK-Oriented Reliable Multicast (NORM), documentado en RFC 5740 y RFC 5401, y el protocolo File Delivery over Unidireccional Transport (FLUTE), documentado en RFC 6726. Existen implementaciones de código abierto, además de propietarias, para estos. Existen otros protocolos de este tipo, como Scalable Reliable Multicast , y están definidos por una variedad de fuentes. Dichos protocolos varían en los medios de detección de errores, los mecanismos utilizados en la recuperación de errores, la escalabilidad de dicha recuperación y las ideas subyacentes involucradas en lo que significa ser confiable. Una lista de protocolos de multidifusión confiables del Taller de multidifusión ACM SIGCOMM, 27 de agosto de 1996, documenta una serie de enfoques para el problema.
Grupos independientes como la Iniciativa de Estándares de Multidifusión de Protocolo de Internet (IPMSI) han afirmado que la falta de un protocolo de multidifusión IP seguro y confiable verdaderamente escalable como el propuesto Multidifusión segura para repetición avanzada de televisión (SMART) ha obstaculizado la adopción de la multidifusión IP entre dominios. enrutamiento. La falta de un sistema ampliamente adoptado que tenga nivel de seguridad AES y confiabilidad escalable ha impedido que las transmisiones de eventos deportivos (como el Super Bowl) y/o noticias de última hora en los medios de comunicación se transmitan en la Internet pública. [ cita necesaria ]
Los protocolos confiables de multidifusión IP, como PGM y SMART, son experimentales; el único protocolo de seguimiento de estándares es NORM (la revisión de seguimiento de estándares de RFC 3941 se especifica en RFC 5401, la revisión de seguimiento de estándares de RFC 3940 se especifica en RFC 5740).
Dado que la multidifusión es un modo de transmisión diferente al unidifusión, sólo los protocolos diseñados para multidifusión pueden usarse de manera sensata con la multidifusión. La mayoría de los protocolos de aplicaciones existentes que utilizan multidifusión se ejecutan sobre el Protocolo de datagramas de usuario (UDP).
En muchas aplicaciones, el protocolo de transporte en tiempo real (RTP) se utiliza para enmarcar contenido multimedia a través de multidifusión; El Protocolo de reserva de recursos (RSVP) se puede utilizar para la reserva de ancho de banda en una red que admita distribución de multidifusión. El DNS de multidifusión (mDNS) se puede utilizar para resolver nombres de dominio o de host sin un servidor DNS dedicado mediante el uso de multidifusión.
La multidifusión IP se implementa ampliamente en empresas, bolsas de valores comerciales y redes de entrega de contenido multimedia. Un uso empresarial común de la multidifusión IP es para aplicaciones de IPTV , como distribución de televisión en vivo y reuniones de empresa televisadas. [ cita necesaria ]
En la industria hotelera, la multidifusión IP se ha vuelto común para la distribución de IPTV en hoteles, y en el sector minorista, la multidifusión IP ahora se usa ampliamente para aplicaciones de distribución de televisión y publicidad en video.
Los operadores de televisión de pago y algunas instituciones educativas con importantes alojamientos para estudiantes en los campus han implementado la multidifusión IP para ofrecer medios de transmisión unidireccional, como video de alta velocidad, a grandes grupos de receptores. Además, ha habido algunos usos de conferencias de audio y video utilizando tecnologías de multidifusión. Estos son mucho menos frecuentes y con mayor frecuencia quedan relegados a instituciones de investigación y educación, que a menudo tienen un mayor grado de capacidad de red para manejar las demandas. [ cita necesaria ] Algunas conferencias y reuniones técnicas se transmiten mediante multidifusión IP. Hasta hace poco [ ¿cuándo? ] Muchas de las sesiones de las reuniones del IETF se impartieron mediante multidifusión. [ cita necesaria ]
Otro uso de la multidifusión dentro de las redes universitarias y comerciales es la distribución de archivos, particularmente para entregar imágenes del sistema operativo y actualizaciones a hosts remotos. La ventaja clave de las imágenes de arranque de multidifusión sobre las imágenes de arranque de unidifusión es un uso significativamente menor del ancho de banda de la red.
La multidifusión IP también se ha implementado en el sector financiero para aplicaciones como tickers de acciones y sistemas de gritos y gritos . [ cita necesaria ]
Los grandes requisitos de estado en los enrutadores hacen que las aplicaciones que utilizan una gran cantidad de árboles no puedan funcionar mientras usan multidifusión IP. Tomemos como ejemplo la información de presencia en la que cada persona necesita mantener al menos un árbol de suscriptores, si no varios. Aún no se ha demostrado ningún mecanismo que permita que el modelo de multidifusión IP se amplíe a millones de remitentes y millones de grupos de multidifusión y, por lo tanto, todavía no es posible hacer prácticas aplicaciones de multidifusión totalmente generales. [ cita necesaria ]
RFC 3170 ( Aplicaciones de multidifusión IP: desafíos y soluciones ) proporciona una descripción general de los problemas de implementación.
La multidifusión IP fue desarrollada por primera vez por Steve Deering mientras estaba en la Universidad de Stanford, por lo que recibió el premio IEEE Internet Award. [10]
MBONE fue un enfoque experimental de larga duración para permitir la multidifusión entre sitios mediante el uso de túneles. Si bien MBONE ya no está operativo, existe un interés renovado en tunelizar nuevamente el tráfico de multidifusión para que el servicio esté disponible para una amplia gama de usuarios finales.
CastGate fue un intento del grupo de investigación ETRO-TELE de la Vrije Universiteit Brussel de adoptar la multidifusión IP en Internet. [11]
Aunque la multidifusión habría permitido a un usuario de Internet recibir medios enriquecidos y otros contenidos sin suponer una gran carga para la red, todavía no estaba disponible para la mayoría de los usuarios de Internet. El proyecto CastGate intentó solucionar este problema permitiendo a los usuarios finales conectarse a través de un túnel IP configurado automáticamente a través de redes que no admitían de forma nativa la multidifusión IP. La idea era que si más usuarios tuvieran capacidad de multidifusión, más proveedores de contenido verían el beneficio de transmitir contenido a través de multidifusión. La esperanza era que si suficientes proveedores de contenido y usuarios utilizaban este servicio, entonces más proveedores de servicios de Internet habilitarían la multidifusión IP de forma nativa para sus clientes. [11]
CastGate proporcionó un cliente de software para Microsoft Windows y Linux para conectarse a la red del túnel CastGate. También proporcionó herramientas para agregar servidores de túnel y herramientas para recibir anuncios del Protocolo de anuncio de sesión desde la red de multidifusión con transmisiones de video y audio. [12]
El proyecto mantuvo un sitio web hasta 2007. [12]
A partir de 2005, [13] la BBC comenzó a alentar a los proveedores de servicios de Internet con sede en el Reino Unido a adoptar servicios direccionables por multidifusión en sus redes proporcionando BBC Radio con una calidad superior [14] a la disponible a través de sus servicios con dirección unidifusión . Esto también ha contado con el apoyo de una variedad de redes de radio comerciales, incluidas BBC , GCap Media , EMAP y Virgin Radio . [15]
Las emisoras públicas alemanas ARD [16] y ZDF y la cadena franco-alemana Arte ofrecen sus programas de televisión en multidifusión en varias cadenas. El proveedor austriaco de servicios de Internet Telekom Austria ofrece a sus clientes de línea de abonado digital (DSL) un descodificador de TV que utiliza direccionamiento de multidifusión para recibir transmisiones de radio y televisión. En Alemania , T-Home, una marca de Deutsche Telekom , ofrece un servicio similar.