La multidifusión IP es un método de envío de datagramas de protocolo de Internet (IP) a un grupo de receptores interesados en una única transmisión. Es la forma de multidifusión específica de IP y se utiliza para la transmisión de contenido multimedia 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 administrar 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 ampliado en RFC 4604 para incluir la gestión de grupos y en RFC 5771 para incluir direcciones de alcance administrativo.
La multidifusión IP es una técnica de comunicación en tiempo real de uno a muchos y de muchos a muchos a través de una infraestructura IP en una red. Se escala a una población de receptores más grande al no requerir conocimiento previo de la identidad de un receptor ni conocimiento previo de la cantidad 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 necesita ser entregado a una gran cantidad de receptores. Los nodos en 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 que utiliza el direccionamiento de multidifusión es el Protocolo de datagramas de usuario (UDP). Por su naturaleza, el UDP no es confiable: los mensajes pueden perderse o entregarse desordenados. Se han desarrollado protocolos de multidifusión confiables , como el Multicast general pragmático (PGM), para agregar detección de pérdidas y retransmisión a la multidifusión IP.
Los conceptos clave en la 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 direcciones de grupo de multidifusión IP son utilizadas por los orígenes y los receptores para enviar y recibir mensajes de multidifusión. Los orígenes utilizan la dirección de grupo como la dirección de destino IP 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 , el origen 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 normalmente utilizan los receptores para unirse a un grupo se denomina Protocolo de administración 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 en particular, se construye un árbol de distribución de multidifusión para ese grupo. El protocolo más utilizado para esto es el Protocolo de multidifusión independiente (PIM). Establece árboles de distribución de multidifusión de manera 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 origen (SSM) y modo bidireccional (Bidir o modo disperso-denso, SDM). De estos, PIM-SM es el más ampliamente implementado a partir de 2006 [actualizar]; [ cita requerida ] SSM y Bidir son variaciones más simples y escalables desarrolladas más recientemente y están ganando popularidad. [ cita requerida ]
La operación de multidifusión IP no requiere que una fuente activa conozca a los receptores del grupo. La construcción del árbol de multidifusión está impulsada por el receptor y es iniciada por los nodos de red que están cerca de los receptores. La multidifusión IP se escala a una gran población de receptores. El arquitecto de Internet Dave Clark ha descrito el modelo de multidifusión IP como "Se colocan paquetes en un extremo y la red conspira para entregarlos a cualquiera que los pida". [5]
La multidifusión IP crea información de estado por árbol de distribución de multidifusión en la red. Si un enrutador es 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. Solo necesita saber acerca de los árboles de multidifusión para los que tiene receptores descendentes. 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 solo una ruta predeterminada. Por este motivo, la agregación es clave para escalar el enrutamiento de unidifusión. Además, hay enrutadores centrales que transportan cientos de miles de rutas porque contienen la tabla de enrutamiento de Internet.
Cada host que desee ser miembro receptor de un grupo de multidifusión (es decir, recibir datos correspondientes a una dirección de multidifusión en particular) debe utilizar IGMP para unirse. Los enrutadores adyacentes también utilizan este protocolo para comunicarse.
En el enrutamiento unicast, cada enrutador examina la dirección de destino de un paquete entrante y busca el destino en una tabla para determinar qué interfaz utilizar para que ese paquete se acerque a su destino. La dirección de origen es irrelevante para el enrutador. Sin embargo, en el enrutamiento multicast, la dirección de origen (que es una dirección unicast simple) se utiliza para determinar la dirección del flujo de datos. El origen del tráfico multicast se considera ascendente. El enrutador determina qué interfaces descendentes son destinos para este grupo multicast (la dirección de destino) y envía el paquete a través de las interfaces adecuadas. El término reenvío de ruta inversa se utiliza para describir este concepto de enrutamiento de paquetes fuera del origen, en lugar de 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 entrega y enrutamiento comunes utilizados para la distribución de multidifusión:
Los paquetes de unidifusión se envían 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 Ethernet 01:00:5E:00:00:00 a 01:00:5E:7F:FF:FF (con un OUI propiedad de la IANA ). Este rango tiene 23 bits de espacio de dirección 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 de espacio de dirección Ethernet disponible. Esto significa que existe ambigüedad en la entrega de paquetes. Si dos hosts en la misma subred se suscriben cada uno 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 requiere que el software de red en los hosts descarte los paquetes no necesarios. [6]
Para las direcciones de multidifusión IPv6 , la MAC de Ethernet se deriva de los cuatro octetos de orden inferior OR'ed 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 entiende las direcciones de multidifusión, inundará ese tráfico a todos los miembros de una LAN; en este caso, la tarjeta de red del sistema (o el sistema operativo) tiene que filtrar los paquetes enviados a grupos de multidifusión a los que no están suscritos.
Existen conmutadores que escuchan el tráfico IGMP y mantienen una tabla de estados de los sistemas de red que están suscritos a un grupo de multidifusión determinado. Esta tabla se utiliza luego para reenviar el tráfico destinado a un grupo determinado únicamente a un conjunto limitado de hosts (puertos). Este proceso de escucha del tráfico IGMP se denomina IGMP snooping .
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 utilizar un conmutador con un interrogador de detección 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 las redes Ethernet cableadas para asignar direcciones de multidifusión IP. 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 los ajustes 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 inalámbricos, la configuración predeterminada para este intervalo es 102,4 ms [ cita requerida ] (intervalo de baliza = 100 ms, DTIM = 1) o 204,8 ms [ cita requerida ] (intervalo de baliza = 100 ms, DTIM = 2) y la velocidad de transmisión es 1 Mbit/s o 6 Mbit/s [ cita requerida ] , según la banda operativa y el modo de protección. La configuración del intervalo de baliza y DTIM 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, de modo que la interferencia de radio no provoque una pérdida de paquetes insoportablemente alta. Sin embargo, los paquetes de multidifusión se envían una vez y no se reconocen, por lo que están sujetos a tasas de pérdida mucho más altas. Existen varios métodos para lidiar con esto, como elegir enviar datos de multidifusión de manera unidifusión repetidamente a cada cliente o solicitar ACK a 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 se puede transmitir un único paquete de datos desde un emisor y replicarlo 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 difusión inherente, como Ethernet o un enlace satelital, permite automáticamente que el paquete de datos sea recibido por todos los receptores conectados directamente al medio. Por el contrario, la transmisión de multidifusión en un medio 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 cuando 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 emisor 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, la seguridad se requiere del emisor al receptor, lo que implica que el emisor debe replicar el paquete en cada una de las conexiones seguras, una para cada receptor. A medida que aumenta el número de receptores, el emisor debe escalar replicando el paquete en cada uno de ellos. La carga de procesamiento que soporta el emisor puede ser alta, lo que limita su escalabilidad. Se requería un nuevo método para transmitir de forma segura la multidifusión, al que se denominó multidifusión segura o seguridad de multidifusión.
El Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet ( IETF ) creó un nuevo Protocolo de Internet (IP) para transmitir de forma segura el 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 a un 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 pueden descifrar el paquete y reenviarlo en el entorno de red seguro. El remitente de un paquete de multidifusión no conoce a los receptores potenciales; 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 solo a esos receptores legítimos. Para ello, el IETF creó el protocolo Group Domain of Interpretation (GDOI) definido en la RFC 6407. El protocolo permite que el emisor y el receptor se unan a un servidor de claves donde se cifran las políticas y las claves y se distribuyen a los miembros del grupo de multidifusión seguro. El servidor de claves puede autenticar y autorizar a los emisores 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 los protocolos como TCP , que permite la retransmisión de paquetes faltantes, no son adecuados. Para aplicaciones como la transmisión de audio y vídeo, la pérdida ocasional de paquetes no supone un problema. Pero para la distribución de datos críticos, se requiere un mecanismo para solicitar la retransmisión.
Un esquema de este tipo, propuesto por Cisco, es PGM (originalmente Pretty Good Multicasting, pero cambiado por razones de marca registrada a Pragmatic General Multicast ), [ cita requerida ] documentado en RFC 3208. En este esquema, los paquetes de multidifusión tienen números de secuencia y cuando se pierde un paquete, un destinatario 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 por el peor receptor.
Otros dos esquemas documentados por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (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 Unidirectional 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. Estos 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 Multidifusión IP en el enrutamiento entre dominios. La falta de un sistema ampliamente adoptado que tenga seguridad de nivel AES y confiabilidad escalable ha impedido que las transmisiones de eventos deportivos (como el Super Bowl) y/o noticias de último momento por los medios masivos se transmitan en Internet pública. [ cita requerida ]
Los protocolos de multidifusión IP confiables, como PGM y SMART, son experimentales; el único protocolo que cumple con los estándares es NORM (la revisión de cumplimiento de los estándares de RFC 3941 se especifica en RFC 5401, la revisión de cumplimiento de los estándares de RFC 3940 se especifica en RFC 5740).
Dado que la multidifusión es un modo de transmisión diferente de la unidifusión, solo los protocolos diseñados para multidifusión pueden utilizarse de forma sensata con la multidifusión. La mayoría de los protocolos de aplicación existentes que utilizan la 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 mediante multidifusión; el Protocolo de reserva de recursos (RSVP) se puede utilizar para reservar ancho de banda en una red que admita la distribución por multidifusión. El DNS de multidifusión (mDNS) se puede utilizar para resolver nombres de dominio o de host sin un servidor DNS dedicado mediante multidifusión.
La multidifusión IP se utiliza ampliamente en empresas, bolsas de valores comerciales y redes de distribución de contenido multimedia. Un uso empresarial común de la multidifusión IP es para aplicaciones IPTV , como la distribución de televisión en vivo y las reuniones televisadas de la empresa. [ cita requerida ]
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 la distribución de TV y aplicaciones de publicidad en video.
Los operadores de televisión de pago y algunas instituciones educativas con un número significativo de estudiantes alojados en sus campus han implementado la multidifusión IP para entregar contenido multimedia en un solo sentido , como video de alta velocidad, a grandes grupos de receptores. Además, se han utilizado algunas tecnologías de multidifusión para conferencias de audio y video. Estas tecnologías son mucho menos comunes y suelen estar relegadas a instituciones de investigación y educación, que suelen tener un mayor grado de capacidad de red para manejar las demandas. [ cita requerida ] Algunas conferencias y reuniones técnicas se transmiten mediante multidifusión IP. Hasta hace poco [ ¿cuándo? ] muchas de las sesiones de las reuniones de la IETF se realizaban mediante multidifusión. [ cita requerida ]
Otro uso de la multidifusión en las redes comerciales y de campus es la distribución de archivos, en particular para enviar imágenes y actualizaciones del sistema operativo a hosts remotos. La principal ventaja de las imágenes de arranque de multidifusión en comparación con las imágenes de arranque de unidifusión es que el uso del ancho de banda de la red es significativamente menor.
La multidifusión IP también se ha implementado en el sector financiero para aplicaciones como cotizaciones de acciones y sistemas de llamadas de socorro . [ cita requerida ]
Los grandes requisitos de estado en los enrutadores hacen que las aplicaciones que utilizan una gran cantidad de árboles no puedan funcionar mientras se utiliza la multidifusión IP. Tomemos como ejemplo la información de presencia , donde cada persona necesita mantener al menos un árbol de sus suscriptores, si no varios. Todavía no se ha demostrado ningún mecanismo que permita que el modelo de multidifusión IP se escale a millones de remitentes y millones de grupos de multidifusión y, por lo tanto, aún no es posible hacer prácticas las aplicaciones de multidifusión totalmente generales. [ cita requerida ]
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. [10]
El MBONE fue un enfoque experimental de larga data para permitir la multidifusión entre sitios mediante el uso de túneles. Si bien el MBONE ya no está operativo, existe un renovado interés en volver a tunelizar 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 hubiera permitido a un usuario de Internet recibir contenido multimedia y de otro tipo sin suponer una gran carga para la red, seguía sin estar 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 en redes que no admitían de forma nativa la multidifusión IP. La idea era que si más usuarios tenían capacidad de multidifusión, más proveedores de contenido verían el beneficio de transmitir contenido en tiempo real en lugar de hacerlo en modo multidifusión. La esperanza era que si suficientes proveedores de contenido y usuarios utilizaban este servicio, 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 de túneles de CastGate. También proporcionó herramientas para agregar servidores de túneles y herramientas para recibir anuncios del Protocolo de Anuncio de Sesión de 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 direccionados por unidifusión . Esto también ha sido apoyado por una variedad de redes de radio comerciales, entre ellas BBC , GCap Media , EMAP y Virgin Radio . [15]
Las emisoras de servicio público alemanas ARD [16] y ZDF y la red franco-alemana Arte ofrecen su programación televisiva multidifundida en varias redes. El proveedor de servicios de Internet austríaco Telekom Austria ofrece a sus clientes de línea de abonado digital (DSL) un decodificador de televisión que utiliza direccionamiento multidifusión para recibir emisiones de televisión y radio. En Alemania , T-Home, una marca de Deutsche Telekom , ofrece un servicio similar.