Мультивещание в больших сетях

Переход на Gigabit Ethernet и другие высокоскоростные технологии обещает повысить пропускную способность каналов связи, но это  -  дело будущего. Пока же сетевым менеджерам приходится искать способы, как выжать все возможное из полосы пропускания, доступной им сегодня.

Одним из орудий борьбы за эффективное использование сетей становится IP-мультивещание, или многоадресная передача сообщений. Эта технология уже выходит за рамки экспериментов в магистрали многоадресной передачи сети Интернет (Mbone) и вступает в эру коммерческого внедрения. IP-мультивещание способно снизить потребность в пропускной способности каналов в тех случаях, когда группе пользователей необходимо одновременно получить одни и те же данные. Следовательно, оно становится идеальным средством при решении таких задач, как централизованная рассылка финансовых данных, проведение видеоконференций, передача мультимедийных данных в процессе обучения, а также корпоративных отчетов. Пригодна эта технология и для организации групповой работы, например, с помощью виртуальных аудиторных досок совместного использования.

Самый простой способ переслать данные нескольким получателям  -  направить их копию каждому адресату индивидуально. Но при таком методе, получившем название одноадресной передачи (unicast), полоса пропускания используется неэффективно. При его применении пересылка MPEG-видео со скоростью 2 Мбит/с всего десятку получателей очень быстро приведет к перегрузке всей сети.

В IP-мультивещании используется другой подход. Здесь отправитель передает лишь одну копию данных, независимо от того, скольким получателям они адресованы. Если таких получателей несколько, эта копия тиражируется на маршрутизаторах, которые способны обрабатывать многоадресные пакеты. Таким образом, через каждый маршрутизатор сети проходит только одна копия многоадресного сообщения. Другие его копии создаются лишь тогда, когда маршрут передачи ветвится, благодаря чему имеющаяся пропускная способность каналов используется более рационально.

При эксплуатации сетей находит применение и технология широковещательной передачи. IP-мультивещание и широковещательные передачи  -  два примера реализации одной и той же технологии. Широковещательную передачу данных можно представить себе как разновидность мультивещания, в которой членами группы являются не отдельные пользователи, а все участники сети.

Для идентификации многоадресных групп хостов в IP-мультивещании используются IP-адреса класса D, четыре старших бита которых составляют число 1110. В “точечно-десятичной” нотации Интернет допустимые адреса группы хостов находятся в интервале от 224.0.0.0 до 234.255.255.255. Чтобы послать многоадресную IP-дейтаграмму, отправителю достаточно указать лишь один адрес получателя, соответствующий группе хостов. После этого многоадресная дейтаграмма проходит через те же стадии передачи, что и IP-пакет одноадресной дейтаграммы.

Процесс на передающем конце весьма прост, однако прием многоадресных IP-дейтаграмм производится по более сложному алгоритму. Чтобы получить дейтаграмму, приложение на рабочих станциях пользователей генерирует запрос на членство в многоадресной группе хостов, которая ассоциирована с конкретной многоадресной передачей.

Этот запрос на членство поступает на маршрутизатор ЛВС пользователя, который должен поддерживать протокол Internet Group Membership Protocol (протокол членства в группах Интернет), а также, если это необходимо, передается на промежуточные маршрутизаторы, расположенные между отправителем и получателем.

Как только этот этап завершен, сетевой интерфейс приемной рабочей станции начинает “слушать” сеть. Теперь во всех проходящих пакетах он ищет адрес канального уровня, относящийся к новому адресу группы мультивещания. Маршрутизаторы ГВС выбирают из общего потока дейтаграмм те входящие многоадресные дейтаграммы, которые запросило пользовательское приложение, и направляют их на маршрутизатор ЛВС. Тот, в свою очередь, отображает адрес группы хостов на связанный с ним адрес канального уровня и использует его при составлении сообщения.

Сетевая интерфейсная плата и сетевой драйвер, находящиеся на приемном конце и ждущие появления дейтаграммы с этим адресом, направляют адрес мультивещания в стек протоколов TCP/IP, который делает данные доступными для пользовательского приложения.

Нужны  новые протоколы  маршрутизации

Коммерческая поддержка многоадресной IP-передачи становится все шире, однако ряд важных проблем все еще ожидает своего решения. Разработчики Mbone, экспериментальной виртуальной сети, созданной в Интернет специально для IP-мультивещания, уже столкнулись с трудностями масштабирования, возникшими вместе с ростом такой сети. Здесь маршрутизаторам приходится учитывать не только динамические изменения топологии, свойственные всем сетям, но и динамику групп хостов, состав которых меняется произвольно.

Уже разрабатываются и вводятся в ограниченную эксплуатацию новые протоколы маршрутизации, но их пока недостаточно. Необходимы более совершенные средства, которые помогли бы определять политику пересылки многоадресного трафика между поставщиками услуг Интернет. Видимо, следует ожидать все более широкого использования таких протоколов, как Protocol Independent Multicast (независимое от протоколов мультивещание), Multicast Border Gateway Protocol (протокол мультивещания для пограничных шлюзов) и Hierarchical DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol  -  иерархический протокол многоадресной маршрутизации по дистанционным векторам). Они должны вытеснить или, по крайней мере, дополнить оригинальные протоколы многоадресной маршрутизации, так же как DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol  -  протокол многоадресной маршрутизации по дистанционным векторам) и MulticastOpen Shortest Path First (протокол предпочтения кратчайшего пути многоадресных IP-передач).

Первые варианты реализации мультивещания полагались на традиционные методы оптимальной доставки, заложенные в протоколах IP и User Datagram Protocol (протокол дейтаграмм пользователя), однако гарантировать надежной доставки многоадресного трафика не могли. Было предложено множество протоколов, призванных решить эту задачу (на сегодняшний день их уже более пятнадцати), но пока нет ни одного надежного многоадресного протокола, который мог бы справиться со всем разнообразием групповой рассылки, обеспечить обратную связь по запросу отправителя или обслужить разнородные приложения, использующие мультивещание.

Важнейшей проблемой многоадресного трафика является качество обслуживания. Особое значение оно приобретает в связи с той ролью, которую играет мультивещание в передаче мультимедийной информации и данных в реальном масштабе времени через Интернет. Многие виды мультимедиа предъявляют особые требования к синхронизации и запаздыванию сигнала. Если эти требования не выполняются, передаваемая информация оказывается просто бесполезной.

Обеспечить гарантированное качество обслуживания с помощью таких протоколов, как Resource Reservation Protocol (протокол резервирования ресурсов), бывает трудно даже в сеансах связи между сервером и единственным клиентом. Что же тогда говорить о сеансах мультивещания? Здесь сложность проблемы возрастает в геометрической прогрессии.

И все же, несмотря на целый ряд нерешенных проблем, использовать IP-мультивещание в деловых целях можно уже сегодня, причем не только во внутренних, но и в тщательно спроектированных внешних сетях. Такие компании, как Toys R Us и General Motors, полагаются на многоадресную передачу для распространения новых версий ПО и инвентаризационных сводок в общенациональном масштабе. В некоторых случаях это позволяет им сократить время рассылки в 100 и более раз, скажем, уменьшить его с 6 час. 15 мин. до 4 мин.

Bank Boston применяет мультивещание для пересылки финансовых данных своим маклерам, а фирма Smith Barney собирается передавать с его помощью видеоматериалы в реальном масштабе времени.

Многие сети уже оснащены ПО, без которого многоадресная передача просто невозможна. IP-мультивещание поддерживается большинством новых маршрутизаторов, встроенные средства для его организации получили и многие устройства, прошедшие модернизацию в последние годы: для внедрения новой службы достаточно изменить их конфигурацию.

Поддержка необходимых для мультивещания протоколов включена и в стеки TCP/IP многих рабочих станций, а имеющиеся прикладные программы находят самое широкое применение: они используются для проведения видеоконференций, распространения информации, массовой пересылки файлов и организации потокового мультимедиа.

Есть выход и в тех случаях, когда мультивещание не поддерживается во всей корпоративной сети. Здесь менеджеры могут создавать “островки” многоадресной передачи, соединенные каналами, не распознающими их. “Туннельный” подход к решению этой проблемы позволяет администраторам инкапсулировать многоадресные дейтаграммы в стандартные одноадресные и пересылать их в таком виде по линиям связи, не поддерживающим мультивещание. Именно так работает сегодня магистраль многоадресной передачи Mbone.

Такие поставщики услуг Интернет, как корпорации MCI Communications и BBN Planet, уже проводят эксперименты по применению IP-мультивещания, а ряд других провайдеров, в частности UUNet Technologies и @Home Network, даже предлагают своим клиентам услуги многоадресной связи. Таким образом, чтобы воспользоваться преимуществами мультивещания, компаниям вовсе не обязательно создавать новые сети, что называется, с нуля. К тому же некоторые филиалы крупных производителей включили поддержку мультивещания в свои линии продуктов.

Дэйв Козюр

Дэйв Козюр  -  независимый автор и консультант. Будущей весной в издательстве John Wiley & Sons должна выйти его новая книга “IP Multicasting: The Complete Guide to Interactive Corporate Networks” (“IP-мультивещание: полный путеводитель по интерактивным корпоративным сетям”). Связаться с Дэйвом Козюром можно через Internet по адресу: drkosiur@ix.netcom.com.