IPv6 multicast áttekintése

Bevezetés

Ez a dokumentáció meg probálja összefoglalni az IPv6 multicast tapasztalatainkat, amelyek hasznosak lehetnek egy Campus méretű rendszer tervezéséhez és üzemeltetéséhez. A dokumentáció további részében nem használjuk a többesküldést, mint a multicast magyar megfelelőjét, mert ez a terminólógia még nem terjedt el.

Az IPv6 multicast alapfogalmak, a működési típusok és a fejlesztést inspiráló alkalmazások rövid bemutatása után következik a két leglényegibb feladat a csoportok megszervezése és maga csomagtovábbítás megvalósítása. A zárórészben néhány IPv6 multicast megvalósítást ismertetünk, többnyire Campus méretűek, de a világméretű hálózatok sem az álmok kategóriájába tartoznak. Ennek csíráit már láthatjuk, a néhány világméretű tervvel és megvalósítással is találkozhatunk. Nem véletlenül került a végére az IPv4 multicast hálózatokkal levő kapcsolat kérdése. Nem szerettük volna a korlátozott IPv4 multicast megvalósításokkal kezdeni (bár nagyon sok kipróbált ötlet innen jön), mert az IPv6-ban mások a lehetőségek (alkalmasabb protokoll erre a feladatra), nem csak IPv4 továbbfejlesztések, hanem új protokollok tervezésére is sor került és még az alkalmazási történet elején vagyunk. A dokumentum végére kerültek a 18 fejezethez tartozó rövidebb eredeti leírások (helyben legyenek), referenciák és ajánlások.

IPv6 multicast alapvető müködése

Az IPv6 három adattovábbítási formát támogat az adó(k) és vevő(k), mint interfészek között. Az unicast továbbítás esetén az adatokat eljuttatjuk az egyedi, individuális címmel ellátott vevőhöz. A multicast csoportos szállítást jelent, az adatokat el kell juttatni a csoport minden tagjához. A anycast továbbítás szintén egy jól meghatározott csoporttal kapcsolatos, ekkor a csoport egy (valamilyen módon egyértelműen meghatározott, legközelebbi) tagjának továbbítjuk az adatot. Az anycast továbbításban résztvevők címei megegyeznek az unicast továbbításban használatos címtartománnyal. Az üzenetszórás (broadcast) az IPv6-ban nem használatos, ez a multicast egy speciális esetének tekinthető.

Miért jó a multicast?

A multicast alkalmazása számottevően csökkenti az adathálózat terhelését, a multimédiás konferenciázás esetén és az információ szétosztásánál rendkívül hatékony. Az adatokat egy példányban tudjuk eljuttatni egy vagy több felhasználónak. A multicast akkor hasznos, amikor a forrásállomás több címzettnek is szeretné elküldeni ugyanazt a csomagot. Ilyen esetben az egyedi küldés nagyon kis hatékonyságú.

Multicast megvalósítás problémai

A gyakorlati megvalósításnál számtalan elvi probléma felmerül, a számítógép-hálózati architektúra második (L2) és harmadik (L3) rétege érintett:

Mi legyen az L3 szintű, IP címzéssel, amely végponttól végpontig kíséri az adatcsomagot? Fordított a feladat jellege, a végpontok döntenek, hogy kitől szeretnének csomagot kapni, ezt kell dinamikusan optimalizálni. Erre külön vezérlő protokollokra van szükség.
Hogyan tudják meg az L3 útvonalválasztók a vevőkről (hosztokról), hogy ők milyen multicast csoportba tartoznak (ha az adott csoport tagjai különböző irányban vannak, akkor több példányban elő kell állítani a csomagot és el kell küldeni az érintett irányokba)? Erre többféle is megoldás született, amelyeket a későbbiekben ismertetünk.
Hogyan lehetne az L2 szintű hálózati kártyák egy csoportjának megmondani, hogy ők azonos multicast csoportba tartoznak?
Az L2 (második rétegbeli) kapcsolók (switch) nagyarányú elterjedése egyre nagyobb állomásszámú, ütközésmentes kapcsolt hálózatot (switched 802.3/Ethernet) eredményez. Az L3 útvonalválasztók (routerek) nélkül a címtér egyszerűbb,„lapos” (flat) lesz, mert nem kell az útképzéshez szükséges cím-hiearchiát használni. A mutlicast szempontjából a kapcsolók műsorszórási (broadcast) és multicast képességeit használjuk ki (ez igaz mind az IPv6, mind az IPv4 L3-as harmadik szintű többesküldési környezete hasonló módon használhatjuk a kapcsolók L2-s műsorszórási képességeit).
A nagyméretű, sok állomásos L2-es hálózatok pazarolják a sávszélességet és igazán nem lesznek alkalmasak a multicast (multimédiás) funkció megvalósítására.
Ha a célállomás MAC (fizikai) címe broadcast vagy multicast jellegű a kapcsoló elárásztja a keret tartalmával az összes portot (kivéve azt, amelyről vette ezt a keretet).
A kapcsolók korszerűsödésével több módszert (protokollt) dolgoztak ki az L2-es mutlicast forgalom optimalizálására (csak a multicastban érintett portokra küldik az információt, ezt nagyobb adminisztrációval érik el, CAM táblák vezetésével):
1. IGMP hallgatózás (Internet Group Membership Protocol Snooping)
2. Cisco CGMP (Cisco Group Mangement Protocol
3. IEEE’s GARP (Generic Attribute Resolution Protocol, IEEE 802.1p)
Mivel az L2 broadcast nem hatékony (külön tanulmányban bemutatjuk a fenti 3 darab L2 szintű optimalizálási eljárást: Áttekintés az L2 eszközök IPv6 multicast támogatásáról).
A projekt harmadik alszakaszában megtörtént az L2 eszközök vizsgálata is (az előző dokumentumokban is érintőlegesen szerepel ez a téma, az L2 LAN a leggyakoribb adatkapcsolat, amellyel a felhasználó kapcsolódik az adathálózathoz).