V tomto příspěvku bychom se rádi zmínili o jednom dosud méně obvyklém způsobu šíření dat v sítích založených na protokolu IP. Technologie skupinového vysílání (multicast) byla vyvinuta především pro podporu aplikací přirozeně obsahujících komunikaci jednoho zdroje s velkým počtem příjemců stejných dat. Velmi příhodné vlastnosti mají například multimediální aplikace, kdy jeden zdroj (vysílač) v reálném čase posílá řadě příjemců zvuková či obrazová data. Lze si ovšem představit i poměrně konvenční aplikace, které tomuto základnímu kritériu vyhovují, např. poslání oběžníku všem zaměstnancům organizace nebo oprava tisícídvoustésedmapadesáté chyby v jednom velmi rozšířeném operačním systému. Jak z dalšího textu vyplyne, jsou multimediální aplikace, vzhledem k jisté tolerantnosti vůči nedokonalostem přenosu, zvláště výhodné a také byly jako první implementovány.
Klíčovým cílem této technologie je zásadní odlehčení zátěže vysílajícího uzlu a přenosové soustavy při přenosech typu jeden zdroj - mnoho příjemců. Zdroj tedy vysílá data, určená neznámému, potenciálně velmi velkému počtu příjemců (skupině), pouze jednou a veškerá režie spojená s distribucí příjemcům je ponechána na přenosové soustavě, v prostředí Internetu tedy (v ideálním stavu) na směrovačích (routerech). Na nich také je, aby zajistily efektivní přenos dat od zdroje k příjemcům, tedy aby vysílaná data poslaly po každém spoji nejvýše jedenkrát, a to pouze tehdy, je-li daným směrem skutečně nějaký příjemce. Na rozdíl od klasického přímého vysílání (unicast), kdy přenos paketu dat od zdroje k cíli je iniciován zdrojem, je tok paketů skupinového vysílání určován příjemci. K identifikaci skupin příjemců se používá speciální třída adres IP (třída D), zahrnující adresy z množiny 224.0.0.0 až 239.255.255.255. Vysílající uzel odesílá pakety dat s cílovou adresou skupiny (a svou vlastní obyčejnou zdrojovou adresou). Další šíření přes směrovače by mělo (viz RFC 1112) probíhat stejnou metodou best effort (aneb dělám, co můžu) jako šíření běžných paketů přímého vysílání. V případě skupinového vysílání ovšem může směrovač provést replikaci paketu a jeho vyslání do více směrů.
Protokoly na 2. vrstvě síťové hierarchie (v našich podmínkách je z nich daleko nejrozšířenější ethernet) obsahují ve svých specifikacích podporu skupinového vysílání v podobě speciálních MAC adres. Běžné síťové karty pracovních stanic (včetně PC) pak mají schopnost podle svého okamžitého nastavení (na základě požadavků programu) filtrovat pakety skupinového vysílání a nejbližším vrstvám programového vybavení již předávat jen relevantní část paketů skupinového vysílání, které se v lokální síti pohybují, tedy pouze skupiny, jež jsou předmětem momentálního zájmu dané stanice. Nedochází tedy k zatěžování stanic lokální sítě, jichž se dané skupinové vysílání netýká. Z výše řečeného vyplývá, že například k experimentu se skupinovým vysíláním v rámci lokální sítě může postačit běžné technické vybavení a příslušný aplikační program (a samozřejmě případné další technické prostředky, které jsou pro uvažovanou aplikaci potřebné, např. zvuková karta a reproduktory).
Snadnost implementace skupinového vysílání v rámci lokální sítě se vytrácí, jakmile chceme dosáhnout přenosu v rámci propojených sítí. Do hry vstupují směrovače s jejich primárním úkolem získat informace o tom, které skupiny mají být vysílány do sítí, jež jsou ke směrovači bezprostředně připojeny. K tomuto účelu byl vyvinut speciální protokol IGMP, Internet Group Management Protocol. Jeho pomocí směrovač periodicky zjišťuje zájem stanic v připojených sítích o jednotlivé proudy skupinového vysílání. Směrovač vyšle do připojené sítě dotaz (paket se speciální skupinovou adresou 224.0.0.1) a jednotlivé stanice odpovídají (s náhodně zvoleným zpožděním, aby nedocházelo k zahlcení sítě při současné odpovědi všech najednou) informací o adresách skupinového vysílání, o něž mají zájem. Odpovědi jsou rovněž vysílány na adresu 224.0.0.1 a odposlouchávány ostatními stanicemi. Tím se zamezí duplicitnímu vysílání požadavků na stejnou skupinu. Programové vybavení koncové stanice tedy musí navíc podporovat protokol IGMP. Směrovače tak pomocí protokolu IGMP sledují zájem o příjem konkrétních skupin ve svém bezprostředním okolí.
Směrovače musejí - kromě trvalého mapování svého bezprostředního okolí - zajistit tok paketů skupinového vysílání i do vzdálených oblastí sítě, a to pokud možno optimálním způsobem. K tomu slouží tzv. směrovací protokoly. Jejich pomocí směrovače hledají minimální strom spojů pokrývající cestu od zdroje skupinového vysílání k momentálním zájemcům o příjem. Je zřejmé, že na rozdíl od klasického směrování přímého vysílání půjde o proces velmi dynamický. Cesta od daného zdroje k danému cíli je totiž stálá, pokud nedojde k nějaké vnější události měnící topologii sítě, např. poruše linky. Naproti tomu zájemci o příjem daného skupinového vysílání mohou vznikat a zanikat trvale a tento proces průběžných změn musejí směrovací protokoly vhodně reflektovat. Směrovací protokoly skupinového vysílání jsou dosud předmětem intenzivního výzkumu a vývoje. V současné době se nejvíce používají protokoly DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) a dvě varianty protokolu PIM (Protocol Independent Multicast).
Dosavadní výklad, kdy jsme nerozlišovali mezi běžným směrovačem a směrovačem podporujícím skupinové vysílání, mohl vést k dojmu, že podpora skupinového vysílání je organickou součástí všech směrovačů, a to od nepaměti. Skutečnost je však trochu složitější. Přestože různé normy pamatují na skupinové vysílání již delší dobu (výše citovaný RFC1112 pochází z roku 1989), naráželi vývojáři aplikací skupinového vysílání dlouhou dobu na tvrzení výrobců směrovačů, že skupinové vysílání není třeba podporovat, protože nejsou jeho aplikace. Cesta z této pasti vedla přes implementaci speciálních skupinových směrovačů (multicast router, mrouter) do pracovních stanic připojených do lokálních sítí experimentujících se skupinovým vysíláním. Jejich vzájemné propojení zprostředkovaly tzv. tunely, kdy pakety skupinového vysílání byly zabaleny do přímého vysílání mezi mroutery. V současné době je situace o poznání příznivější, prakticky každý průmyslově vyráběný směrovač podporuje skupinové vysílání a některý směrovací protokol. I tak ovšem nejsou vyloučena nepříjemná překvapení, zejména při změnách verzí programového vybavení směrovačů. Rovněž spolupráce směrovačů různých výrobců má blíže k dobrodružství než k rutinní záležitosti.
V rámci páteřní sítě TEN-34CZ je zhruba rok implementována podpora skupinového vysílání do všech koncových směrovačů této sítě na bázi směrovacího protokolu PIM. Další šíření do částí brněnské metropolitní sítě je podmíněno momentálními možnostmi použitých směrovačů a je předmětem dalšího vývoje.
Jak již bylo zmíněno v úvodu, dosavadní aplikace směřovaly především do oblasti multimédií. V podstatě jednosměrný přenos obrazu a zvuku totiž toleruje jistý stupeň nespolehlivosti přenosu, aniž by došlo k totálnímu znehodnocení celé aplikace. Pohyb obrazu je méně souvislý, zvuk má výpadky, ale obojí lze až po jistou mez tolerovat. Zatím asi nejkomplexnější aplikací skupinového vysílání byl a je projekt sítě MBONE, jímž se zabývá příspěvek Videokonference na Internetu: snadno a rychle v tomto čísle Zpravodaje.
Technologie skupinového vysílání je předmětem intenzivního výzkumu a vývoje, např. v rámci projektu Internet II. Vývoj směřuje několika zajímavými směry, od využití nových postupů v rámci klasické technologie Internetu, umožňujících něco více než výše zmíněnou metodu best effort a tím i kvalitnější přenos multimédií, přes spolupráci s ATM až po zcela nové aplikace, vyžadující zabezpečený přenos. Dá se tudíž s určitostí říci, že se skupinovým vysíláním se na stránkách Zpravodaje nesetkáváme naposledy.
RFC 1112 Host Extensions for IP Multicasting
RFC 1700 Assigned Numbers
předchozí článek
