Trong bài này, ta sẽ cùng nhau đi tìm hiểu về Multicast. Bạn sẽ được biết Multicast là gì? Địa chỉ Multicast có đặc điểm gì?
Trước hết, ta cần biết Multicast là gì?
Có 3 loại lưu lượng truy cập trong mạng gồm:
Ta sẽ sử dụng Unicast nếu muốn gửi tin nhắn từ 1 nguồn đến 1 đích (điểm – điểm). Và sử dụng Broadcast để gửi tin từ 1 điểm đến tất cả các thiết bị trong mạng (điểm – đa điểm).
Vậy khi ta muốn gửi tin nhắn từ một nguồn đến 1 nhóm người nhận (có thể gồm các điểm riêng lẻ và các miền) thì sao? Đó chính là lúc ta cần sử dụng Multicast.
Multicast là một phương pháp truyền dữ liệu từ một nguồn đến nhiều điểm đích trên mạng một cách hiệu quả. Trong multicast, dữ liệu chỉ được gửi đến những thiết bị đăng ký (được gọi là “multicast group”) trong mạng, giảm thiểu lưu lượng trên mạng so với broadcast và giúp tiết kiệm băng thông. Điều này làm cho multicast trở thành lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu truyền tải dữ liệu đến nhiều thiết bị cùng một lúc, như video streaming, audio conferencing, và phân phối file.
Mỗi multicast group được xác định bằng một địa chỉ IP multicast đặc biệt. Khi một thiết bị muốn tham gia vào một multicast group, nó gửi một yêu cầu đăng ký đến router trong mạng. Router sẽ theo dõi các thiết bị đã đăng ký và chỉ gửi dữ liệu multicast tới các thiết bị này.
Địa chỉ IP Multicast
Địa chỉ IP multicast là một dạng địa chỉ IP đặc biệt được sử dụng để nhận dữ liệu multicast từ một nguồn gửi tới nhiều thiết bị mạng cùng một lúc. Địa chỉ này thuộc vào một dải địa chỉ IP được dành riêng cho multicast, được xác định trong các loạt địa chỉ IP đặc biệt và không overlap với các địa chỉ unicast hoặc broadcast. Cụ thể, địa chỉ IP multicast nằm trong dải từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255.
Các địa chỉ IP multicast được sử dụng để định danh cho các nhóm multicast khác nhau trên mạng. Mỗi nhóm multicast có một địa chỉ IP multicast duy nhất. Khi một thiết bị muốn nhận dữ liệu multicast từ một nhóm multicast cụ thể, nó sẽ đăng ký với router trong mạng để thông báo rằng nó muốn tham gia nhóm đó. Router sẽ theo dõi các thiết bị đã đăng ký và chỉ chuyển tiếp dữ liệu multicast tới các thiết bị này.
Địa chỉ IP multicast cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt khác nhau. Ví dụ, một nhóm người dùng có thể sử dụng địa chỉ IP multicast để gửi và nhận dữ liệu trong một cuộc họp trực tuyến. Các dịch vụ streaming video cũng có thể sử dụng multicast để phân phối nội dung đến các máy tính hoặc thiết bị khác nhau trong mạng một cách hiệu quả.
Multicast Group
Multicast Group là một khái niệm quan trọng trong multicast, đề cập đến một nhóm các thiết bị mạng được cùng nhận dữ liệu multicast từ cùng một nguồn gửi. Mỗi multicast group được xác định bằng một địa chỉ IP multicast duy nhất, nằm trong dải địa chỉ multicast được gán riêng.
Khi một nguồn gửi dữ liệu multicast, nó gửi dữ liệu tới một địa chỉ IP multicast cụ thể, chứ không phải địa chỉ IP của từng thiết bị trong nhóm. Các thiết bị mạng trong cùng một multicast group đều quan tâm đến dữ liệu được gửi tới địa chỉ IP multicast này và đăng ký với router để nhận dữ liệu từ nguồn multicast đó.
Quá trình này làm cho việc phân phối dữ liệu trở nên hiệu quả hơn. Thay vì phải gửi dữ liệu riêng lẻ tới từng thiết bị trong mạng, nguồn multicast chỉ cần gửi một bản sao dữ liệu và router sẽ đảm bảo rằng nó chỉ được chuyển tiếp tới các thiết bị trong multicast group.
Giao thức ICMP và Multicast
Internet Group Management Protocol (IGMP) là một giao thức mạng được sử dụng để quản lý việc tham gia và rời khỏi các multicast group trên mạng. Giao thức này được sử dụng chủ yếu trong mạng IP để đảm bảo rằng dữ liệu multicast chỉ được chuyển tiếp đến các thiết bị mạng mà thực sự quan tâm đến nó, giúp giảm lưu lượng mạng không cần thiết và tăng hiệu suất mạng.
Dưới đây là các tính năng và cách hoạt động của IGMP:
- Quản lý đăng ký: IGMP cho phép các thiết bị mạng gửi yêu cầu đăng ký cho router để tham gia vào một multicast group cụ thể. Khi một thiết bị muốn nhận dữ liệu multicast từ một nhóm multicast, nó gửi một gói tin IGMP đăng ký tới router.
- Thời gian tồn tại (TTL): IGMP sử dụng cơ chế Time-To-Live (TTL) trong các gói tin để đảm bảo rằng dữ liệu multicast không được truyền qua nhiều hơn một số lượng nhất định của các router. Điều này ngăn chặn việc dữ liệu multicast lặp lại và tiết kiệm băng thông mạng.
- Thời gian timeout: Khi một thiết bị không còn quan tâm đến một multicast group nữa, nó có thể gửi một gói tin IGMP rời khỏi (Leave) tới router để thông báo việc rời khỏi nhóm đó. Sau một khoảng thời gian timeout, router sẽ xóa thiết bị này khỏi danh sách tham gia của multicast group.
- Phiên bản: IGMP có nhiều phiên bản khác nhau, bao gồm IGMPv1, IGMPv2 và IGMPv3. Các phiên bản này có các cải tiến khác nhau, bao gồm hỗ trợ cho các tính năng như điều chỉnh độ ưu tiên của các multicast group, quản lý cụ thể đối với IPv6, và hỗ trợ cho các dịch vụ đa phương tiện phức tạp.
Giao thức định tuyến PIM và Multicast
Protocol Independent Multicast (PIM) là một giao thức định tuyến độc lập với giao thức được sử dụng để chuyển tiếp các gói tin multicast giữa các subnet trong mạng. Điều này có nghĩa là PIM không phụ thuộc vào bất kỳ giao thức định tuyến cụ thể nào và có thể hoạt động trên một loạt các môi trường mạng, bao gồm mạng LAN và mạng WAN.
Dưới đây là một số đặc điểm và cách hoạt động của PIM:
- Độc lập với giao thức định tuyến: PIM hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến như RIP, OSPF hoặc BGP. Điều này có nghĩa là PIM có thể được triển khai và sử dụng trên các mạng với nhiều loại giao thức định tuyến khác nhau mà không cần sửa đổi cấu hình của chúng.
- Cơ chế định tuyến tree: PIM sử dụng một cơ chế định tuyến tree (cây định tuyến) để chuyển tiếp các gói tin multicast từ nguồn gửi đến các thiết bị nhận trong mạng. Có hai loại cây định tuyến chính được sử dụng bởi PIM: Sparse Mode (PIM-SM) và Dense Mode (PIM-DM).
- PIM-SM (Sparse Mode): PIM-SM được sử dụng trong các mạng nơi các nhóm multicast không phổ biến và có ít thiết bị nhận. Trong PIM-SM, chỉ có những địa chỉ IP nhóm multicast mà có thiết bị nhận được đăng ký mới được chuyển tiếp qua các đường link.
- PIM-DM (Dense Mode): PIM-DM thích hợp cho các mạng mà các nhóm multicast phổ biến và có nhiều thiết bị nhận. Trong PIM-DM, các gói tin multicast được chuyển tiếp tới tất cả các đường link cho đến khi gặp một router hoặc subnet mà không có thiết bị nhận đăng ký cho nhóm đó.
- Các router PIM: Các router trong mạng được cấu hình để chạy PIM và tham gia vào các tiến trình định tuyến multicast. Các router này sẽ thực hiện việc chuyển tiếp các gói tin multicast tới các đường link chính xác dựa trên thông tin đăng ký từ các thiết bị nhận.
Định tuyến gói tin Multicast
Routing Multicast, hay định tuyến đa điểm đến điểm, là một phần quan trọng trong việc điều hướng dữ liệu multicast trên mạng. Để dữ liệu multicast có thể đến được tất cả các thiết bị trong multicast group, cần có một hệ thống định tuyến đặc biệt. Hệ thống này sử dụng các giao thức định tuyến multicast như Protocol Independent Multicast (PIM) để điều khiển quá trình chuyển tiếp dữ liệu.
Quá trình định tuyến multicast thường sử dụng các cơ chế định tuyến tree, trong đó có cây định tuyến theo nguồn (source-based tree) và cây định tuyến chia sẻ (shared tree). Các gói tin multicast được chuyển tiếp từ nguồn gửi tới tất cả các thiết bị nhận trong multicast group thông qua các đường link thích hợp, dựa trên thông tin đăng ký từ các thiết bị nhận và quyết định của router định tuyến.
Với Routing Multicast, dữ liệu multicast được phân phối một cách hiệu quả và tiết kiệm băng thông mạng. Các giao thức định tuyến multicast cung cấp khả năng linh hoạt và mở rộng, cho phép triển khai trên một loạt các môi trường mạng mà không cần sửa đổi cấu hình của chúng.
Multicast với Unicast và Broadcast
So với broadcast và unicast, Multicast giúp giảm thiểu lưu lượng mạng đáng kể bằng cách chỉ gửi dữ liệu tới các thiết bị thực sự quan tâm đến nó. Điều này mang lại nhiều lợi ích:
Trước hết, Multicast giúp tiết kiệm băng thông mạng. Trong broadcast, mỗi gói tin được gửi tới tất cả các thiết bị trong mạng, dẫn đến lưu lượng mạng không cần thiết. Trong khi đó, Multicast chỉ chuyển tiếp dữ liệu tới các thiết bị đã đăng ký trong multicast group, giảm thiểu lưu lượng mạng một cách đáng kể.
Tiếp theo, Multicast cung cấp hiệu suất cao hơn cho mạng. Bằng cách giảm thiểu lưu lượng không cần thiết, Multicast tối ưu hóa quá trình chuyển tiếp dữ liệu và giảm thiểu độ trễ trong việc truyền tải dữ liệu.
Đặc biệt, Multicast phù hợp với các ứng dụng phân phối đa điểm như video streaming, audio conferencing, và các dịch vụ truyền thông nhóm. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các mạng cần phân phối dữ liệu tới nhiều thiết bị cùng một lúc.
Thông Tin Về Tác Giả
Nguyễn Thành Hợp là một chuyên gia về lĩnh vực thiết bị mạng, viễn thông gần 10 năm kinh nghiệm với nhiều chứng chỉ chất lượng như CCNA 200-301, CCNP, CCDA, CCDP,... do Cisco cung cấp. Sở thích cá nhân là khám phá những kiến thức mới mẻ về công nghệ nói chung và đặc biệt là liên quan đến lĩnh vực mạng!
