Multicast là gì | Trong guide Cấu hình iptv fpt trên pfsense thì có nhắc đến Multicast nên mình cũng có tìm hiểu Multicasst là gì, và tại sao lại được sữ dụng trong dịch vụ truyền hình itpv fpt. Sau khi tìm hiểu một số bài chia sẽ trên internet thì mình có tổng hợp lại được các kiến thức liên quan đến câu hỏi Multicast là gì như sau.

Multicast là gì?

Multicast là cách thức truyền tin được gửi từ một điểm đến một tập hợp các điểm khác. Dữ liệu được gửi đi có thể là âm thanh, video hoặc hình ảnh,…. Multicast là mô hình giao tiếp một chiều, thế nên người nhận sẽ không thể gửi dữ liệu ngược lại. Kỹ thuật này được sử dụng theo mô hình OSI trong tầng network. Lợi thế của Multicast là cùng một lúc thông điệp được gởi tới nhiều người tham gia hoặc tới một nhóm người sử dụng được xác định trước. Multicast hữu ích nếu một nhóm khách hàng yêu cầu một bộ dữ liệu chung cùng một lúc. Việc truyền tin Multicast sẽ giúp tiết kiệm băng thông mạng. Multicast khác với Broadcast vì nó có tính chọn lọc cao hơn.

Multicast hoạt động như thế nào?

Multicast sẽ được bắt đầu từ Server đảm nhiệm vai trò gửi gói tin dữ liệu cho hàng loạt người nhận khác nhau. Thiết bị nhận bắt buộc phải sử dụng địa chỉ IP nằm trong vùng IP được thiết kế cho việc lưu thông Multicast. Nó dao động từ 224.0.0.0 cho đến 239.255.255.255.

Sau khi Router nhận được dữ liệu lưu thông từ Multicast, nó sẽ cần đến giao thức IGMP (Internet Group Management Protocol) để xác định xem đâu là thiết bị kết nối nguồn nhận dữ liệu. Giao thức IGMP được hiểu là giao thức giao tiếp cho thiết bị mạng tạo ra nhóm Multicast. 

Ưu điểm và nhược điểm của Multicast là gì?

Ưu điểm:

• Multicast sở hữu rất nhiều ưu điểm vượt trội, trong đó nổi bật nhất là là khả năng ổn định cao. Phương thức giao tiếp này có thể gửi Data đến số lượng lớn người nhận mà không làm ảnh hưởng đến tốc độ mạng hay khiến Server bị quá tải. 
• Một ưu điểm nổi bật khác của Multicast đó là mạng viễn thông của Multicast giúp tiết kiệm băng thông đáng kể. Khi sử dụng Multicast, người gửi chỉ cần gửi duy nhất một luồng dữ liệu cho nhiều người nhận khác nhau. Còn nếu không sử dụng Multicast, bạn sẽ phải gửi hàng loạt luồng dữ liệu trong cùng một lúc. Nó sẽ khiến cho băng thông sử dụng tăng lên rất nhiều. 
• Ngoài ra thì Multicast còn giúp giảm thiểu tình trạng CPU Load trên máy trạm. Theo đó, Multicast sẽ hạn chế vấn đề quá tải cho CPU bằng cách nhận dạng và loại bỏ những dữ liệu không cần thiết ngay tại tầng liên kết dữ liệu của máy trạm.

Nhược điểm:

• Bên cạnh những ưu điểm của mình, Multicast vẫn tồn tại những điểm hạn chế nhất định. Đầu tiên là việc Multicast có khả năng gây ra vấn đề nghẽn mạng. Bởi vì cơ chế của TCP Window không hỗ trợ giao thức UDP thế nên Multicast dễ gây ra hiện tượng tắc nghẽn mạng. 
• Hơn nữa, Multicast đôi khi còn gửi gói tin mạng trùng lặp. Nền tảng này vẫn còn nhiều phần chưa được xác thực và vẫn là đề tài đang được nghiên cứu.

Các giao thức định tuyến của Multicast.

Multicast không sở hữu bất kỳ giao thức định tuyến cố định nào. Thay vào đó là 3 giao thức điển hình sẽ được LANIT mô tả như sau:

Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP)

Giao thức định tuyến đa hướng vector khoảng cách (hay còn gọi là DVMRP) được tìm thấy trong RFC 1075. Nó giúp cho việc định tuyến gói tin mạng Multicast trở nên thuận tiện hơn giữa các mạng lưới mạng IP với nhau.  

Protocol Independent Multicast (PIM)

Protocol Independent Multicast (PIM) là định thức giao tuyến thứ 2 của Multicast. PIM được định nghĩa là một họ giao thức định tuyến vì nó không sở hữu bảng giao tuyến riêng. Thay vào đó, PIM sở hữu 2 chế độ hoạt động riêng biệt như sau: 

• Chế độ dense (PIM – DM): Ở chế độ này, luồng dữ liệu của Multicast sẽ được gửi đi đến toàn mạng lưới định tuyến cho đến khi họ ngắt kết nối khỏi nhánh Multicast. 
• Chế độ Spare (PIM – SM): Còn ở chế độ Spare, các kết nối Multicast sẽ được kiểm soát bởi một Hub tạo ra từ các điểm tụ định tuyến.  

Multicast Open Shortest Path First (MOSPF).

Giao thức định tuyến thứ 3 của Multicast chính là Multicast Open Shortest Path First. MOSPF là giao thức mở rộng của giao thức định tuyến OSPF chuyên dùng cho Multicast. MOSPF cho phép Multicast định tuyến trong mạng lưới dựa trên OSPF. Nó cho phép mỗi bộ định tuyến sở hữu cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh của mạng lưới Topology. 

Phân biệt giữa Unicast, Multicast và Broadcast.

Ngoài Multicast ra vẫn có những phương thức giao tiếp khác được sử dụng rất phổ biến đó là Unicast và Broadcast. Hãy cùng LANIT phân biệt xem Unicast, Multicast và Broadcast có những điểm khác biệt ra sao nhé. 

Yếu Tố So Sánh	Multicast	Unicast	Broadcast
Định nghĩa	Một nguồn độc lập sẽ gửi một dữ liệu giống nhau cho hàng loạt người nhận ở cùng một thời điểm.	Một nguồn độc lập gửi dữ liệu cho một đích đến duy nhất.	Một nguồn độc lập gửi dữ liệu cho tất cả đích đến.
Cách thức tương tác	Tương tác diễn ra giữa một người gửi và rất nhiều người nhận cùng lúc.	Tương tác chỉ diễn ra giữa một người gửi và một người nhận.	Tương tác diễn ra giữa một người gửi và tất cả người nhận khả dụng.
Cách thức hoạt động	Dữ liệu được luân chuyển khi nhận yêu cầu từ những người nhận cùng lúc.	Dữ liệu chỉ được luân chuyển khi nhận yêu cầu từ một người nhận duy nhất.	Dữ liệu được luân chuyển cho tất cả người nhận bất kể có nhận được yêu cầu hay không.
Độ bảo mật	Có độ bảo mật cao vì dữ liệu được gửi đến một nhóm người nhận nhất định	Độ bảo mật cao nhất vì dữ liệu được gửi đến một đích đến độc nhất	Độ bảo mật thấp do dữ liệu được gửi đến tất cả thiết bị trong mạng lưới
Độ trễ	Có độ trễ trung bình	Có độ trễ thấp	Có độ trễ cao

Một vài ứng dụng của Multicast.

Hiện nay, Multicast được ứng dụng trong rất nhiều ngành nghề khác nhau như:

• Mã chứng khoán: Trong trường hợp này, tất cả những người tham gia thị trường phải nhận được thông tin giống nhau tại cùng một thời điểm để đảm bảo thị trường công bằng, vì vậy Multicast là một cách lý tưởng để phân phối dữ liệu. 
• Biển quảng cáo điện tử: Những người quản lý quảng cáo có thể chuyển đổi nội dung của những biển quảng cáo được chọn bằng cách dữ liệu hóa hình ảnh thông qua mạng lưới Multicast. Điều này giúp người dùng có thể cho quảng cáo xuất hiện ở đâu tùy vào địa điểm biển quảng cáo được đặt.
• Truyền hình internet (IPTV): Giao thức Multicast hiện được ứng dụng rộng rãi trong việc truyền tải nội dung truyền hình đến người xem qua mạng lưới IP. Người gửi nội dung truyền hình sẽ truyền dữ liệu trong một luồng phát sóng duy nhất thay vì phải dùng nhiều luồng khác nhau cho từng người nhận như Unicast. 

Các vấn đề gặp phải khi sữ dụng Multicast.

Có hai vấn đề cơ bản khi cung cấp các luồng dữ liệu Multicast:

• Đầu tiên là cách cho phép người nhận đăng ký dữ liệu phát đa hướng mà họ muốn và cách hủy đăng ký dữ liệu mà họ không muốn nhận nữa. 
• Thứ hai là làm thế nào để chuyển tiếp các gói đó từ máy chủ đến tất cả các máy thu để mỗi gói được chuyển tiếp một lần và chỉ một lần, bất kể mọi thứ được kết nối với nhau như thế nào.

Thông thường, 2 vấn đề trên sẽ được giải quyết bằng cách sử dụng hai giao thức:

• IGMP (Giao thức quản lý nhóm Internet) xử lý việc tham gia và rời khỏi các luồng đa hướng cho các bộ thu riêng lẻ.
• PIM (Protocol Independent Multicast) là giao thức mà các thiết bị mạng Lớp 3 như bộ định tuyến sử dụng để xây dựng và quản lý cấu trúc cây phân phối đa hướng trên toàn mạng.

IGMP.

Mặc dù các địa chỉ IP multicast xuất hiện trong trường “đích” của tiêu đề gói Multicast trông giống như các địa chỉ IPv4 hoặc IPv6 thông thường, chúng thực sự là các địa chỉ “nhóm” đề cập đến tất cả các thành viên của nhóm.

Một thiết bị có thể tham gia nhóm bằng cách gửi thông báo IGMP đến địa chỉ IP của nhóm. Gói tin này được nhận bởi một bộ định tuyến Multicast trên phân đoạn và bộ định tuyến làm bất cứ điều gì cần thiết để bắt đầu chuyển tiếp luồng dữ liệu đến thiết bị này.

Các gói báo cáo thành viên IGMP luôn được gửi với giá trị TTL là 1 để chúng không thể rời khỏi phân đoạn mạng hiện tại.

IGMP snooping.

Có một tính năng quan trọng của Lớp 2 cho IGMP được gọi là IGMP snooping. Khi IGMP Snooping được bật, thiết bị Lớp 2 như bộ chuyển mạch Ethernet nhận các phản hồi từ IGMP cũng như bộ định tuyến. 

Sau đó, switch (bộ chuyển mạng) có thể sử dụng thông tin này để đảm bảo rằng chỉ những thiết bị thực sự muốn nhận nhóm phát Multicast này mới nhận được dữ liệu, thay vì tất cả các thiết bị trên phân đoạn.

Trong nhiều trường hợp, switch cũng chặn các báo cáo thành viên và theo dõi nhóm nào được yêu cầu trên mỗi VLAN. Nó có thể trở thành một “người vận chuyển” proxy thay mặt cho VLAN, yêu cầu các nhóm được chỉ định và phân phối chúng đến các thiết bị đầu cuối bên phải. 

Đồng thời, nó có thể theo dõi thời điểm không có thiết bị nào trên phân khúc vẫn quan tâm đến từng nhóm và gửi báo cáo IGMP “rời đi” tới bộ định tuyến phát đa hướng để yêu cầu nó ngừng chuyển tiếp nhóm này.

PIM.

Vì các gói báo cáo thành viên IGMP luôn được gửi với giá trị TTL là 1, chúng không thể được sử dụng để tìm nguồn trên một Segment mạng khác. Để làm được điều đó, người ta thường sử dụng PIM (Giao thức đa phương thức độc lập).

“Tính độc lập của giao thức” nghĩa là nó có thể sử dụng bất kỳ giao thức định tuyến IP nào, bao gồm cả các tuyến tĩnh nếu cần. Nó không cần phải phân phối các định tuyến riêng biệt của mình hoặc duy trì một bảng định tuyến multicast riêng biệt.

Các router sẽ tham gia vào PIM. Mỗi bộ định tuyến sử dụng bảng định tuyến unicast của nó để tìm kiếm đường dẫn ngắn nhất quay trở lại nguồn phát đa hướng. Đây được gọi là RPF (Chuyển tiếp đường dẫn ngược). 

Khi sử dụng RPF, mỗi bộ định tuyến có thể quyết định giao diện mà nó sẽ nhận nhóm phát đa hướng thông qua. Miễn là tất cả các bộ định tuyến trong mạng chấp nhận về bảng định tuyến unicast, điều này sẽ tạo thành một cấu trúc cây đáng tin cậy, tương tự như spanning free, sẽ không có vòng lặp.

PIM có hai chế độ hoạt động: chế độ dày đặc và chế độ thưa thớt. Chế độ dày đặc thường không được khuyến khích ngoại trừ các mạng đa hướng nhỏ nhất và đơn giản nhất. 

Rendezvous Point.

Điểm hẹn (Rendezvous Points) trong mạng chế độ PIM thưa thớt tồn tại để tìm nhóm phát Multicast và source. 

RP là một bộ định tuyến khác trên mạng. Khi thiết bị nguồn bắt đầu gửi các gói đa hướng của nó, bộ định tuyến đầu tiên, trên cùng phân đoạn với nguồn, nhận gói đó và chuyển tiếp đến bộ định tuyến RP. Bước đầu tiên này được gọi là “đăng ký”, được thực hiện bằng cách sử dụng unicast.

RP có hai chức năng: Nó duy trì một bảng tất cả các nguồn cho mỗi nhóm, đồng thời nó cũng nhận và phân phối lại tất cả các nhóm mà nó đã chịu trách nhiệm.

Nguồn Tham Khảo:

• Multicast là gì? 2 cách sử dụng chính của mạng Multicast (vietnix.vn)
• Multicast là gì? Ưu Điểm & Cách Thức Hoạt Động của Multicast (lanit.com.vn)