マルチキャストの概要

マルチキャストとユニキャストの比較

Junos® オペレーティングシステム(Junos OS)ルーティングプロトコルプロセスは、多種多様なルーティングプロトコルをサポートしています。これらのルーティングプロトコルは、クライアントとサーバーの1ペア間で送信される ユニキャスト トラフィックストリームだけでなく、単一のサーバーソースと多くのクライアント受信者の間でビデオ、オーディオ、またはその両方を含む マルチキャスト トラフィックストリームのネットワーク情報をルーティングデバイス間で伝送します。マルチキャストに使用されるルーティング プロトコルは、ユニキャスト ルーティング プロトコルとは多くの重要な点で異なります。

情報は、ユニキャスト、ブロードキャスト、マルチキャストの 3 つの基本的な方法でネットワーク経由で配信されます。

ユニキャスト、ブロードキャスト、マルチキャストの違いは、以下のように要約できます。

• ユニキャスト:1 対 1、1 つの送信元から 1 つの宛先へ。

• ブロードキャスト: 1 対すべて、1 つのソースからすべての可能な宛先へ。

• マルチキャスト:1対多で、1つの送信元から複数の宛先まで、トラフィックの受信に関心を示しています。

  手記：

  このリストには、オンラインゲームやビデオ会議など、同じレシーバーのソースが多数あり、レシーバーがソースを兼ねることが多い多対多アプリケーションの特別なカテゴリは含まれていません。多対多は、1対多のマルチキャストを繰り返し採用するサービスモデルであるため、固有のプロトコルは必要ありません。元のマルチキャスト仕様である RFC 1112 では、ASM(Any-Source Multicast)多対多モデルと SSM(Source-Specific Multicast)の 1 対多モデルの両方がサポートされていました。

ユニキャスト トラフィックでは、ネットワーク上を移動する IP パケットの多数のストリームが、Web サイト サーバーなどの 1 つの送信元からクライアント PC などの 1 つの宛先に流れます。ユニキャスト トラフィックは、依然としてネットワーク上で最も一般的な情報転送形式です。

ブロードキャスト トラフィックは、単一の送信元からネットワーク上で到達可能なすべての宛先(通常は LAN)に流れます。ブロードキャストは、トラフィックが宛先に確実に届くようにする最も簡単な方法です。

テレビネットワークは、ブロードキャストを使用してビデオとオーディオを配信します。テレビネットワークがケーブルテレビ(CATV)システムであっても、ソース信号はすべての可能な宛先に到達するため、一部のチャンネルのコンテンツがスクランブルされる主な理由です。各エンドユーザーのデバイスに絶えず届く膨大な量の不要な情報、スクランブルの複雑さと影響、および関連するプライバシーの問題のために、インターネット上でのブロードキャストは実現できません。

マルチキャスト トラフィックは、ユニキャスト(1 つの送信元、1 つの宛先)とブロードキャスト(1 つの送信元、すべての宛先)の両極端の間に位置します。マルチキャストは、「1つの送信元、多くの宛先」のトラフィック分散方法であり、特定のソースから情報を受信する必要性を明示的に示す宛先のみがトラフィックストリームを受信することを意味します。

IPネットワークでは、宛先(クライアント)が送信元(サーバー)と直接通信することはあまりないため、送信元と宛先の間のルーティングデバイスは、トラフィックをでたらめにルーティングしないように、ユニキャストまたはマルチキャストの観点からネットワークのトポロジーを決定できる必要があります。マルチキャスト ルーティング デバイスは、1 つの入力インターフェイスで受信したパケットを複製し、複数の出力インターフェイスにコピーを送信します。

IPマルチキャストでは、送信元と宛先はほとんどの場合、ルーティングデバイスではなくホストです。マルチキャスト ルーティング デバイスは、マルチキャスト トラフィックをネットワーク上で送信元から宛先に分散します。マルチキャスト ルーティング デバイスは、ネットワーク上のマルチキャスト ソースを見つけ、複数のインターフェイスでパケットのコピーを送信し、ルーティング ループを防止し、関心のある宛先を適切な送信元に接続し、不要なパケットのフローを最小限に抑える必要があります。標準マルチキャスト ルーティング プロトコルは、これらの機能のほとんどを提供しますが、一部のルーター アーキテクチャはパケットの複数のコピーを送信できないため、マルチキャストを直接サポートしていません。

IPマルチキャストの用途

マルチキャストにより、IPネットワークは、インターネットの初期段階で普及していたデータ配信のユニキャストモデル以上のものをサポートできます。マルチキャストは、もともと 1989 年の RFC 1112 でホスト拡張として定義され、1 対多または多対多として特徴付けられるトラフィック フローを効率的に配信する方法を提供します。

ユニキャストトラフィックは、厳密にはデータアプリケーションに限定されません。電話での会話には、ワイヤレスかどうかにかかわらず、デジタル オーディオ サンプルが含まれており、デジタル写真やビデオが含まれている場合があり、それでも 1 つのソースから 1 つの宛先に流れます。同様に、マルチキャスト トラフィックは、厳密にはマルチメディア アプリケーションに限定されません。一部のデータ アプリケーションでは、多くの PC に配信されるニュースや株価ティッカー サービスのように、1 つの送信元からパケットを必要とする多数の宛先にトラフィックのフローが発生します。このため、マルチキャストの宛先では、リスナーよりもレシーバーという用語が優先されますが、どちらの用語も共通です。

ユニキャストで機能し、マルチキャストの方が適しているネットワークアプリケーションには、コラボレーショングループウェア、テレビ会議、定期的または「プッシュ」データ配信(株価、スポーツの試合、雑誌、新聞、広告)、サーバーやWebサイトの複製、戦争シミュレーションや仮想現実などの分散型インタラクティブシミュレーション(DIS)などがあります。1対多または多対多のデータや、複数の受信機を持つマルチメディアアプリケーションのネットワークリソースのオーバーヘッドを削減することに関心のあるIPネットワークは、マルチキャストからメリットを得られます。

ユニキャストがラジオやニュースのティッカー サービスで採用されている場合、各ラジオや PC は、PC のリスナーや視聴者ごとに個別のトラフィック セッションを持つ必要があります (これは、実際には一部の Web ベースのサービスで採用されている方法です)。サーバーによって消費される処理負荷と帯域幅は、サーバーに「チューニング」する人が増えるにつれて直線的に増加します。これは、インターネットのグローバルな規模を扱う場合、非常に非効率的です。ユニキャストは、パケット重複の負荷をサーバーにかけ、ユーザー数の増加に伴ってバックボーン帯域を消費するようになります。

代わりにブロードキャストが採用された場合、送信元はブロードキャスト宛先アドレスを使用して単一のIPパケットストリームを生成できます。ブロードキャストはサーバーパケットの重複の問題を解消しますが、IPブロードキャストは単一のサブネットワークにしか送信できず、IPルーティングデバイスは通常、IPサブネットワークを別々のインターフェイスで分離するため、これはIPに適したソリューションではありません。たとえ、IPパケットストリームが文字通りどこにでも到達できるようにアドレス指定でき、どのソースにも「チューニング」する必要がまったくなかったとしても、帯域幅の負担と、利害関係のないホストが大量のパケットを破棄する必要があるため、ブロードキャストは極めて非効率的になります。ブロードキャストは、パケット拒否の負荷を各ホストに課し、バックボーン帯域幅を最大限消費します。

ラジオ局やニュースのティッカートラフィックの場合、マルチキャストは最も効率的で効果的な結果を提供し、他の方法の欠点や利点はありません。マルチキャストパケットの単一の送信元が、 関心のある すべての受信者に届きます。ブロードキャストと同様に、送信ホストは IP パケットの 1 つのストリームのみを生成するため、受信者が 1 人でも 100 万人でも負荷は一定に保たれます。ネットワークルーティングデバイスは、パケットを複製し、パケットを適切な受信者に配信しますが、ルーティングデバイスの新しい役割は複製の役割だけです。まったく関係のない受信者で構成されるサブネットにつながるリンクは、マルチキャスト トラフィックを伝送しません。マルチキャストにより、送信者、ネットワーク、受信者の負担を最小限に抑えることができます。

IPマルチキャストの用語

マルチキャストには、IPマルチキャスト ルーティング デバイスおよびネットワークに適用される独自の用語と頭字語セットがあります。 図 1 は、IPマルチキャスト ネットワークで一般的に使用される用語の一部を示しています。

マルチキャストネットワークでは、パケットを複製できるため、マルチキャスト対応のルーティングデバイスが主要コンポーネントとなります。IPマルチキャストネットワークのルーティングデバイスは、基になるユニキャストネットワークとまったく同じトポロジーを持ち、マルチキャストルーティングプロトコルを使用して、受信機(リスナーのマルチメディアへの影響よりも好ましいが、リスナーも使用される)をソースに接続する配信ツリーを構築する。マルチキャスト用語では、配信ツリーは送信元をルートとします(配信ツリーのルートが送信元です)。送信元に向かうルーティング デバイス上のインターフェイスがアップストリーム インターフェイスですが、より正確でない「着信」または「インバウンド インターフェイス」という用語も使用されます。帯域幅の使用を最小限に抑えるには、ルーティング デバイス上の 1 つのアップストリーム インターフェイスのみがマルチキャスト パケットを受信するのが最善です。受信者に向かうルーティング デバイスのインターフェイスはダウンストリーム インターフェイスですが、より正確ではない「発信」または「発信インターフェイス」という用語も使用されます。ルーティングデバイスには 0 から N–1 のダウンストリームインターフェイスが存在する場合があります。ここで、N はルーティングデバイス上の論理インターフェイスの数です。ループを防ぐために、アップストリームのインターフェイスは、ダウンストリームのマルチキャスト パケットのコピーを受信してはなりません。

図 1:IP ネットワーク のマルチキャスト用語

マルチキャストネットワークでは、ルーティングループは悲惨な結果をもたらします。これは、パケットが繰り返し複製されるリスクがあるためです。最新のマルチキャスト ルーティング プロトコルの複雑さの 1 つは、ユニキャスト ルーティング プロトコルよりもはるかに厳密に、パケットごとにルーティング ループを回避する必要があることです。

ループ防止のためのリバースパスフォワーディング

ルーティング デバイスのマルチキャスト転送状態は、受信者から配信ツリーのルートに戻るリバース パスに基づいて、より論理的に実行されます。RPF では、受信したすべてのマルチキャスト パケットが RPF チェックに合格しなければ、どのインターフェイスでも複製または転送できません。

ルーターは、インターフェイスでマルチキャスト パケットを受信すると、 source アドレスを検証します。次に、ルーターは、ユニキャスト ルート経由で送信元に戻るために、同じアドレスを destination アドレスとして使用できるかどうかを確認します。ユニキャスト ルーティングテーブルで見つかった発信インターフェイスが、マルチキャスト パケットが受信されたインターフェイスと同じである場合、パケットは RPF チェックに合格します。

RPF チェックに失敗したマルチキャスト パケットは、受信インターフェイスが送信元に戻る最短パス上にないため、破棄されます。ルーティング・デバイスは、RPF の目的のために、個別のテーブルを構築し、維持することができます。

ループ防止のための最短パスツリー

マルチキャストに使用される配信ツリーは、送信元をルートとする最短パス ツリー(SPT)ですが、送信元がネットワークの周辺にある場合、このパスは長くなる可能性があります。配信ツリーとしてバックボーンに shared tree を提供することで、マルチキャストソースをネットワーク内のより中央に配置します。コア ネットワークにルートを持つ共有ディストリビューション ツリーは、スパース モード マルチキャスト プロトコルの機能であるランデブー ポイント(RP)として動作するマルチキャスト ルーティング デバイスによって作成および維持されます。

ループ防止のための管理スコーピング

スコーピングは、マルチキャストパケットを転送できるルーティングデバイスとインターフェイスを制限します。マルチキャスト スコーピングは、RFC 2365, Administratively Scoped IP Multicast で説明されているように、マルチキャスト アドレスの範囲がスコーピング目的で予約されているという意味でadministrativeます。境界のルーティング デバイスは、マルチキャスト パケットをフィルタリングし、パケットが設定された制限を超えないようにする必要があります。

マルチキャスト リーフおよびブランチの用語

少なくとも 1 つの関心のある受信者を持つルーティング デバイス上のホストを持つ各サブネットワークは、ディストリビューション ツリー上の リーフ です。ルーティング・デバイスは、異なるインタフェース上に複数のリーフを持つことが可能で、IPマルチキャスト・パケットのコピーをリーフのある各インタフェースに送信する必要があります。新しいリーフ サブネットワークがツリーに追加されると(つまり、ホスト サブネットワークへのインターフェイスが以前にマルチキャスト パケットのコピーを受信していない場合)、新しい ブランチ が構築され、リーフがツリーに参加し、複製されたパケットがインターフェイス上に送信されます。特定のインターフェイスのリーフ数は、ルーティング デバイスに影響しません。このアクションは、1 つのリーフでも 100 のリーフでも同じです。

その IP サブネットワークにつながるルーティング デバイス インターフェイスに関係するホストがいないためにブランチにリーフが含まれていない場合、ブランチは配信ツリーから プルーニング され、マルチキャスト パケットはそのインターフェイスから送信されません。パケットが複製されて複数のインターフェイスから送信されるのは、配信ツリーがルーティングデバイスで分岐する場合だけで、リンクが重複したパケットフローを伝送することはありません。

通常は同じマルチキャスト送信元から IP パケットの同じストリームを受信するホストの集合体を グループと呼びます。IPマルチキャストネットワークでは、トラフィックはIPマルチキャストアドレスまたは グループアドレスに基づいてマルチキャストグループに配信されます。グループはリーフの場所を決定し、リーフはマルチキャスト ネットワーク上のブランチを決定します。

IPマルチキャストアドレッシング

マルチキャストは、クラス D の IP アドレス範囲(224.0.0.0 から 239.255.255.255)を使用します。クラス D アドレスは、クラスフル アドレスの概念全体が廃止されたため、一般に マルチキャスト アドレス と呼ばれます。マルチキャスト アドレスは、IP パケットの送信元アドレスとして表示することはできず、パケットの宛先としてのみ使用できます。

マルチキャスト アドレスの通常、プレフィックス長は /32 ですが、他のプレフィックス長も可能です。マルチキャストアドレスは、受信者の論理グループを表しており、デバイスの物理的なコレクションではありません。マルチキャストアドレスのブロックは、従来の表記法でプレフィックス長の観点から記述することもできますが、それは便宜上のためです。たとえば、232.0.0.0 から 232.255.255.255 までのマルチキャストアドレスの範囲は、232.0.0.0/8 または 232/8 と記述できます。

インターネット サービス プロバイダー (ISP) は、マルチキャスト アドレスが物理デバイスではなくコンテンツに関連するため、通常、マルチキャスト アドレスを顧客に割り当てません。受信者には独自のマルチキャスト アドレスは割り当てられませんが、コンテンツのマルチキャストアドレスを知る必要があります。ソースにマルチキャストアドレスを割り当てる必要があるのは、コンテンツを生成するためだけであり、ネットワーク内の場所を識別するためではありません。すべての送信元と受信者には、通常のユニキャスト IP アドレスが必要です。

マルチキャストアドレッシングは、ほとんどの場合、受信者を参照し、マルチキャストコンテンツの送信元は、通常、コンテンツを生成するマルチキャストグループのメンバーでさえありません。送信元が生成するパケットを監視する必要がある場合、監視はローカルで行うことができ、パケットをネットワークを通過する必要はありません。

多くのアプリケーションには、独自の使用のためにマルチキャスト アドレスの範囲が割り当てられています。これらのアプリケーションは、そのアプリケーションによって作成されたセッションにマルチキャストアドレスを割り当てます。通常、マルチキャストアドレスを静的に割り当てる必要はありませんが、割り当てることは可能です。

マルチキャストアドレス

マルチキャスト ホスト グループ アドレスは、上位 4 ビットが 1110 の IP アドレスとして定義され、アドレス範囲は 224.0.0.0 から 239.255.255.255、または単に 224.0.0.0/4 になります。(これらのアドレスは、クラス D アドレスとも呼ばれます。

IANA(Internet Assigned Numbers Authority)は、登録されている IPマルチキャスト グループのリストを管理しています。ベース アドレス 224.0.0.0 は予約済みであり、どのグループにも割り当てできません。224.0.0.1 から 224.0.0.255 までのマルチキャスト アドレスのブロックは、ローカル ワイヤ用に予約されています。この範囲のグループは、ルーティングプロトコルやローカル検出メカニズムなど、さまざまな用途に割り当てられます。

239.0.0.0 から 239.255.255.255 までの範囲は、管理スコープのアドレス用に予約されています。管理上有効範囲のマルチキャスト アドレス宛てのパケットは、設定された管理境界を越えることはなく、また、管理上有効範囲のマルチキャスト アドレスはローカルに割り当てられるため、これらのアドレスは管理境界を越えて一意である必要はありません。

レイヤー 2 フレームと IPv4 マルチキャスト アドレス

LAN でのマルチキャストは、レイヤ 2 でのマルチキャストの調査を開始するのに適した場所です。レイヤー 2 では、マルチキャストは、IPv4 または IPv6 のパケットやアドレスではなく、MAC(メディア アクセス制御)のフレームやアドレスを扱います。ルーティング デバイスを持たない単一の LAN で、マルチキャスト ソースが特定のグループに送信する場合を考えてみましょう。残りのホストは、マルチキャスト グループのコンテンツに関心のある受信者です。そのため、マルチキャスト送信元ホストは、ユニキャストIPアドレスを送信元、マルチキャストグループアドレスを宛先としてパケットを生成します。

このパケットを含むフレームで使用されているMACアドレスはどれですか。パケット送信元アドレス(マルチキャストコンテンツを発信するホストのユニキャストIPアドレス)は、送信元のMACアドレスに簡単かつ直接変換できます。しかし、パケットの宛先アドレスはどうでしょうか?これは、IPマルチキャストグループアドレスです。パケットのマルチキャストグループアドレスに対応するフレームの宛先MACアドレスはどれですか?

1 つのオプションは、LAN ブロードキャスト MAC アドレスを LAN で使用することです。これにより、フレームが LAN 上のすべてのステーションで処理されることが保証されます。しかし、この手順は、パケットとフレームの循環を関心のあるホストに制限するという、マルチキャストの目的全体を損ないます。また、ホストは多数のマルチキャスト グループにアクセスできる場合があり、これにより、関心のない宛先へのトラフィック量が倍増します。マルチキャスト グループをサポートするために LAN レベルでフレームをブロードキャストしても意味がありません。

しかし、レイヤー 2 フレームをマルチキャストの目的で効果的に使用する簡単な方法があります。MAC アドレスには、ユニキャストの場合は 0 に設定され(LAN 条件は 個別アドレス)、これがマルチキャストアドレスであることを示すために 1 に設定されたビットがあります。これらのアドレスの一部は、特定のベンダーのマルチキャストグループまたはMACレベルのプロトコル用に予約されています。インターネット マルチキャスト アプリケーションは、0x01-00-5E-00-00-00 から 0x01-00-5E-FF-FF-FF の範囲を使用します。マルチキャスト受信側 (TCP/IP を実行するホスト) は、アプリケーションがマルチキャスト グループに参加するときに、これらのアドレスのいずれかを持つフレームをリッスンします。アプリケーションが終了するか、ホストがパケット層(レイヤー 3)のグループから離脱すると、ホストはリッスンを停止します。

つまり、3 バイト (24 ビット) を使用して、レイヤー 3 の IPv4 マルチキャスト アドレスをレイヤー 2 の MAC マルチキャスト アドレスにマッピングできます。ただし、マルチキャスト アドレスを含むすべての IPv4 アドレスの長さは 32 ビットであるため、IP アドレスの 8 ビットが残ります。IPv4 マルチキャスト アドレスを MAC マルチキャスト アドレスにマッピングする方法で、「衝突」(つまり、パケット レイヤーの 2 つの異なる IPマルチキャスト グループが、フレーム レイヤーの同じ MAC マルチキャストアドレスにマッピングすること)の可能性を最小限に抑える方法はどれですか?

まず、すべての IPv4 マルチキャスト アドレスは同じ 4 ビット(1110)で始まるため、実際には 8 ビットではなく 4 ビットしか問題ないことを認識することが重要です。IPv4アドレスの最後のビットは、サブネットマスクによってはホストビットであることがほぼ保証されているため、LANは最後のビットをドロップしてはなりません。しかし、上位ビット、つまり左端のアドレスビットは、ほとんどの場合、ネットワーク ビットであり、(現時点では)1 つの LAN しかありません。

残りの 24 個の MAC アドレス ビットのうちもう 1 ビットは予約済み(最初の 0 はインターネット マルチキャストアドレスを示す)なので、IPv4 アドレスの最初の 1110 に続く 5 ビットは削除されます。残りの 23 ビットは、MAC アドレスの最後の 23 ビットに 1 対 1 でマッピングされます。このプロセスの例を 図 2 に示します。

図 2: MAC アドレスをマルチキャスト アドレスに変換

このプロセスは、同じ MAC マルチキャスト アドレスにマッピングできる 32(2、⁵)の IPv4 マルチキャスト アドレスがあることを意味します。たとえば、マルチキャスト IPv4 アドレス 224.8.7.6 と 229.136.7.6 は、同じ MAC アドレス(0x01-00-5E-08-07-06)に変換されます。これは本当の懸念事項であり、ホストはこれらのマルチキャスト グループの両方に送信されたフレームに関心を持つ可能性があるため、IP ソフトウェアはどちらか一方を拒否する必要があります。

マルチキャスト グループの MAC アドレスが決定されると、ホストのオペレーティング システムは基本的に、LAN インターフェイス カードにマルチキャスト グループへの参加または脱退を命じます。マルチキャスト グループに参加すると、ホストはマルチキャストアドレスに送信されたフレームとホストのユニキャスト アドレスを受け入れ、他のマルチキャスト グループのフレームは無視されます。もちろん、ホストが複数のグループから同時に参加してマルチキャストコンテンツを受信することは可能です。

マルチキャスト インターフェイス リスト

マルチキャスト ルーティング ループを回避するには、すべてのマルチキャスト ルーティング デバイスが、そのマルチキャスト グループ コンテンツの送信元に最短パスでつながるインターフェイスを常に認識する必要があります。これはアップストリーム(着信)インターフェイスであり、パケットがマルチキャスト送信元に転送されることはありません。他のすべてのインターフェイスは、ディストリビューション ツリー上のブランチの数に応じて、潜在的なダウンストリーム(発信)インターフェイスになります。

ルーティング デバイスは、 マルチキャスト転送状態を決定するプロセスである、着信インターフェイスと発信インターフェイスの状態を綿密に監視します。特定のマルチキャストグループに対するマルチキャスト転送状態のルーティングデバイスは、基本的にそのグループのコンテンツに対して「オン」になります。ルーティング デバイスの発信インターフェイス リスト上のインターフェイスは、そのグループの受信インターフェイス リストで受信したグループのパケットのコピーを送信します。受信および発信インターフェイスのリストは、マルチキャストグループごとに異なる場合があります。

ルーティング デバイスのマルチキャスト転送状態は、通常、(S,G) または (*,G) 表記で記述されます。これらはそれぞれ「ess comma gee」と「star comma gee」と発音されます。(S,G)において、Sはマルチキャストトラフィックの送信元のユニキャストIPアドレスを指し、GはSが送信元である特定のマルチキャストグループIPアドレスを指す。この送信元から送信されるすべてのマルチキャスト パケットには、送信元アドレスとして S、宛先アドレスとして G があります。

(*,G) 表記のアスタリスク(*)はワイルドカードで、グループ G に送信するすべてのマルチキャストアプリケーションソースに状態が適用されることを示します。したがって、2つのソースがマルチキャストグループ224.1.1.2に対してまったく同じコンテンツから発信されている場合、ルーティングデバイスは(*,224.1.1.2)を使用して、両方のソースからグループにトラフィックを転送するルーティングデバイスの状態を表すことができます。

マルチキャスト ルーティング プロトコル

マルチキャスト ルーティング プロトコルを使用すると、直接接続されたサブネット(通常は LAN)上のホストが特定のマルチキャスト グループからのトラフィックを受信し、ブランチをプルーニングし、送信元とグループを特定し、ルーティング ループを防止する必要がある場合に、マルチキャスト ルーティング デバイスの集合体がディストリビューション ツリーを構築(結合)できます。

マルチキャスト ルーティング プロトコルには、いくつかのものがあります。

• Distance Vector Multicast Routing Protocol(DVMRP):最初のマルチキャスト ルーティング プロトコルであり、多くの制限があるため、この方法は大規模なインターネット利用には適していません。DVMRP はデンス モードのみのプロトコルであり、フラッド アンド プルーニングまたは暗黙的結合方式を使用して、トラフィックをあらゆる場所に配信し、関心のない受信者がどこにいるかを判断します。DVMRP は、(S,G) の形式でソースベースの配信ツリーを使用し、RPF チェック用に独自のマルチキャスト ルーティング テーブルを構築します。

• マルチキャスト OSPF(MOSPF)—マルチキャスト用に OSPF を拡張しますが、デンスモード専用です。ただし、MOSPF には明示的な参加メッセージがあるため、ルーティング デバイスは、すべての送信元からのマルチキャスト トラフィックでドメイン全体をフラッディングする必要はありません。MOSPF は、(S,G) という形式のソースベースのディストリビューション ツリーを使用します。

• 双方向 PIM モード - PIM のバリエーション。双方向 PIM は、ランデブー ポイント(RP)アドレスをルートとする双方向共有ツリーを構築します。双方向トラフィックは、PIM-SM のように最短パス ツリーに切り替わらないため、パス長ではなくルーティング ステート サイズに合わせて最適化されます。これは、エンドツーエンドの遅延が PIM スパース モードと比較して長くなる可能性があることを意味します。双方向 PIM ルートは、常にワイルドカード ソース(*,G)ルートです。このプロトコルでは、(S,G)ルートやデータトリガーイベントが不要です。双方向(*,G)グループ ツリーは、送信側から RP へのアップストリームと、RP から受信者へのダウンストリームの両方を伝送します。そのため、他の PIM モードに見られる厳格なリバース パス フォワーディング(RPF)ベースのルールは、双方向 PIM には適用されません。代わりに、双方向 PIM(*,G)は、すべての送信元と RP からのトラフィックを転送します。双方向 PIM ルーティング デバイスは、多くの潜在的な受信インターフェイスのトラフィックを受け入れる機能を備えている必要があります。双方向 PIM は、ソース固有(S,G)状態を必要としないため、適切に拡張できます。双方向 PIM は、多くの分散したソースと多くの分散した受信者がいる展開で推奨されます。

• PIM デンスモード:この PIM モードでは、ほぼすべての可能なサブネットに、送信元からのマルチキャスト トラフィックを受信しようとする受信者が少なくとも 1 つあると想定されるため、ネットワークはすべての可能なブランチのトラフィックで あふれ、 ブランチがパケットの受信に関心を示さない場合、明示的(メッセージによって)または暗黙的に(タイムアウト サイレンスによって)プルーニングされます。これは、マルチキャスト操作の デンスモード です。LANは、デンスモードの運用に適したネットワークです。一部のマルチキャスト ルーティング プロトコル、特に古いプロトコルは、高密度モード動作しかサポートしていないため、インターネットでの使用には適していません。DVMRP や MOSPF とは対照的に、PIM デンスモードでは、ルーティング デバイスが任意のユニキャスト ルーティング プロトコルを使用できるようにし、ユニキャスト ルーティング ルーティングテーブルを使用して RPF チェックを実行できます。PIM デンスモードには暗黙的なジョイン メッセージがあるため、ルーティング デバイスはフラッド アンド プルーニング方式を使用してトラフィックをあらゆる場所に配信し、関心のない受信者がどこにいるかを判断します。PIM デンスモードは、すべてのデンスモードプロトコルと同様に、(S,G)形式のソースベースの配信ツリーを使用します。PIM は、スパース グループとデンス グループが混在するスパース デンスモードもサポートしていますが、その動作モードに特別な表記はありません。 疎デンスモード がサポートされている場合、マルチキャスト ルーティング プロトコルは、一部のマルチキャスト グループを疎にし、他のグループを高密度にすることができます。

• PIM スパース モード:この PIM モードでは、各送信元からのパケットを希望する受信者はごくわずかであると想定されるため、ネットワークは、トラフィックに関心がある(メッセージによって)リーフが少なくとも 1 つあるブランチでのみパケットを確立して送信します。このマルチキャストプロトコルにより、ルーティングデバイスは任意のユニキャストルーティングプロトコルを使用でき、ユニキャストルーティングルーティングテーブルを使用してリバースパスフォワーディング(RPF)チェックを実行できます。PIM スパース モードでは 明示 的なジョイン メッセージがあるため、ルーティング デバイスは関心のある受信者がどこにいるかを判断し、ジョイン メッセージをアップストリームのネイバーに送信して、受信者からランデブー ポイント(RP)までのツリーを構築します。PIM スパース モードは、マルチキャスト グループ トラフィックの初期ソースとして RP ルーティング デバイスを使用するため、すべてのスパース モード プロトコルと同様に、(*,G) の形式で配信ツリーが構築されます。PIM スパース モードでは、(S,G)ソースベースのツリーのパスが、特定のマルチキャスト グループのトラフィックに対して RP を経由するよりも短い場合に、そのツリーが移行されます。WAN はスパース モード動作に適したネットワークであり、実際、一般的なマルチキャストのガイドラインは、いかなる状況下でも WAN 上でデンスモードを実行しないことです。

• コアベースツリー(CBT):PIMスパースモードの特性(スパースモード、明示的結合、共有(*,G)ツリー)をすべて共有しますが、PIMスパースモードよりもソースを見つけるのが効率的であると言われています。CBTは、学術的な議論以外ではめったに遭遇しません。CBTの大規模な展開は、商用であろうとなかろうとありません。

• PIM Source-Specific Multicast(SSM):RP の助けを借りずに、クライアントが送信元から直接マルチキャスト トラフィックを受信できる PIM スパース モードの強化。IGMPv3 と併用して、受信元と送信元間の最短パス ツリーを作成します。

• IGMPv1—RFC 1112、 Host Extensions for IP Multicastingで定義された元のプロトコル。IGMPv1 は、明示的な参加メッセージをルーティング デバイスに送信しますが、タイムアウトを使用してホストがグループを離れるタイミングを決定します。Internet Group Management Protocol(IGMP)の 3 つのバージョンが、受信側ホストとルーティング デバイス間で実行されます。

• IGMPv2—RFC 2236、 インターネット グループ管理プロトコル、バージョン 2 で定義されています。IGMPv2 では、他の機能の中でも、加入メッセージに明示的な脱退メッセージが追加されます。

• IGMPv3—RFC 3376、 インターネット グループ管理プロトコル、バージョン 3 で定義されています。IGMPv3 は、マルチキャスト グループ、または SSM(Source-Specific Multicast)の単一コンテンツ ソースのサポートを最適化します。PIM SSM と併用して、受信者と送信元間の最短パス ツリーを作成します。

• ブートストラップルーター(BSR)と自動ランデブーポイント(RP)—スパースモードルーティングプロトコルがルーティングドメイン(自律システム、または AS)内のRPを検索できるようにします。RP アドレスも静的に設定できます。

• MSDP(マルチキャスト ソース検出プロトコル)- 1 つのマルチキャスト ルーティング ドメインにあるグループが、他のルーティング ドメイン内の RP を検索できるようにします。すべての受信者と送信元が同じルーティング ドメインにある場合、MSDP は RP で使用されません。通常、PIM スパース モード RP と同じルーティング デバイス上で実行されます。すべての受信側と送信元が同じルーティングドメインにある場合は、適切ではありません。

• SAP(Session Announcement Protocol)およびSDP(Session Description Protocol)—マルチキャストセッション名を表示し、その名前をマルチキャストトラフィックと関連付けます。SDP は、マルチメディア会議セッションをアドバタイズし、セッションへの参加を希望する参加者にセットアップ情報を伝達するセッション ディレクトリ プロトコルです。クライアントは通常、SDP を使用して、SAP を使用して既知のマルチキャストアドレスとポートにアナウンス パケットを定期的にマルチキャストすることで、会議セッションをアナウンスします。

• PGM(実用的な汎用マルチキャスト):マルチキャスト トラフィックの信頼性を高めるために、IP レイヤーとマルチキャスト アプリケーション間で使用できるマルチキャスト トラフィック用の特別なプロトコル レイヤー。PGM を使用すると、受信側はすべてのケースで欠落している情報を検出し、受信側アプリケーションで必要な場合は交換情報を要求できます。

マルチキャスト ルーティング プロトコルの違いを 表 1 にまとめます。

リンクまたはルーティング デバイスの過負荷における高いビット誤り率による再送は、マルチキャストを繰り返すユニキャストと同じくらい非効率なものにする可能性があることを認識することが重要です。したがって、多くのマルチキャスト アプリケーションでは、伝送制御プロトコル (TCP) によって提供されるセッション サポート (ただし、TCP は常に欠落しているセグメントを再送信します) と、ユーザー データグラム プロトコル (UDP) データグラム サービスの単純なドロップ アンド コンティニュ戦略 (ただし、並べ替えが問題になる可能性があります) に関してトレードオフがあります。最新のマルチキャストは、ほぼ例外なくUDPを使用しています。

T Seriesルーターのマルチキャストパフォーマンス

ジュニパーネットワークスT Seriesコアルーターは、最小限のルーター負荷で、厳しいマルチキャストパケット複製要件に対応します。各メモリ コンポーネントは、マルチキャスト パケットを最大で 2 回複製します。1つの入力ポートと63の出力ポートでパケットのコピーが必要になるという最悪のケースでも、T Seriesルーティングプラットフォームはマルチキャストパケットを6回しかコピーしません。ほとんどのマルチキャスト配信ツリーは疎であるため、多くの場合、2つまたは3つのレプリケーションのみで済みます。T Series アーキテクチャは、マルチキャストのファンアウト要件が最大であっても、マルチキャストのパフォーマンスに影響を与えることはありません。