Multicast-Routing ist ein Protokoll, das eine Kopie von Daten gleichzeitig an mehrere Nutzer in einem geschlossenen Netzwerk sendet. Zu den beliebtesten Einsatzgebieten von Multicasting gehören Videokonferenzen und das Streaming von Medien in Unternehmensnetzwerken, etwa in Hotels oder auf Hochschulgeländen.
Multicast-Routing hat jedoch noch zahlreiche weitere Einsatzmöglichkeiten. Hier werfen wir einen Blick auf einige der häufigsten Anwendungsfälle, seine Funktionsweise, die Klassifizierungen des Multicast-Routings sowie die bekanntesten Protokolle und Beispiele, die es als zeitlose Technik etablieren.
Welchen Zweck hat Multicasting?
Der Hauptzweck von Multicasting besteht darin, nur eine Kopie eines Datenpakets an ausgewählte Ziele zu senden, sodass ausschließlich Geräte, die die Informationen anfordern, diese empfangen. Routingtabellen identifizieren die Endpunkte und stellen sicher, dass sie die richtige Adresse haben, bevor die Daten dort ankommen.
Im Gegensatz dazu sendet Unicasting ein Paket an eine Quelle, während Broadcasting ein Paket gleichzeitig an alle Quellen sendet.
Die selektive Übermittlung erfüllt mehrere Zwecke. Erstens optimiert sie eine schleifenfreie Topologie und ermöglicht es dem Protokoll, die kürzesten Wege für den Datenempfang zu ermitteln. Zweitens wird versucht, Datenpakete nur einmal zu senden; an Knoten wird erneut gesendet, wenn diese Anfragen stellen.
Im Allgemeinen benötigt Multicast wenig Bandbreite, da nur ein Informationsstrom gesendet wird. Dadurch eignet es sich ideal für große Datenmengen, die mehrere Softwarelösungen und Technologien wie Medien erreichen.
Der Bandbreitenverbrauch kann steigen oder sinken, da nicht jeder Empfänger dauerhaft Anfragen stellt, wenn er den Multicast verpasst. Wiederholte Versuche einiger weniger Nutzer können den Datenverkehr jedoch erhöhen.
Schließlich ist Multicasting äußerst skalierbar, da Daten für große Nutzerzahlen zugänglich gemacht werden, ohne die umständliche Struktur eines Broadcasts. Der Datenverkehr sollte so verteilt werden, dass er leicht überwacht werden kann, wodurch Überlastungen verhindert werden und bei Bedarf Raum für Support-Eingriffe bleibt.
Funktionsweise von Multicast-Routing
Multicast-Routing beginnt damit, dass eine ausgewählte Gruppe von Empfängern die Daten erhält und sie an weitere benötigte Empfänger wie Äste eines Baums weiterleitet. Deshalb werden solche Strukturen häufig als Multicast-Bäume bezeichnet.
Auf diese Weise reduziert Multicasting außerdem Latenz und Bandbreitenverbrauch, da nicht mehr Übertragungen versucht werden, als verarbeitet werden können. Die Verteilung der für die Weiterleitung zuständigen Knoten hilft den Empfängern, schnell auf die Daten zuzugreifen.
Multicasting erfordert einen Server, der mehrere Protokolle verarbeiten kann. Andernfalls wird es in LANs oder WANs gut funktionieren nicht gut. Protocol Independent Multicast (PIM) und das Internet Group Management Protocol (IGMP) ermöglichen es Routern, die Äste des Baums zu erstellen und auf Daten zuzugreifen. IGMP informiert Rendezvous-Punkte für Multicast darüber, wie viele Empfänger es gibt und wo sie sich befinden.
Klassifizierung von Multicast-Bäumen
Zwei Klassifizierungen des Multicast-Routings veranschaulichen die Vielseitigkeit des Protokolls: der quellenbasierte Baum (Source-Based Tree, SBT) und der gemeinsam genutzte Gruppenbaum (Group Shared Tree, GST). Sie verdeutlichen außerdem, dass Multicast-Routing für eine optimale Nutzung mit zusätzlichen Protokollen zusammenarbeiten muss.
Quellenbasierter Baum (SBT)
Bei einem SBT-Ansatz erstellt der Ursprung des Multicast-Routings einen Baum, und jede Gruppe lässt sich direkt bis zur ursprünglichen Quelle zurückverfolgen. Gleichzeitig kann jeder Knoten weitere Äste entwickeln, da jeder von ihnen die Quelle weiter überträgt.
SBTs werden als Quelle, Gruppe (S, G) notiert. Sie versuchen, für möglichst viele Empfänger den schnellsten Weg zu finden und die Entfernung zu verkürzen, die die Daten bei jeder Übertragung zurücklegen. Daher werden sie auch als Bäume mit dem kürzesten Pfad (Shortest-Path Tree, SPT) bezeichnet.
Gemeinsam genutzter Gruppenbaum (GST)
GSTs führen Pakete aus mehreren Quellen an einem Rendezvous-Punkt (RP) zusammen. Der RP leitet diese Pakete anschließend über den gemeinsam genutzten Baum weiter.
GSTs werden als (*, G) notiert, wobei ein Sternchen (*) anstelle der Quelle verwendet wird, da die Quelle aus beliebig vielen verschiedenen Ursprüngen jenseits des RP stammen kann.
In dieser Struktur kann die Übertragung in beide Richtungen erfolgen. Daher muss nicht jedes Mitglied mit dem ursprünglichen Router oder dem Kernnetz verbunden sein.
Wie wird Multicast-Routing unterstützt?
Multicast-Routing ist nicht standardmäßig aktiviert und wird möglicherweise nicht von jedem Netzwerk unterstützt. Wo es unterstützt wird, können Nutzer es über die Netzwerkeinstellungen ein- und ausschalten. Sie können Ihren Router so konfigurieren, dass er jedes Multicast-Routing-Protokoll unterstützt. Dem Host wird anschließend eine IP-Adresse zugewiesen, die nachgelagerte Empfänger leicht identifizieren können.
Es verwendet eine Multicast Forwarding Information Base (MFIB) und sendet Informationen an die Multicast Routing Information Base (MRIB). Diese halten die Kommunikation mit anderen Protokollen offen und verfolgen die Geschwindigkeit der Datenübertragung sowie die Anzahl der Bytes.
Die 3 wichtigsten Multicast-Routing-Protokolle
Mehrere Routing-Protokolle erweitern die Multicast-Funktionen, doch am weitesten verbreitet sind der Dense Mode, der Sparse Mode und Reverse Path Forwarding.
Dense Mode
Im Dense Mode verteilt die Quelle die Daten an jedes Subnetz, das im Multicast-Netzwerk enthalten ist. Dies wird auch als Flooding bezeichnet, da Pakete mit weniger Zurückhaltung gesendet werden als bei anderen Protokollvarianten.
Allerdings muss nicht jeder Router das Paket akzeptieren. Prune-Nachrichten können die sendenden Knoten darüber informieren, dass sie vom Empfang der Informationen ausgeschlossen werden sollen, wodurch unnötige Datenübertragungen reduziert werden.
Das PIM-Protokoll kann in einem Multicast-Routing-Typ mit Dense Mode eingesetzt werden, da es möglichst viele kurze Wege zu den Empfängern erstellt.
Sparse Mode
Während der Dense Mode Daten massenhaft an verbundene Netzwerke verteilt, nimmt sich der Sparse Mode nur dann die Zeit dafür, wenn eine Anfrage vorliegt.
Protokolle dieser Art reduzieren den Bandbreitenverbrauch und ermöglichen es Knoten, die der Multicast-Gruppe beitreten, im Laufe der Zeit Daten zu empfangen, wenn sie eine spezifische Anfrage stellen.
Wie beim Dense Mode gibt es auch ein PIM-Sparse-Modell.
Reverse Path Forwarding
Reverse Path Forwarding führt eine Selbstprüfung durch, damit Knoten nicht dieselben Informationen empfangen, die sie gesendet haben, da der Sender diese Schnittstelle nicht überprüft.
Obwohl Multicast-Routing kurze Wege optimiert, kann es manchmal zu Schleifen kommen, wenn Pakete wiederholt andere verbundene Knoten finden. In solchen Fällen können unbeabsichtigt Ressourcen verschwendet werden, indem Daten an den ursprünglichen Sender zurückgesendet werden. Reverse Path Forwarding ermöglicht ein gezielteres Senden und Empfangen von Daten.
4 Beispiele für Multicasting
Multicast-Routing wird in vielen Bereichen eingesetzt. Zu den häufigsten zählen das Medienstreaming über IPTV, Videokonferenzen, die Dateiverteilung und Geräte des Internets der Dinge (IoT).
Anhand dieser Beispiele lassen sich die wichtigsten Einsatzgebiete des Multicastings sowie seine Unterschiede zu anderen Routing-Protokollen besser einordnen. Zwar könnten Unicasting oder Broadcasting ausreichen, um Medien oder große Datenmengen zu übertragen, doch sind sie nicht immer die optimale Lösung.
- Streaming: Dies ist eine der am weitesten verbreiteten Multicast-Anwendungen. Sie ermöglicht die Übertragung von Videos oder anderen Medien an Nutzer auf einem Firmengelände, in einer Schule oder in einem Hotel. Auch Live-Übertragungen von Veranstaltungen und Konzerten erfolgen mitunter per Multicast.
- Videokonferenzen: Von Zoom-Anrufen bis hin zu groß angelegten Videoschulungen ermöglicht Multicasting vielen Teilnehmern, an derselben Veranstaltung teilzunehmen, ohne den Server zu überlasten.
- Dateiverteilung: Over-the-Air-Patch-Management, Abbilder von Betriebssystemen und sogar Finanz-Ticker mit Aktienkursen können über Unternehmensnetzwerke per Multicast verteilt werden.
- IoT-Geräte: Die in IoT-Geräte eingebetteten Sensoren übersetzen Informationen und senden sie an Datenbanken, KI-Systeme und unzählige andere Quellen, sobald sie Daten erfassen. Diese Systeme können auf Multicasting angewiesen sein, um die Cybersicherheit zu überwachen und die richtigen Empfänger sicherzustellen.
Multicasting kann bei groß angelegten professionellen Schulungen oder bei Gaming-Events mittels Virtual Reality eingesetzt werden. Die Möglichkeiten wachsen weiter, da neue Technologien hinzukommen und die Fähigkeiten von Multicasts, Erlebnisse über Netzwerke zu übertragen, immer größer werden.
Es ist zu beachten, dass Content Delivery Networks (CDNs) wie Netflix, obwohl sie viele Merkmale mit Multicasting teilen, in der Regel Unicasting verwenden. Dies kann zwar die Latenz im Heimnetzwerk der Organisation erhöhen, ermöglicht aber eine größere Flexibilität bei der bedarfsgerechten Verteilung von Medien über das Internet.
Fazit: Multicast-Routing-Protokoll
Multicast-Routing ist für die Verwaltung moderner technischer Anwendungen wie Videokonferenzen und die Bewältigung der steigenden Datennachfrage erforderlich – von Remote-Mitarbeitern bis hin zu einer jüngeren Generation mit größerer Technikaffinität.
Router müssen manuell konfiguriert werden, um Multicast-Routing zu unterstützen. Diese Maßnahmen beschränken den Einsatz jedoch auf die am besten geeigneten Situationen und sorgen dafür, dass digitale Ressourcen effizient und sicher den benötigten Parteien zur Verfügung stehen.
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