マルチキャストルーティングは、閉じたネットワーク上で1つのデータコピーを複数のユーザーに同時に送信するプロトコルです。マルチキャストの代表的な用途には、ホテルやキャンパスなど組織のネットワークにおけるビデオ会議やメディアストリーミングがあります。
ただし、マルチキャストルーティングには他にも数多くの用途があります。ここでは、特に一般的な用途や仕組み、マルチキャストルーティングの分類、そしてこの技術が今なお使われ続ける理由となっている、よく知られたプロトコルと事例を紹介します。
マルチキャストの目的とは？
マルチキャストの主な目的は、データパケットを1つだけ選択した宛先に送り、情報を要求したデバイスだけが受信できるようにすることです。宛先に届く前に、ルーティングテーブルがエンドポイントを特定し、正しいアドレスを持っていることを確認します。
これに対し、ユニキャストは1つのパケットを1つの送信元に送り、ブロードキャストは1つのパケットをすべての送信元に同時に送信します。
この選択的な配信には、複数の目的があります。第1に、ループのないトポロジーを最適化し、プロトコルがデータ受信の最短経路を見つけられるようにします。第2に、データパケットの送信を1回だけ試み、要求を送信したノードに対してのみ再送します。
一般に、マルチキャストは情報ストリームを1つしか送信しないため、必要な帯域幅が少なくて済みます。そのため、メディアなど、大量のデータを複数のソフトウェアやテクノロジーに届ける用途に適しています。
マルチキャストを受信し損ねた場合、すべての受信者が継続的に再送を要求するわけではないため、帯域幅の使用量を増減させられる可能性があります。ただし、一部のユーザーが繰り返し再送を要求すると、トラフィックが増加することもあります。
最後に、マルチキャストは非常に拡張性に優れています。ブロードキャストのような煩雑さを伴わずに、大勢の人がデータにアクセスできるためです。トラフィックを分散して監視しやすくすることで、輻輳を防ぎ、必要に応じてサポート対応の余地も確保できます。
マルチキャストルーティングの仕組み
マルチキャストルーティングでは、まず選択した受信者グループにデータを送り、受信者がそれを木の枝のように必要な別の受信者へ振り分けます。そのため、こうした構成はマルチキャストツリーと呼ばれることがよくあります。
これも、マルチキャストが遅延と帯域幅を削減する仕組みの1つです。処理できる量を超える送信を試みないためです。情報の分散を担うノードを分散させることで、受信者は速やかにデータへアクセスできます。
マルチキャストには、複数のプロトコルを処理できるサーバーが必要です。そうでなければ、LANやWAN上で適切に動作せず。プロトコル非依存マルチキャスト（PIM）とインターネット・グループ管理プロトコル（IGMP）により、ルーターはツリーの枝を構築し、データにアクセスできます。IGMPは、マルチキャストのランデブーポイントに、受信者の数と所在地を通知します。
マルチキャストツリーの分類
マルチキャストルーティングには、送信元ベースツリー（SBT）とグループ共有ツリー（GST）という2つの分類があり、プロトコルの多様性を示しています。また、マルチキャストルーティングが目的に応じて最適化するには、追加のプロトコルと連携する必要があることも明らかにします。
送信元ベースツリー（SBT）
SBT方式では、マルチキャストルーティングの起点がツリーを作成し、すべてのグループを開始点となる送信元まで直接たどれます。同時に、各ノードは送信元を伝送し続けるため、それぞれが新たな枝を伸ばせます。
SBTは送信元とグループ（S, G）で表記されます。できるだけ多くの受信者への最短経路を探し、データが転送されるたびに移動距離を短縮します。そのため、最短経路ツリー（SPT）とも呼ばれます。
グループ共有ツリー（GST）
GSTでは、複数の送信元からパケットをランデブーポイント（RP）に集約します。その後、RPが共有ツリーを通じてパケットを転送します。
GSTは（*, G）と表記します。送信元の代わりにアスタリスク（*）を使うのは、RP以外にも送信元となり得る起点が複数存在する可能性があるためです。
この構成では双方向の送信が可能です。そのため、すべてのメンバーを開始ルーターやコアに接続する必要はありません。
マルチキャストルーティングはどのようにサポートされるのか？
マルチキャストルーティングは標準で有効になっているわけではなく、すべてのネットワークでサポートされるとは限りません。サポートされている環境では、ネットワーク設定からオンとオフを切り替えられます。ルーターを設定して、任意のマルチキャストルーティングプロトコルをサポートさせることもできます。その後、下流の受信者が容易に識別できるIPアドレスがホストに割り当てられます。
マルチキャスト転送情報ベース（MFIB）を使用し、ルーティング情報ベース（MRIB）に情報を送信します。これらは、他のプロトコルとの通信を維持し、データの伝送速度とバイト数を追跡します。
マルチキャストルーティングの主要3プロトコル
複数のルーティングプロトコルがマルチキャストの機能を高めますが、最も広く使われているのは、デンスモード、スパースモード、逆方向パス転送です。
デンスモード
デンスモードでは、送信元がマルチキャストネットワークに含まれるすべてのサブネットへデータを配信します。他のプロトコル方式よりも選別せずにパケットを送信するため、フラッディングとも呼ばれます。
ただし、すべてのルーターがパケットを受け入れる必要はありません。プルーンメッセージによって送信ノードに情報の受信対象から外すことを通知できるため、不要なデータ送信を削減できます。
PIMプロトコルは、受信者までの短い経路をできるだけ多く作成するため、デンスモードのマルチキャストルーティング方式で動作します。
スパースモード
デンスモードが接続されたネットワークへデータを一斉配信するのに対し、スパースモードは要求があった場合にのみ送信します。
このようなプロトコルは帯域幅の使用量を抑え、マルチキャストグループに参加するノードが、明示的な要求を開始した時点からデータを受信できるようにします。
デンスモードと同様に、PIMにもスパースモデルがあります。
逆方向パス転送
逆方向パス転送では自己チェックを行い、ノードが自ら送信した情報を受信できないようにします。送信元はそのインターフェースを確認しないためです。
マルチキャストルーティングは短い経路を最適化しますが、パケットが接続された別のノードを次々に見つけると、ループが発生することがあります。この場合、データを元の送信元へ送り返すことで、意図せずリソースを浪費する可能性があります。逆方向パス転送により、データの送受信をより意図どおりに制御できます。
マルチキャストの4つの事例
マルチキャストルーティングには多くの用途がありますが、特に一般的なのは、IPTVでのメディアストリーミング、ビデオ会議、ファイル配布、IoT（モノのインターネット）デバイスです。
以下の事例を通じてマルチキャストを具体的に捉えると、主要な用途や、他のルーティングプロトコルとの違いを理解しやすくなります。ユニキャストやブロードキャストでもメディアや大量のデータを配信できますが、常に最適な方法とは限りません。
- ストリーミング：これはマルチキャストの用途として最も広く使われているものの1つで、企業のキャンパス、学校、ホテル施設全体のユーザーに動画やその他のメディアを配信できます。イベントやコンサートのライブストリーミングにも、マルチキャストが使われることがあります。
- ビデオ会議：Zoomの通話から大規模な動画研修まで、マルチキャストを使えば、サーバーに過大な負荷をかけずに大勢が同じイベントへ参加できます。
- ファイル配布：無線経由のパッチ管理、OSイメージの配布、さらには金融市場の株価ティッカーまで、すべて企業ネットワーク上でマルチキャスト配信できます。
- IoTデバイス：IoTデバイスに組み込まれたセンサーは、情報を収集すると、それをデータベースやAI、その他無数の送信先へ変換して送信します。こうしたシステムは、サイバーセキュリティを監視し、正しい受信者に届けるためにマルチキャストを利用する場合があります。
マルチキャストは、大規模な専門研修や、バーチャルリアリティによるゲームイベントにも利用できます。新しいテクノロジーが加わるにつれて可能性は広がり続けており、ネットワークを介してマルチキャストが送信できる体験の種類や方法も拡大しています。
なお、Netflixなどのコンテンツ配信ネットワーク（CDN）は、マルチキャストと多くの特徴を共有しているものの、通常はユニキャストで運用されます。これにより組織のホームネットワークでは遅延が増える可能性がありますが、インターネット上でオンデマンドのメディアを配信する柔軟性は高まります。
要点：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は、ビデオ会議など現代のテクノロジー用途を管理し、リモートワーカーから、テクノロジーに親しんだ若い世代まで、増大するデータ需要に対応するために必要です。
ルーターでサポートするには手動設定が必要ですが、こうした対策により、マルチキャストルーティングを最適な状況に限定し、デジタルリソースを必要な相手へ効率的かつ安全に届けられます。
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