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Article

1 - ARCHITECTURE D’UN RÉSEAU MULTICAST

2 - ADRESSAGE EN MULTICAST

3 - PROTOCOLES DE SOUSCRIPTION/RÉSILIATION À UN GROUPE MULTICAST

4 - PRINCIPES FONDAMENTAUX DU MODE DE TRANSMISSION MULTICAST

Article de référence | Réf : TE7527 v1

Adressage en multicast
Le multicast IP : principes et protocoles

Auteur(s) : Sébastien LOYE

Date de publication : 10 nov. 2005

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Le multicast IP est un mode de diffusion sélectif permettant à une source d’émettre une seule copie de son trafic à destination de plusieurs récepteurs. Ce mode permet ainsi de transporter efficacement des communications multipoint à multipoint, notamment pour des services de diffusion de contenu multimédia. Cet article détaille les types d’adresses multicast et de couche réseau IPv4 et IPv6 employés dans des réseaux multicast. Les protocoles de IGMP, MLD, Proxy IGMP/ MLD, snooping IGMP/MLD, GMRP et CGMP utilisés pour gérer et traiter les demandes d’appartenance à des groupes multicast sont longuement abordés. Est ensuite proposée une analyse approfondie des principes fondamentaux du mode de transmission multicast.

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Auteur(s)

  • Sébastien LOYE : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne (ENSTBr)

INTRODUCTION

Dans les réseaux IP, les paquets sont généralement acheminés d’une seule source vers un seul récepteur de proche en proche par des routeurs. Ce type de transmission, appelé mode unicast IP, a prouvé son efficacité pour des transmissions point à point.

Cependant, certaines applications (diffusion de contenu audio/vidéo, etc.) nécessitent que des paquets IP soient délivrés à de multiples destinations. Une solution consiste à ce que ces applications envoient une copie de chaque paquet à chaque destinataire en mode unicast. Cependant, lorsque le nombre de récepteurs est important, cette solution atteint ses limites du fait que la source doit maintenir à jour une liste complète des récepteurs et qu’une même donnée est transportée plusieurs fois sur les mêmes liens. Cette approche nécessite ainsi des ressources de bande passante supplémentaires sur le réseau et engendre donc des coûts d’infrastructure plus élevés (c’est d’autant moins efficace lorsque les réseaux de transport, tels qu’Ethernet, supportent nativement des transmissions point à multipoint). Il est alors bien plus efficace que les données soient transmises à de multiples destinations en utilisant le mode de transmission IP multicast, nommé plus simplement multicast IP.

Contrairement au mode unicast IP, le multicast IP (spécialement défini pour le support des services de diffusion IP) fournit une méthode efficace pour le transport des communications multipoint à multipoint. Le multicast IP est un mode de diffusion sélectif permettant à une source d’émettre une seule copie de son trafic à destination de plusieurs récepteurs. C’est le réseau IP qui est alors chargé de répliquer de façon optimale le trafic au plus près des récepteurs en créant des arbres de distribution multicast. Les routeurs multicast sont chargés de répliquer les paquets de données aux nœuds des arbres de distribution, c’est-à-dire aux endroits où le chemin vers les destinataires diverge.

Le multicast IP est de plus en plus déployé, à la fois dans l’Internet et dans les réseaux privés, pour fournir des services de diffusion de contenu multimédia nécessitant de diffuser des données de façon simultanée à un ensemble d’abonnés. Par exemple, le multicast IP convient tout particulièrement pour la transmission de programmes radiophoniques, télévisés, pour la diffusion événementielle (concerts, conférences), pour la fourniture de cours à distance (télé-enseignement ou téléformation), pour la distribution d’informations à des communautés diverses (dépêches de presse, cours de bourse, ...).

Le multicast IP permet donc d’économiser dans un réseau IP de précieuses ressources de bande passante et de capacités réseaux. Il allège aussi la charge des applications de diffusion qui n’ont plus à émettre autant de copies du programme à diffuser qu’elles ont de destinataires. Pour l’opérateur réseau, la mise en œuvre du multicast IP offre des perspectives d’optimisation de l’utilisation des ressources de transmission et de commutation du réseau. Pour les fournisseurs de services, cela permettra de toucher un large public, sensible à la qualité de service.

Des protocoles très différents doivent être activés dans un réseau IP pour mettre en œuvre un service de diffusion multicast. Ils concernent des domaines aussi divers que l’allocation d’adresses multicast, la souscription/résiliation à des groupes, la signalisation et le routage multicast. Cette variété protocolaire rend parfois difficile la compréhension du fonctionnement de tous ces protocoles et leurs interactions.

Cet article détaille les protocoles de couche réseau et liaison les plus importants et disponibles pour mettre en œuvre le mode de transmission multicast dans les réseaux IPv4 et IPv6. Il s’articule autour des paragraphes suivants :

  • l’historique ainsi que les éléments d’une architecture multicast ;

  • une description et une classification des types d’adresses multicast, de couche réseau IPv4, IPv6 et de couche liaison Ethernet employés dans des réseaux multicast ;

  • une description des protocoles IGMP, MLD, Proxy IGMP/ MLD, snooping IGMP/MLD, GMRP et CGMP utilisés pour gérer et traiter les demandes d’appartenance à des groupes multicast ;

  • une comparaison des modèles de diffusion ASM (Any Source Multicast) et SSM (Source Specific Multicast) et une analyse des principes fondamentaux du mode de transmission multicast tels que le mode dense ou épars, l’arbre de distribution partagé ou spécifique à une source, le mode d’adhésion implicite ou explicite, la dépendance ou non vis-à-vis d’un protocole de routage unicast.

Un autre article détaillera les protocoles de routage multicast activés au sein d’un domaine multicast et les protocoles de routage multicast activés entre domaines multicast.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te7527


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2. Adressage en multicast

2.1 Concept de groupe multicast

Le multicast IP est basé sur la notion de groupe. Un groupe multicast identifie un ensemble de récepteurs qui manifestent leur intérêt à recevoir un flux de données particulier. Ce groupe n’a pas de limite :

  • physique ou géographique : les terminaux multicast peuvent être localisés sur n’importe quel réseau de l’Internet ;

  • numérique : la taille d’un groupe multicast peut varier d’un seul terminal à tous les terminaux du réseau multicast IP.

Les terminaux intéressés par la réception du trafic doivent joindre le groupe en utilisant le protocole IGMP (Internet Group Management Protocol ) s’il s’agit de terminaux IPv4, ou le protocole MLD (Multicast Listener Discovery ) s’il s’agit de terminaux IPv6. En effet, un terminal doit être membre d’un groupe pour recevoir un flux multicast donné. En revanche, une source n’a pas besoin d’être elle-même membre d’un groupe pour émettre du trafic.

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2.2 Adresses multicast IP

Une adresse multicast est aussi appelée adresse de groupe. Les adresses multicast désignent un groupe arbitraire de terminaux IP qui ont joint le groupe de diffusion afin de recevoir le trafic émis sur ce groupe. Deux types d’adresses de groupes existent : les adresses permanentes et les adresses temporaires.

Une source de trafic envoie des données à destination d’un groupe multicast en mettant simplement l’adresse du groupe multicast dans le champ adresse IP destination des datagrammes.

HAUT DE PAGE

2.2.1 Adresses multicast IPv4

L’IANA (Internet Assigned Numbers Authority ) est l’organisme qui contrôle au niveau mondial l’allocation d’adresses IP multicast. L’IANA a assigné la plage d’adresse de la classe D pour le multicast IP. Cela implique qu’une adresse IPv4 multicast est comprise entre 224.0.0.0 et 239.255.255.255 (les quatre bits de poids fort valent 1110 en binaire). Cette plage d’adresse ne concerne que l’adresse de groupe qui est l’adresse destination d’un trafic multicast...

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1 Standards IETF (RFC)

[RFC-1075]Distance Vector Multicast Routing Protocol, D. Waitzman, C. Partridge, S. Deering, novembre 1988.

[RFC-1112]Host Extensions for IP Multicasting, S. Deering, août 1989.

[RFC-1584]Multicast Extensions to OSPF, J. Moy, mars 1994.

[RFC-2189]Core Based Trees (CBT version 2) Multicast Routing, A. Ballardie ; septembre 1997.

[RFC-2236]Internet Group Management Protocol, Version 2, W. Fenner ; novembre 1997.

[RFC-2362]Protocol Independent Multicast-Sparse Mode v2 (PIM-SM) : Protocol Specification, L. Wei, D. Estrin, D. Farinacci, A. Helmy, D. Thaler, S. Deering, M. Handley, V. Jacobson, C. Liu, P. Sharma, juin 1998.

[RFC-2365]Administratively Scoped IP Multicast, D. Meyer, juillet 1998.

[RFC-2373]IP Version 6 Addressing Architecture, R. Hinden, S. Deering, juillet 1998.

[RFC-2464]Transmission of IPv6 Packets over Ethernet Networks, M. Crawford, décembre 1998.

[RFC-2710]Multicast Listener Discovery (MLD) for IPv6, S. Deering, W. Fenner, B. Haberman, octobre 1999.

[RFC-2770]Glop Addressing in 233/8, D. Meyer, P. Lothberg, février 2000.

[RFC-3138]Extended assignments in 233/8, D. Meyer, juin 2001.

[RFC-3171]IANA Guidelines for IPv4 Multicast Address Assignments, Z. Albanna, K. Almeroth, D. Meyer, M. Schipper, août 2001.

[RFC-3180]Glop Addressing in 233/8, D. Meyer, P. Lothberg ; septembre 2001.

[RFC-3306]Unicast-Prefix-based IPv6 Multicast Addresses, B. Haberman, D. Thaler, août 2002.

[RFC-3307]Allocation Guidelines for IPv6 Multicast Addresses, B. Haberman, août 2002.

[RFC-3376]Internet Group Management Protocol, Version 3, B. Cain et al., octobre 2002.

[RFC-3569]An Overview of Source-Specific Multicast (SSM), S. Bhattacharyya,...

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