Multicast چیست و چه تفاوتی با Broadcast و Unicast دارد؟

در شبکه‌های مدرن، روش‌های مختلفی برای انتقال داده‌ها وجود دارد که هرکدام بسته به نیازهای ارتباطی و کارایی شبکه انتخاب می‌شوند. مولتی‌کستینگ (Multicasting) یکی از تکنیک‌های مؤثر و بهینه در ارسال داده‌ها به چندین گیرنده به‌طور هم‌زمان است. برخلاف یونیکست (Unicast) که داده‌ها را فقط به یک مقصد خاص ارسال می‌کند یا برودکست (Broadcast) که بسته‌های داده را به تمام دستگاه‌های موجود در یک شبکه منتقل می‌کند، مولتی‌کستینگ این امکان را فراهم می‌کند که یک جریان داده واحد فقط به گیرندگان علاقه‌مند ارسال شود.

در این مقاله فالنیک درباره Multicast چیست و چه کاربردی دارد، مزایا، معایب، مولفه‌های مورد نیاز، چگونگی عملکرد و تفاوت‌های آن صحبت می‌کنیم، پس در ادامه با ما همراه باشید. مشاوره شبکه شامل ارزیابی نیازهای ارتباطی، طراحی راهکارهای بهینه، انتخاب تجهیزات مناسب و ارائه پیشنهادات برای ارتقای عملکرد شبکه است. این خدمات به سازمان‌ها و کسب‌وکارها کمک می‌کند تا زیرساخت‌های پایدار، ایمن و مقیاس‌پذیر داشته باشند. تحلیل امنیتی، بهینه‌سازی پهنای باند و بررسی معماری شبکه از جمله بخش‌های مهم مشاوره شبکه هستند که موجب افزایش کارایی، کاهش هزینه‌ها و بهبود امنیت اطلاعات می‌شوند. برای استفاده از مشاوره شبکه از فالنیک روی لینک بزنید یا با شماره 0218363 تماس بگیرید.

با مشاوران شبکه فالنیک، کسب‌وکارتان را متحول کنید

با دریافت مشاوره شبکه از متخصصین کاربلد، شبکه‌ای می‌سازید که تا سال‌ها کسب‌و‌کارتان را بیمه می‌کند. در این مسیر سه دهه تجربه متخصصان فالنیک، همراه شماست. با کلیک روی لینک، اولین قدم برای ایجاد و رشد کسب و کارتان را بردارید.

درخواست مشاوره شبکهمشاوره رایگان

Multicast چیست؟

اصطلاح Multicast یا چندپخشی به روشی برای ارسال یک پیام واحد به گروهی از افراد گفته می‌شود. تعریف Multicast چیست در شبکه بدین ترتیب است: ارتباط چندپخشی، نوعی تکنیک است که بسته‌های داده را از یک منبع به چندین گیرنده به‌صورت هم‌زمان منتقل می‌کند. بسیاری از برنامه‌هایی که در زندگی روزمره استفاده می‌کنیم مانند کنفرانس‌های صوتی/تصویری، بازی‌های آنلاین، IPTV و … بر پایه چندپخشی کار می‌کنند. این تکنیک در زمینه استفاده بهینه از پهنای باند شبکه و حفظ منابع سیستم بسیار مفید است.

پروتکل Multicast، یک‌طرفه است، یعنی برای هرگونه پاسخ‌دهی، باید از پروتکل‌های مجزا استفاده کند که ممکن است منجر به مصرف بیش‌ازحد منابع شود. علاوه بر این، اگر بسته‌ای از دست برود، یا باید بی‌اهمیت تلقی شود یا راهکارهای جبران داده‌های از‌دست‌رفته به‌طور جداگانه طراحی شوند.

Multicast چه کاربردی در شبکه دارد؟

مولتی کستینگ دارای ویژگی‌های مهمی است که کاربرد آن را مشخص می‌کند. برای مثال، سرور برای ارسال یک بسته داده فقط یک بار آن را منتقل می‌کند، اما تمامی گیرندگان آن را به‌طور هم‌زمان دریافت می‌کنند. این ویژگی در سناریوهایی که تعداد زیادی گیرنده به یک داده یکسان نیاز دارند، بسیار مفید است.

از آنجایی‌که مولتی کستینگ باعث بهینه‌سازی مصرف پهنای باند می‌شود در شبکه‌های مدرن اهمیت بالایی دارد. در مولتی کستینگ به جای اینکه چندین نسخه از همان داده به صورت جداگانه به هر کاربر ارسال شود (مانند Unicast)، یک جریان داده واحد برای تمام کاربران علاقه‌مند ارسال می‌شود. این روش نه تنها ازدحام شبکه را کاهش می‌دهد، بلکه باعث بهبود عملکرد شبکه در کاربردهایی مانند آپدیت‌های نرم‌افزاری، پخش ویدئو و بازی‌های آنلاین می‌شود.

مولتی کستینگ در چه مواردی استفاده می‌شود؟

برخی از کاربردهای چندپخشی یا Multicast عبارتند از:

1. استریمینگ و پخش ویدئو: سرویس‌هایی مانند پخش زنده تلویزیونی یا کنفرانس‌های ویدیویی از چندپخشی استفاده می‌کنند تا محتوای ویدیویی را به‌طور هم‌زمان برای تعداد زیادی از مخاطبان ارسال کنند.
2. بازی‌های آنلاین: در بازی‌های چندنفره آنلاین، داده‌های مشترک باید برای چندین بازیکن ارسال شوند بدون اینکه بار شبکه افزایش یابد. چندپخشی این امکان را فراهم می‌کند.
3. بازارهای مالی: مولتی کستینگ با بهینه‌سازی پهنای باند برای توزیع سریع و کارآمد داده‌های زنده بازار به معامله‌گران مختلف ایده‌آل است.
4. به‌روزرسانی نرم‌افزار: توزیع همزمان داده‌ها به چندین دستگاه
5. ارتباطات سازمانی: ارسال اطلاعیه‌ها و پیام‌ها به تمامی کارکنان
6. دوربین‌های مداربسته و سیستم‌های نظارتی: پخش زنده تصاویر دوربین‌های امنیتی به مرکز نظارت
7. ریپلیکیشن یا همگام‌سازی ابری: انتقال داده بین مراکز داده و همگام‌سازی اطلاعات

با اینکه Multicast از Unicast بسیار کارآمدتر است اما برخلاف انتظار، در اینترنت، به‌طور گسترده پیاده‌سازی نشده است. شرکت‌های بزرگی مانندNetflix  و YouTube برای ارائه ویدئوهای خود به کاربران از Unicast استفاده می‌کنند و حجم عظیمی از ترافیک تک‌پخشی را مصرف می‌کنند.

تنها جایی که ممکن است مولتی کستینگ را در اینترنت ببینید، ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی (ISP) هستند که اغلب برای ارائه سرویس‌های IPTV و با هدف بهینه‌سازی پهنای باند از آن بهره می‌برند تا محتوای ویدئویی را به کاربران خود ارسال کنند.

تفاوت Unicast، Broadcast و Multicast

در شبکه‌های کامپیوتری، Casting به معنی «پخش» است و به فرآیند ارسال اطلاعات از یک یا چند کلاینت به یک یا چند گیرنده در یک محیط ارتباطی مشترک به نام شبکه گفته می‌شود. شبکه‌های کامپیوتری از سه نوع ترافیک و کستینگ استفاده می‌شود:

1. تک‌پخشی یا Unicast: ارسال ترافیک از یک منبع به یک مقصد
2. انتشار یا Broadcast: ارسال ترافیک از یک منبع به همه
3. چندپخشی یا Multicast: ارسال داده از یک منبع به گروهی از گیرندگان

پروتکل Unicast، مدل ارتباطی یک‌به‌یک بین میزبان‌ها است و فقط یک آدرس مقصد دارد که متعلق به یک هاست است اما در مولتی کستینگ، بسته داده به یک آدرس چندپخشی مشخص ارسال می‌شود که متعلق به گروهی از هاست‌ها است، نه فقط یک هاست. برای آشنایی بیشتر با پروتکل Unicast، مقاله « Unicast چیست» را مطالعه کنید.

برادکستینگ، مدل ارتباطی یک‌به‌همه بین میزبان‌ها است که هر دستگاه، بسته‌های Broadcast را پس از دریافت، کپی کرده و از طریق همه اینترفیس‌ها (به‌جز اینترفیس ورودی) به تمامی گیرندگان ممکن در شبکه ارسال می‌کند صرف‌نظر از اینکه نیاز به دریافت داده داشته باشند یا خیر؛ فرآیندی ساده که انتخاب مسیر در آن نقشی ندارد.

مولتی کستینگ، مدل ارتباطی یک‌به‌چند است که یک یا چند منبع چندپخشی می‌توانند یک نسخه از یک بسته داده را برای چندین گیرنده ارسال کنند و بسته‌های داده تنها برای گیرندگانی که به آن‌ها نیاز دارند ارسال می‌شوند و نه برای همه کاربران شبکه.

برای آشنایی بیشتر با این مفهوم می‌توانید مقاله « Broadcast Storm در شبکه چیست» را بخوانید.

در Unicast، تقریبا همه داده‌های رد و بدل‌شده در شبکه IP از نوع تک‌پخشی هدایت‌شده هستند. بر اساس تعریف، تنها دو میزبانی که در درخواست اولیه مطرح هستند می‌توانند از طریق مسیر تنظیم‌شده توسط تک‌پخش با یکدیگر تعامل داشته باشند.

به دلیل هزینه بالای ارسال یک جریان صوتی یا تصویری برای یک کاربر منفرد، تک‌پخشی چنین جریان‌هایی به مخاطب گسترده غیرعملی است. بنابراین با سناریوی ایده‌آلی برای ارتباط مولتی کستینگ مواجه می‌شویم؛ زیرا می‌تواند یک جریان واحد را همزمان بین چندین میزبان به اشتراک بگذارد.

مولتی کستینگ و برادکستینگ، هر دو از پروتکل UDP استفاده می‌کنند اما تفاوت اصلی آن‌ها در این است که در مولتی کستینگ یک گره یا هاست، ابتدا باید به گروهی (Multicast Group) بپیوندد تا بتواند پیام مولتی کستینگ را دریافت کند.

مفهوم برادکستینگ در شبکه‌های  IPv6وجود ندارد، زیرا تمام مواردی که قبلا در IPv4 به برادکستینگ اختصاص داشتند مانند کشف همسایه‌ها، کشف روتر، تخصیص آدرس‌ها و سایر عملیات زیرساختی استاندارد شبکه، اکنون با چندپخشی انجام می‌شوند.

مطالب مرتبط : ipv6 بهتر است یا ipv4؟

مولفه‌های پروتکل Multicast

قبل از آنکه درباره نحوه عملکرد پروتکل Multiacst توضیح دهیم لازم است با مولفه‌های آن آشنا شوید. مولفه‌های اصلی در پروتکل Multicast عبارتند از:

1. آدرس‌های IP با محدوده اختصاصی

در پروتکل Multicast از محدوده اختصاصی آدرس‌های IP استفاده می‌کنیم. برای طراحی یک گروه چندپخشی (Multicast Group)، باید یک آدرس IP کلاس D و یک پورت مشخص شود. محدوده IP کلاس D بین224.0.0.0  تا 239.255.255.255 است (توجه داشته باشید که آدرس 224.0.0.0 یک IP رزرو‌ شده است و نباید استفاده شود.)

این آدرس‌ها فقط به‌عنوان آدرس مقصد به کار می‌روند نه به‌عنوان آدرس مبدا. آدرس IP مبدا، متعلق به دستگاه ارسال‌کننده ترافیک مولتی کستینگ است مانند سرور ویدئویی.

• برنامه‌هایی با قابلیت پشتیبانی از مولتی کستینگ

به برنامه‌هایی نیاز داریم که از چندپخشی پشتیبانی کنند مانند نرم‌افزار VLC Media Player که می‌توانید از آن برای پخش و دریافت ویدئو در شبکه استفاده کنید.

• پروتکل IGMP

روتری که ترافیک مولتی کستینگ را دریافت می‌کند، باید بتواند تشخیص دهد که آیا هاست و گیرنده‌ای به دریافت این ترافیک علاقمند است یا نه، و اگر چنین گیرنده‌ای وجود دارد روی کدام اینترفیس است. بنابراین باید مکانیزمی روی هاست‌ها باشد که به روتر بگوید ترافیک مولتی کستینگ را می‌خواهد. برای این منظور، هاست از پروتکل IGMP – Internet group management protocol استفاده می‌کند.

• پروتکل IGMP Snooping

میزبان با استفاده از پروتکل IGMP به روتر اعلام می‌کند که مایل به دریافت ترافیک چندپخشی است، پس روتر می‌داند که باید ترافیک مولتی کستینگ را ارسال کند. اما وقتی ترافیک مولتی کستینگ وارد سوئیچ می‌شود، با چالش دیگری روبه‌رو است. سوئیچ‌ها آدرس‌های MAC را از آدرس مبدا فریم‌های اترنت یاد می‌گیرند؛ در حالیکه آدرس‌های مولتی کستینگ فقط به‌عنوان آدرس مقصد استفاده می‌شوند. بنابراین، سوئیچ چگونه باید تشخیص دهد که ترافیک چندپخشی را به کجا ارسال کند؟

برای حل این مشکل، می‌توان از پروتکل IGMP Snooping استفاده کرد. سوئیچ به پیام‌های IGMP بین هاست‌ها و روتر گوش می‌دهد تا تشخیص دهد کدام دستگاه‌ها عضو گروه چندپخشی هستند و مسیر مناسب برای ارسال ترافیک چندپخشی را مشخص کند. بدین ترتیب فقط پورت‌های مربوط به این دستگاه‌ها، داده‌های مولتی کستینگ را دریافت می‌کنند.

• پروتکل مسیریابی Multicast

در مسیریابی Unicast، هر روتر اینترفیس‌های متصل به خود را در یک پروتکل مسیریابی اعلام می‌کند. روترهایی که بسته‌های Unicast را دریافت می‌کنند، فقط به آدرس مقصد توجه دارند. آن‌ها جدول مسیریابی خود را بررسی کرده، اینترفیس خروجی را پیدا کرده و بسته‌ها را به مقصد هدایت می‌کنند.

اما در مسیریابی Multicast، شرایط پیچیده‌تر است. مقصد بسته Multicast یک آدرس گروه چندپخشی است، و بسته‌های چندپخشی باید به گیرندگان متعدد در سراسر شبکه ارسال شوند. بنابراین باید از پروتکل مسیریابی Multicast استفاده شود که شامل سه پروتکل زیر است و PIM محبوب‌ترین آنهاست:

1. DVMRP – Distance Vector Multicast Routing Protocol
2. MOSPF – Multicast Open Shortest Path First
3. PIM – Protocol Independent Multicast

Multicast چگونه کار می‌کند؟

حال که متوجه شدید که پروتکل Multicast چیست و چه مولفه‌هایی دارد، می‌توانید درک بهتری از چگونگی عملکرد آن داشته باشید. نحوه عملکرد مولتی کستینگ بدین ترتیب است:

1. انتخاب آدرس مولتی کستینگ: داده‌ها به یک آدرس IP ارسال می‌شوند که مشخص‌کننده گروه مولتی کستینگ است، نه یک گیرنده خاص.
2. عضویت دریافت‌کنندگان بسته: دریافت‌کنندگان برای دریافت داده‌های مولتی کستینگ باید به عضویت گروه مولتی کستینگ موردنظر درآیند. این فرایند با پروتکل IGMP انجام می‌شود.
3. مسیریابی مولتی کستینگ: روترها و سوئیچ‌ها بر اساس پروتکل IGMP و پروتکل‌های مسیریابی چندپخشی مانند PIM تصمیم می‌گیرند که ترافیک چندپخشی باید از کدام مسیرها عبور کند.
4. ارسال به دریافت‌کنندگان مناسب: سوئیچ‌ها با استفاده از IGMP Snooping  تعیین می‌کنند که بسته‌ها باید به کدام پورت‌های شبکه و در نهایت کدام هاست و دریافت‌کننده ارسال شوند.

مزایا و معایب استفاده از Multicast

از جمله مزایای استفاده از Multicast عبارتند از:

1. بهینه‌سازی مصرف پهنای باند: ارسال یک بسته داده واحد و تکثیر آن در مسیرهای مختلف، باعث کاهش مصرف غیرضروری پهنای باند می‌شود.
2. بهبود استفاده از منابع در مبدا: در مولتی کستینگ، ارسال یک نسخه از داده به‌طور هم‌زمان به گیرندگان مختلف باعث صرفه‌جویی در منابع پردازشی سرور می‌شود.
3. مدیریت بهتر منابع در گیرندگان: گیرندگان فقط داده‌های مورد نیازشان را دریافت می‌کنند که باعث کاهش بار پردازشی و بهینه‌سازی مصرف منابع شبکه می‌شود.
4. مقیاس‌پذیری بالا: مهمترین مزیت مولتی کستینگ، مقیاس‌پذیری بالاتر نسبت به Unicast است. در پروتکل Multicast، یک جریان داده می‌تواند به‌طور هم‌زمان برای چندین گیرنده ارسال شود، بدون اینکه نیاز به ارسال چندین نسخه جداگانه باشد.

اما این روش چالش‌هایی نیز دارد. معایب مولتی کستینگ عبارتند از:

1. نیاز به برنامه‌هایی دارد که از چندپخشی پشتیبانی می‌کنند.
2. باید پیکربندی شبکه باید به‌گونه‌ای انجام شود که بتواند از ترافیک چندپخشی پشتیبانی کند.
3. مولتی کستینگ از پروتکل UDP استفاده می‌کند بنابراین مزایای پروتکل TCP مانند پنجره‌بندی، تایید دریافت، و تصحیح خطا را ندارد.
4. پیکربندی و راه‌اندازی چندپخشی در شبکه‌های بزرگ ممکن است پیچیده و دشوار باشد.
5. برخی تجهیزات قدیمی شبکه و نرم‌افزارهای قدیمی از چندپخشی پشتیبانی نمی‌کنند.
6. خطر هک شدن و ایجاد حمله منع سرویس (DoS): وجود امکان تکثیر بسته‌ها در شبکه ممکن است مورد سواستفاده قرار گیرد و باعث ایجاد حملات منع سرویس (DoS) شود.

Multicast در مقایسه با Anycast

در مورد Multicast در مقایسه با Anycast می‌توان چنین گفت: هر دو، روش مسیریابی داده هستند اما با کاربردهای متفاوت.

در Anycast، چندین سرور یک آدرس مشترک دارند، اما داده‌ها فقط به بهینه‌ترین یا نزدیک‌ترین سرور ارسال می‌شوند که باعث کاهش تاخیر و افزایش کارایی در سرویس‌هایی مانند DNS و CDN می‌شود. برای آشنایی بیشتر با پروتکل Anycast، مقاله « Anycast چیست» را مطالعه کنید.

پروتکلMulticast ، داده‌ها را از یک منبع به گروهی از گیرندگان منتقل می‌کند و به بهینه‌سازی پهنای باند کمک می‌کند.

تفاوت اصلی این دو در نحوه توزیع داده‌ها است: Anycast ارتباط یک‌به‌یک را بهینه‌سازی می‌کند، در حالی کهMulticast  ارتباط یک‌به‌چند را تسهیل می‌کند.

سوالات متداول درباره Multicast

Multicast چیست؟

Multicast یک روش ارتباطی در شبکه است که در آن داده‌ها از یک فرستنده به گروهی از گیرندگان ارسال می‌شوند. این روش برای ارتباطات یک به چند استفاده می‌شود.

تفاوت بین مالتی کست و برودکست چیست؟

در مالتی کست داده‌ها فقط به گیرندگانی ارسال می‌شوند که به یک گروه خاص مالتی کست ملحق شده‌اند در حالی که در برودکست داده‌ها به همه دستگاه‌های موجود در شبکه ارسال می‌شوند.

مالتی کست در چه مواردی استفاده می‌شود؟

مالتی کست اغلب در پخش ویدئو و صوت زنده، کنفرانس‌های ویدئویی و توزیع نرم‌افزارها استفاده می‌شود؛ جایی که داده‌ها باید به چندین گیرنده به صورت همزمان ارسال شوند.

آدرس‌های مالتی کست چگونه شناسایی می‌شوند؟

آدرس‌های مالتی کست در IPv4، در بازه 224.0.0.0 تا 239.255.255.255 قرار دارند و در IPv6 با ff00::/8 شروع می‌شوند.

مزایای استفاده از مالتی‌کست چیست؟

مالتی کست، پهنای باند شبکه را بهینه می‌کند زیرا داده‌ها فقط یک بار ارسال می‌شوند و توسط روترها به گیرندگان متعدد توزیع می‌شوند. این روش برای ارتباطات گروهی بسیار کارآمد است.

آنچه درباره Multicast خواندیم

در مقاله با مفهوم Multicast چیست و مزایا و معایب آن، موارد استفاده و تفاوت آن با تفاوت Unicast، Broadcast و Anycast را شناختیم. انتخاب بین پروتکل Multicast و سایر پروتکل‌ها باید با توجه به شرایط شما و نوع شبکه‌تان باشد.

در فالنیک خدمات طراحی شبکه شامل برنامه‌ریزی، پیاده‌سازی و بهینه‌سازی زیرساخت‌های ارتباطی برای سازمان‌ها و کسب‌وکارها است. در این خدمات نیازهای شبکه شما تحلیل شده و مشاوره برای خرید تجهیزات مناسب، طراحی معماری شبکه، کابل‌کشی ساختاریافته، تنظیمات امنیتی، و بهینه‌سازی عملکرد به شما داده می‌شود.

اجرای اصولی شبکه باعث ارتقای سرعت ارتباطات، افزایش امنیت داده‌ها و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود. انتخاب راهکارهای مناسب و رعایت استانداردهای شبکه، عملکرد پایدار و مقیاس‌پذیری بهتر را تضمین می‌کند. برای استفاده از راهنمایی متخصصین فالنیک و دریافت این خدمات، روی لینک بزنید یا با شماره 0218363 تماس بگیرید.

طراحی شبکه استاندارد متناسب با نیازهای شما

متخصصان فالنیک خدمات طراحی شبکه را با توجه به بودجه شما، تعداد کاربران، نوع استفاده و مکان شبکه انجام می‌دهند. روی لینک کلیک کنید و شبکه‌ای بسازید که کسب و کارتان را متحول می‌کند.

خدمات طراحی شبکهمشاوره رایگان

خلاصه این مقاله

مقاله درباره تکنیک "مولتی‌کستینگ" در ارسال داده‌ها در شبکه‌های کامپیوتری است که امکان ارسال یک جریان داده به گروه هدف را فراهم می‌کند. این تکنیک در کاربردهایی مانند آپدیت‌های نرم‌افزاری، پخش ویدئو و بازی‌های آنلاین کاربرد دارد و نسبت به تکنیک‌های دیگر مانند یونیکست و برودکست، کارایی بالاتری دارد. مولتی‌کستینگ با بهینه‌سازی مصرف پهنای‌باند، به ارتقای کارایی شبکه کمک می‌کند. همچنین، برای پیاده‌سازی مولتی‌کستینگ، نیاز به مولفه‌هایی مانند آدرس‌های IP با محدوده اختصاصی، برنامه‌های با قابلیت پشتیبانی از مولتی‌کستینگ، پروتکل‌هایی مانند