Tráfico Multicast: Qué es y por qué es tan importante

En las redes IPv4 existen diferentes tipos de comunicaciones entre los diferentes hosts que hay en una misma red, habitualmente se utiliza tráfico Unicast (tráfico de un equipo a otro equipo) para la comunicación y la transferencia de datos, sin embargo, también existe el tráfico IP Multicast, o también conocido como multidifusión, cuyo objetivo es enviar solamente información a aquellos equipos (clientes) que están configurados específicamente para recibir este tráfico de red. Hoy en RedesZone os vamos a explicar en detalle qué es el tráfico Multicast y por qué es tan importante hoy en día en las TV por Internet.

¿Qué es el tráfico Multicast?

El tráfico IP Multicast, o también conocido como multidifusión IP, es un método para transmitir información a un grupo de receptores (clientes) que están configurados para tal fin. Los equipos que no están configurados específicamente, no recibirán este tráfico de red y podrán dedicarse a enviar y recibir otro tipo de tráfico. En redes IPv4 existen un total de cuatro tipo de comunicaciones diferentes que se pueden realizar, estas son las siguientes:

• Unicast: es el tipo de comunicación más común, la dirección es unidifusión, es decir, desde un origen en concreto hasta un destino. Tenemos un único emisor y receptor, y se puede utilizar tanto para enviar como para recibir datos. Este tipo de comunicación es ampliamente usada, por ejemplo, para la navegación web, transferencia de archivos vía Samba o FTP, o casi cualquier otro tipo de comunicación. Si queremos enviar la misma información a varios usuarios, tendremos que enviar los datos una vez a cada uno de los receptores.
• Broadcast: este tipo de comunicación permite enviar los datos a todos los usuarios que hay en la misma red local. Podremos enviar un mensaje a la dirección IP de broadcast (que es la última dirección IP de una subred) y automáticamente el resto de usuarios conectados recibirán esta comunicación. Tenemos una dirección IP especial que es la 255.255.255.255 que representa un broadcast a toda la red local, esta dirección IP es ampliamente usada cuando enviamos un mensaje DHCP Discovery, para intentar descubrir dónde está ubicado el servidor DHCP en la red.
• Anycast: este tipo de comunicación es de uno a muchos, sin embargo, los datos no son transmitidos a todos los receptores, solamente lo enviarán a los más cercanos. Este método es el usado por los servidores DNS para balancear el tráfico de datos entre los diferentes servidores que hay repartidos por todo el mundo. Gracias a las IP Anycast, un mismo servidor DNS (8.8.8.8, por ejemplo) puede tener esta dirección tanto en España como en EEUU, que los protocolos de enrutamiento dinámicos se encargarán de enviar la petición al servidor DNS más cercano.

Por último, tenemos el tráfico IP Multicast que es del que vamos a hablar ahora en detalle. El tráfico Multidifusión está asociado específicamente a un grupo de «clientes» interesados en recibir ese tráfico de red, si no está en el grupo de Multicast, no recibirán la información, esto es algo ideal para no colapsar las redes, ni tener que enviar copias de todos los paquetes a todos los clientes. La comunicación se realiza una vez desde la dirección IP Unicast de origen hasta la dirección de IP Multicast elegida, independientemente de cuántos clientes haya en esta dirección de Multicast, todos los que estén en el grupo recibirán los datagramas.

El tráfico Unicast y Multicast es claramente diferente, por este motivo, existen diferentes protocolos diseñados específicamente para tráfico multicast que solamente se puede usar con este tipo de tráfico, y no se puede usar con Unicast. La mayoría de los protocolos de aplicaciones existentes que usan Multidifusión hacen uso del protocolo de la capa de transporte UDP. El motivo de usar UDP es porque es un protocolo no orientado a conexión, es decir, no es necesario un «handshake» previo para empezar a enviar la información, sino que directamente se pueden enviar los datagramas desde un origen a varios destinos, además, la cabecera es realmente pequeña por lo que se optimiza muchísimo el tráfico de red al no tener una sobrecarga adicional por tema de cabeceras.

Algunos protocolos muy populares que se usan con tráfico Multicast es RTP (Real-time Transport Protocol), es un protocolo a nivel de aplicación que se encarga de transmitir información en tiempo real, como, por ejemplo, audio y video en una plataforma de TV o en una videoconferencia, este protocolo se usa tanto en Multicast como en Unicast. También se suele usar junto con el protocolo RTSP (Real-time Streaming Protocol) y también se usa el RTCP (RTP Control Protocol).

Direccionamiento IP para Multicast

El direccionamiento IP del tráfico multicast tiene un rango específico, este rango va desde la dirección IP 224.0.0.0 a la 239.255.255.255 están destinadas para ser direcciones de multidifusión explícitamente, a este rango se le suele llamar clase D. Estas direcciones IP no se asignan a direcciones unicast tradicionales, es un rango reservado, además, dentro del rango especificado hay otros subrangos que no se deben usar por todas las aplicaciones, estos rangos son las siguientes:

• 224.0.0.0 – 224.0.0.255 (224.0.0/24) Local Network Control Block: este rango de direccionamiento IP es usado habitualmente por protocolos de enrutamiento de pasarela interior que hagan uso de comunicación Multicast, como RIP o OSPF. Este direccionamiento es solo para multidifusión local, por lo que no deberían ser reenviadas por los routers.

El resto del rango 224.0.0.0/8 ha sido asignado a diferentes aplicaciones a lo largo de los años, o simplemente se ha reservado por parte de la IANA. El rango 223.0.0.0/8 está reservado para usarse con el protocolo SSM. El rango 239.0.0.0/8 se utiliza como uso de administración, es aquí donde los operadores de red proporcionan servicios de IPTV para la televisión a través de Internet. Podéis visitar el documento RFC3171 donde encontraréis todos los rangos de direccionamiento IP Multicast que existen y los que están reservados.

¿Para qué sirve el tráfico Multicast?

El tráfico Multicast se usa ampliamente en servicios de TV de pago de los diferentes operadores de fibra que hay en España, por ejemplo, Movistar. Gracias a la multidifusión IP, el operador puede ofrecer streaming de vídeo y audio de alta calidad a todos los clientes que lo contraten, el decodificador estará escuchando en una dirección IP específicamente de Multicast para recibir toda la información, y el router recibirá los canales consultándolo a través del protocolo RIPv2. Gracias a la plataforma de TV de Movistar, todos los clientes pueden recibir la señal de TV en sus hogares sin ningún tipo de retraso, pixelaciones ni parones cuando hay miles de clientes conectados viendo un partido de fútbol.

Otros usos que se le puede dar al tráfico Multicast es para las videoconferencias, aunque no es muy habitual. También se puede utilizar el tráfico Multicast en sistemas de CCTV, donde se puede visionar y grabar de forma eficiente secuencias de vídeo captadas por la misma cámara, esto nos permite ahorrar un gran ancho de banda al no tener que enviarlo por duplicado o triplicado a los diferentes destinatarios, solamente los usuarios que necesiten verlo lo verán, sin necesidad de saturar la red.

Tal y como habéis visto, el tráfico Multicast se utiliza sobre todo en servicios de IPTV de los operadores, para que todo funcione correctamente es fundamental que tanto el router como también los switches (si existen) gestionen correctamente este tráfico Multicast. El protocolo más importante para la gestión correcta del tráfico multicast es el denominado IGMP Snooping para redes IPv4, y el protocolo MLD para redes IPv6, estos protocolos se encargan de enviar solamente el tráfico a los equipos que están «escuchando» realmente este tráfico, y no a todos los equipos de la red, para evitar su colapso o lentitud.

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