Multicast là gì? Multicast được nhận biết là một hình thức truyền thông quan trọng, nó mang lại nhiều ưu điểm cho con người trong quá trình sử dụng. Đây là một thuật ngữ tương đối phức tạp thuộc lĩnh vực công nghệ thông tin. Bài viết sau đây của VinaHost sẽ đề cập đến khái niệm Multicast, cách nó hoạt động, cũng như những ứng dụng của Multicast trong đời sống hằng ngày.

1. Multicast là gì?

Multicast là cách mà người gửi thông tin có thể truyền dữ liệu đến một nhóm người nhận trong cùng một lúc.

Phương thức này cho phép một người truyền thông tin đến nhiều người nhận hoặc từ nhiều người gửi đến nhiều người nhận trong cùng một khoảng thời gian. Điều này giúp giảm tải cho mạng LAN bằng cách giảm khung dữ liệu được truyền đi.

Xem thêm: [Tìm Hiểu] Mạng LAN Là Gì? So Sánh Mạng LAN, WAN và MAN

2. IP Multicast là gì ?

Multicast trên internet thường được biết đến với tên gọi là IP Multicasting. Điều này tuân thủ theo giao thức internet (IP) với mục đích chính là truyền tải dữ liệu.

Hệ thống IP Multicasting được xây dựng trên cơ sở của “Multicast Trees,” hay cây phát đa hướng, nhằm mục đích truyền tải thông tin giữa các thành viên trong mạng. Trong hệ thống này, một đường truyền duy nhất được phân nhánh đến vị trí của các người nhận trong nhóm.

Trong quá trình hoạt động, IP Multicast sử dụng hai giao thức chính là IGMP, tức là giao thức quản lý nhóm internet, và PIM – một giao thức phát đa hướng hoạt động độc lập. Trong hệ thống này, IGMP cấp quyền truy cập thông tin và dữ liệu cho người nhận một cách thoải mái. Bộ định tuyến mạng sẽ sử dụng PIM để tạo ra các Multicast Trees.

multicast la gi — Multicast là cách mà người gửi thông tin có thể truyền dữ liệu đến một nhóm người nhận trong cùng một lúc

Xem thêm: IGMP là gì? Đặc điểm và những loại thông điệp của IGMP

3. Cách thức hoạt động của Multicast

Multicast là một phương thức truyền thông trong mạng máy tính mà một nguồn có thể gửi dữ liệu đến một nhóm người nhận trong mạng. Dưới đây là cách thức hoạt động cơ bản:

Người Gửi (Server): Người gửi là thiết bị hoặc ứng dụng gửi dữ liệu đến một nhóm người nhận cụ thể. Người gửi chọn một địa chỉ IP thuộc phạm vi địa chỉ Multicast để xác định nhóm người nhận.
Người Nhận (Client): Người nhận là các thiết bị hoặc ứng dụng mong muốn nhận dữ liệu từ người gửi. Người nhận tham gia vào nhóm bằng cách sử dụng giao thức như IGMP (Internet Group Management Protocol) để thông báo rằng chúng muốn tham gia vào nhóm.
Địa Chỉ IP Multicast: Địa chỉ IP Multicast là địa chỉ đặc biệt được sử dụng để xác định nhóm người nhận. Đối với IPv4, địa chỉ này nằm trong dải từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255. Đối với IPv6, sẽ có một loạt các địa chỉ đặc trưng.
Router và Multicast Trees: Khi dữ liệu được gửi từ người gửi, router trong mạng sẽ sử dụng giao thức PIM (Protocol Independent Multicast) để xây dựng các cây phát đa hướng (Multicast Trees). Các cây này xác định đường truyền dữ liệu từ nguồn đến các người nhận trong nhóm.
IGMP (Internet Group Management Protocol): Giao thức này được sử dụng để quản lý và theo dõi thành viên của nhóm. Người nhận sử dụng IGMP để thông báo cho router biết rằng chúng muốn tham gia hoặc rời khỏi nhóm.
Phân phối Dữ liệu: Router sẽ phân phối dữ liệu theo các đường truyền đã được xác định bởi Multicast Trees. Dữ liệu chỉ được truyền đến các thành viên trong nhóm, giảm tải trên mạng so với việc sử dụng unicast hoặc broadcast.

Xem thêm: Client Server là gì? | Tổng quan về mô hình Client Server

4. Ưu và nhược điểm của Multicast

Phương thức này có những ưu nhược điểm nổi bật như sau.

4.1. Ưu điểm của Multicast

Phương thức này đem đến nhiều ưu điểm xuất sắc, trong đó đáng chú ý nhất là khả năng ổn định cao. Cách tiếp cận này cho phép truyền dữ liệu đến một lượng lớn người nhận mà không ảnh hưởng đến hiệu suất mạng hay gây quá tải cho máy chủ.

Một điểm mạnh khác của phương thức này là khả năng tiết kiệm băng thông đáng kể trong mạng viễn thông. Khi sử dụng Multicast, người gửi chỉ cần gửi một luồng dữ liệu duy nhất cho nhiều người nhận khác nhau, tránh việc phải truyền hàng loạt luồng dữ liệu cùng một lúc, từ đó giảm áp lực về băng thông.

Đồng thời, phương thức này giúp giảm thiểu tình trạng tải CPU trên máy trạm. Bằng cách nhận diện và loại bỏ dữ liệu không cần thiết tại tầng liên kết dữ liệu của máy trạm, Multicast giảm bớt gánh nặng đối với CPU, mang lại hiệu suất tối ưu.

4.2. Nhược điểm của Multicast

Ngoài những lợi ích kể trên, Multicast vẫn mang những hạn chế cụ thể. Đầu tiên, có thể kể đến là nguy cơ nghẽn mạng. Do cơ chế của TCP Window không tương thích với giao thức UDP, làm cho Multicast có thể gây ra tình trạng tắc nghẽn mạng.

Thêm vào đó, đôi khi phương thức này gửi các gói tin mạng trùng lặp do hệ thống này vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để phát triển

5. 2 cách sử dụng chính của mạng Multicast

Người dùng sẽ dựa vào một số đặc điểm cơ bản để xác định cách thức sử dụng. Dưới đây là hai ứng dụng chính thường thấy:

5.1. Phân phối luồng dữ liệu AV

Phương thức này được sử dụng chủ yếu để phân phối luồng dữ liệu AV (Audio-Visual) hiệu quả trong môi trường mạng. Mạng Multicast cho phép việc truyền phát dữ liệu AV trực tiếp đến một nhóm người xem mà không cần phải tạo ra nhiều phiên bản riêng biệt của luồng dữ liệu cho từng người xem. Điều này giúp giảm tải cho hệ thống mạng và tăng cường hiệu suất phân phối.

Dưới đây là một số cách chính mà mạng Multicast được áp dụng trong việc phân phối luồng dữ liệu AV:

Truyền phát video trực tiếp (live streaming)
Hội nghị trực tuyến (online conferences)
Phát sóng truyền hình và nội dung giải trí
Đàm thoại trực tuyến và trò chơi đa người chơi
Phân phối nội dung trong doanh nghiệp

5.2. Cung cấp dữ liệu thị trường chứng khoán realtime

Trong tình huống này, để đảm bảo sự minh bạch trong thị trường, tất cả các người tham gia cần nhận thông tin đồng nhất cùng một lúc, vì vậy việc sử dụng Multicast là một phương tiện lý tưởng để phân phối dữ liệu.

Tuy nhiên, vấn đề mất gói tin cũng khá nghiêm trọng, đặc biệt là khi chúng mang theo thông tin quan trọng về giá cả và giao dịch. Vì thế, những luồng dữ liệu này cần được kết hợp với các hệ thống khác để khôi phục dữ liệu mất thông qua giao thức unicast TCP tiêu chuẩn.

Ngoài ra, phương thức này cũng được ứng dụng trong trường hợp chơi game trực tuyến, khi mà thông tin về trò chơi cần được phân phối đến một số lượng lớn người chơi trong thời gian thực.

Xem thêm: TCP/IP là gì? | Chức năng của 4 tầng trong TCP/IP

6. Một số vấn đề cơ bản với mạng Multicast

Có hai vấn đề cơ bản khi triển khai các luồng dữ liệu:

Đầu tiên, là cách để người nhận đăng ký nhận dữ liệu mà họ mong muốn và cách hủy đăng ký dữ liệu mà họ không muốn tiếp tục nhận nữa.

Thứ hai, là làm thế nào để chuyển tiếp các gói từ máy chủ đến tất cả các máy thu sao cho mỗi gói chỉ được chuyển tiếp một lần và chỉ một lần, không phụ thuộc vào cách các thành phần kết nối với nhau.

Thường, hai vấn đề trên được giải quyết thông qua sử dụng hai giao thức dưới đây:

Giao thức quản lý nhóm Internet (IGMP) được sử dụng để xử lý quá trình người nhận tham gia nhóm và rời khỏi nhóm.
Giao thức Multicast độc lập (PIM – Protocol Independent Multicast) là giao thức mà các thiết bị mạng Lớp 3 như bộ định tuyến sử dụng để xây dựng và quản lý cấu trúc cây phân phối đa hướng trên toàn mạng.

6.1. IMGP

Mặc dù các địa chỉ IP multicast hiển thị trong tiêu đề gói có vẻ giống các địa chỉ IPv4 hoặc IPv6 thông thường, thực tế chúng là các địa chỉ nhóm được sử dụng để tham chiếu đến tất cả các thành viên của nhóm tương ứng. Để tham gia nhóm, một thiết bị có thể gửi thông báo IGMP đến địa chỉ IP của nhóm.

Bộ định tuyến Multicast trên mạng sẽ nhận được gói tin này và thực hiện các bước cần thiết để kích hoạt chuyển tiếp luồng dữ liệu đến thiết bị tham gia. Luôn luôn gửi các gói báo cáo thành viên IGMP với giá trị TTL là 1 nhằm đảm bảo rằng chúng không thể rời khỏi phân đoạn mạng hiện tại.

6.2. IGMP snooping

IGMP snooping là một tính năng được triển khai trên các thiết bị chuyển mạch (switches) trong mạng để theo dõi và hiểu các gói tin IGMP được gửi từ các thiết bị đầu cuối. Khi bật IGMP snooping, switch có khả năng theo dõi giao tiếp IGMP và học được thông tin về việc tham gia và rời khỏi các nhóm IP Multicast.

Vai trò của IGMP Snooping:

Lọc địa chỉ Multicast: IGMP snooping giúp switch biết được địa chỉ IP Multicast mà các thiết bị đầu cuối quan tâm. Switch chỉ chuyển tiếp lưu lượng đến các cổng mà có thiết bị nào đó đang tham gia nhóm, giảm thiểu lưu lượng truyền thông không cần thiết.
Tối ưu hóa băng thông: Thông qua việc lọc lưu lượng, IGMP snooping giúp tối ưu hóa băng thông mạng bằng cách giảm lưu lượng chuyển tiếp đi không đến các thiết bị không quan tâm đến nội dung Multicast.
Tránh đụng độ địa chỉ: Snooping giúp tránh việc chuyển tiếp đồng thời lưu lượng đến tất cả các cổng, giảm nguy cơ xảy ra đụng độ địa chỉ và tiêu tốn băng thông không cần thiết.

6.3. PIM

Do các gói báo cáo thành viên IGMP luôn có giá trị TTL là 1, chúng không thể được sử dụng để xác định nguồn trên một phân đoạn mạng khác. Để thực hiện điều này, thường người ta áp dụng PIM (Giao thức Đa phương thức Độc lập).

PIM (Protocol Independent Multicast) là một giao thức được sử dụng trong mạng Multicast để quản lý và điều phối lưu lượng qua các đường dẫn khác nhau. PIM là “độc lập với giao thức mạng” vì nó không phụ thuộc vào một giao thức định hình mạng cụ thể. PIM có thể hoạt động trên nhiều loại mạng, bao gồm IP, IPv6, và mạng không kết nối (disjointed networks).

Vai trò của PIM:

Xác định đường dẫn Multicast: PIM giúp xác định đường dẫn tối ưu để truyền phát lưu lượng từ nguồn đến các nhóm mà có đầu cuối quan tâm.
Quản lý nút phân phối (Routers): PIM hoạt động trên các router để quản lý và chuyển tiếp lưu lượng qua mạng.
Chuyển tiếp lưu lượng thông minh: PIM chỉ chuyển tiếp lưu lượng đến những nơi có đầu cuối thực sự quan tâm, giảm lưu lượng không cần thiết và tối ưu hóa sử dụng băng thông.

Chế độ hoạt động:

PIM Dense Mode (PIM-DM): Chế độ này giả sử rằng tất cả các thiết bị đầu cuối đều quan tâm đến lưu lượng Multicast. Nó truyền phát lưu lượng đến tất cả các đường dẫn.
PIM Sparse Mode (PIM-SM): Chế độ này giả định rằng chỉ có một số ít các đầu cuối quan tâm đến lưu lượng Multicast. Nó yêu cầu có một trung tâm phân phối (Rendezvous Point – RP) để quản lý và điều phối lưu lượng đến các đường dẫn mà có đầu cuối quan tâm.

6.4. Rendezvous Point

Trong mạng Multicast, Rendezvous Point (RP) là một thành phần quan trọng của giao thức PIM-SM (Protocol Independent Multicast – Sparse Mode). RP được sử dụng để quản lý và điều phối lưu lượng từ nguồn đến các nhóm mà có đầu cuối quan tâm trong mô hình Sparse Mode. Dưới đây là mô tả chi tiết về Rendezvous Point:

Vai trò của Rendezvous Point (RP)

Trung tâm phân phối: RP đóng vai trò như một trung tâm phân phối cho lưu lượng trong mô hình PIM-SM. Nó giữ thông tin về các nhóm và quản lý cách lưu lượng được chuyển tiếp từ nguồn đến các nhóm này.
Quyết định đường dẫn: RP quyết định đường dẫn tối ưu để truyền phát lưu lượng Multicast từ nguồn đến các nhóm mà có ít nhất một đầu cuối quan tâm.

Cách hoạt động của Rendezvous Point

Đăng ký nhóm Multicast: Các router trong mạng đăng ký với RP để thông báo về sự quan tâm của chúng đến các nhóm cụ thể. RP giữ thông tin về các nhóm và các router đăng ký với nó.
Phân phối lưu lượng: Khi có lưu lượng từ nguồn, RP quyết định đường dẫn tối ưu để phân phối lưu lượng đến các router và đầu cuối quan tâm.

Xem thêm: Network là gì? | [SO SÁNH] giữa Internet và Network

7. Các giao thức định tuyến của Multicast là gì?

7.1. Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP)

Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) là một giao thức định tuyến Multicast sử dụng cơ chế vector khoảng cách để quảng bá thông tin định tuyến giữa các router trong mạng. DVMRP được thiết kế để hỗ trợ việc chuyển tiếp lưu lượng qua các mạng IP.

7.2. Protocol Independent Multicast (PIM)

Protocol Independent Multicast (PIM) là một giao thức định tuyến Multicast được thiết kế để hỗ trợ việc chuyển tiếp lưu lượng trong mạng IP. Tên gọi “Protocol Independent” xuất phát từ khả năng của PIM trong việc hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến Unicast khác, chẳng hạn như RIP (Routing Information Protocol) hoặc OSPF (Open Shortest Path First). PIM được phát triển để mang lại tính linh hoạt và tương thích rộng rãi trong môi trường định tuyến Multicast.

7.3. Multicast Open Shortest Path First (MOSPF)

Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) là một phần mở rộng của giao thức định tuyến OSPF (Open Shortest Path First). MOSPF kết hợp tính năng của OSPF với khả năng định tuyến Multicast, giúp quản lý và chuyển tiếp hiệu quả lưu lượng trong môi trường mạng.

Xem thêm: Mạng máy tính là gì? Lợi ích và Phân loại Mạng máy tính

8. Các ứng dụng của Multicast

Phương thức này đang được ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực như sau:

Thị trường chứng khoán: Multicast được sử dụng để truyền thông tin thị trường và hiển thị những thông tin này trên bảng điện.
Biển quảng cáo điện tử: Người quản trị có thể thay đổi nội dung của các biển quảng cáo thông qua mạng Multicast bằng cách truyền dữ liệu hình ảnh.
Truyền hình internet (IPTV): Giao thức này đang được sử dụng rộng rãi trong việc truyền tải nội dung truyền hình đến người xem qua mạng lưới IP. Người gửi nội dung truyền hình có thể truyền dữ liệu trong một luồng phát sóng duy nhất thay vì sử dụng nhiều luồng khác nhau cho từng người xem như Unicast.

9. Phân biệt điểm khác nhau giữa Unicast, Multicast và Broadcast

Bên cạnh Multicast, còn tồn tại các phương thức giao tiếp phổ biến khác như Unicast và Broadcast. Dưới đây là điểm khác nhau giữa Unicast, Multicast và Broadcast.

	Multicast	Unicast	Broadcast
Đặc điểm	Multicast cho phép một nguồn truyền thông tin đến một nhóm người nhận cụ thể. Gói tin được gửi đến một địa chỉ multicast và được chia sẻ với nhóm người nhận.	Unicast là phương thức truyền thông giữa một nguồn và một đích duy nhất. Mỗi gói tin được gửi từ một nguồn và chỉ dành cho một đích cụ thể.	Broadcast là phương thức truyền thông mà một nguồn gửi thông tin đến tất cả các thiết bị trong mạng.
Cách thức tương tác	Tương tác diễn ra giữa một người gửi và rất nhiều người nhận cùng lúc.	Tương tác chỉ diễn ra giữa một người gửi và một người nhận.	Tương tác diễn ra giữa một người gửi và tất cả người nhận khả dụng.
Cách thức hoạt động	Dữ liệu được luân chuyển khi nhận yêu cầu từ những người nhận cùng lúc.	Dữ liệu chỉ được luân chuyển khi nhận yêu cầu từ một người nhận duy nhất.	Dữ liệu được luân chuyển cho tất cả người nhận bất kể có yêu cầu nhận hay không.
Độ bảo mật	Độ bảo mật tương đối vì dữ liệu được gửi đến một nhóm người nhận nhất định.	Độ bảo mật cao nhất vì dữ liệu được gửi đến một đích đến độc nhất.	Độ bảo mật thấp do dữ liệu được gửi đến tất cả thiết bị trong mạng lưới.
Độ trễ	Có độ trễ trung bình	Có độ trễ thấp	Có độ trễ cao
Ứng dụng	Phù hợp cho việc truyền thông tin đến một nhóm người nhận cụ thể, giảm tải băng thông so với Unicast khi có nhiều người nhận.	Thích hợp cho truyền thông điểm đến điểm, nơi chỉ có một người nhận thông tin.	Thường được sử dụng trong các mạng cục bộ (LAN) để chia sẻ thông điệp với tất cả các thiết bị trong mạng.

Tóm lại:

Unicast dành cho truyền thông từ một nguồn đến một đích cụ thể.
Multicast được sử dụng để truyền thông tin đến một nhóm người nhận cụ thể.
Broadcast gửi thông điệp đến tất cả các thiết bị trong mạng.

10. Hướng dẫn cách tạo Multicast trên mạng máy tính

Nếu bạn muốn phát triển một ứng dụng đa hướng trên mạng cục bộ của riêng mình, có ba cách mà bạn có thể lựa chọn để thực hiện:

10.1. Local scope

Để tạo Multicast trên mạng máy tính với phạm vi cục bộ (Local scope), bạn có thể sử dụng địa chỉ IP Multicast thuộc dải địa chỉ đặc biệt cho phạm vi cục bộ. Một trong những dải phổ biến là 239.0.0.0 đến 239.255.255.255. Đảm bảo rằng bạn chọn một địa chỉ không xung đột với các địa chỉ khác trong mạng của bạn.

Tùy thuộc vào ứng dụng bạn đang sử dụng, bạn cần cấu hình nó để sử dụng địa chỉ IP Multicast bạn đã chọn. Điều này có thể bao gồm cấu hình địa chỉ Multicast trong mã nguồn của ứng dụng hoặc trong tùy chọn cấu hình.

Nếu bạn đang tạo một ứng dụng Multicast trong môi trường mạng cục bộ, việc sử dụng IGMP là quan trọng. Sau khi cấu hình, kiểm tra kết nối và giám sát lưu lượng trong mạng của bạn. Sử dụng công cụ như Wireshark để theo dõi gói tin và đảm bảo rằng chúng đang được chuyển tiếp đúng cách.

10.2. Giải quyết GLOP

Dưới đây là hướng dẫn cách tạo Multicast, sử dụng phương pháp GLOP trên mạng máy tính:

Chọn BGP ASN:

Chọn một BGP ASN (Autonomous System Number) để sử dụng trong quá trình tạo GLOP. ASN này cần được đăng ký và duy trì bởi tổ chức của bạn.

Chọn dải địa chỉ IP Multicast:

Chọn dải địa chỉ IP Multicast trong phạm vi GLOP. Phạm vi thông thường là 233.0.0.0/8. Mã hóa BGP ASN vào địa chỉ IP Multicast trong dải này để tạo địa chỉ IP Multicast GLOP.

Mã hóa BGP ASN vào địa chỉ Multicast:

Sử dụng BGP ASN đã chọn và mã hóa nó vào địa chỉ IP Multicast trong dải GLOP. Cách thức mã hóa như sau:

Bảng chuyển đổi BGP ASN thành hai byte.
Ghép hai byte này vào địa chỉ Multicast 233.x.x.x/8, trong đó x là giá trị của hai byte đó.

Ví dụ: Nếu BGP ASN của bạn là 65525, bạn sẽ mã hóa nó thành hai byte là 255 và 245. Ghép chúng vào địa chỉ 233.255.245.0/24.

Cấu hình Router BGP:

Cấu hình router sử dụng BGP với BGP ASN bạn đã chọn. Cài đặt BGP để chuyển tiếp thông tin định tuyến Multicast sử dụng địa chỉ IP Multicast GLOP.

Kiểm tra và giám sát:

Sau khi cấu hình, kiểm tra và giám sát lưu lượng sử dụng địa chỉ IP Multicast GLOP. Sử dụng các công cụ giám sát mạng như Wireshark để theo dõi gói tin.

Lưu ý rằng việc sử dụng GLOP đòi hỏi sự hiểu biết vững về BGP và cấu trúc địa chỉ IP Multicast. Ngoài ra, đảm bảo kiểm tra tính tương thích và hỗ trợ BGP trên các thiết bị mạng của bạn.

10.3. Các địa chỉ được chỉ định thường xuyên

Và phương pháp thứ ba để đạt được việc cấp phát địa chỉ vĩnh viễn trong các dải 224.0.2.0-224.0.255.0 và 224.1.0.0-224.1.255.255 là thông qua việc đăng ký tại IANA. Tuy nhiên, những địa chỉ này hiện đang có nguồn tài nguyên khá hạn chế. Do đó, phương pháp này chỉ nên được thực hiện khi bạn có một ứng dụng phát Multicast mà bạn dự định chia sẻ với một số lượng lớn người nhận.

Xem thêm: 1.1.1.1 là gì | Hướng dẫn cách Cài Đặt & Thay Đổi DNS 1.1.1.1

11. Tổng kết

Bài viết đã đề cập chi tiết về Multicast là gì, bao gồm cả khái niệm, ưu nhược điểm, và ứng dụng nổi bật của nền tảng này. Sự quan trọng của phương thức này là không thể phủ nhận trong thực tế hiện nay, đặc biệt khi mạng lưới internet đang ngày càng mở rộng mạnh mẽ. Để có thể tìm hiểu thêm thông tin, mời bạn truy cập vào Blog của VinaHost TẠI ĐÂY hoặc liên hệ ngay cho chúng tôi nếu cần tư vấn về dịch vụ.