La multidifusión (o Multicast) es un método de comunicación usado en redes informáticas donde los datos se envían desde un único emisor a un grupo de dispositivos de destino. En este método, el emisor envía el paquete de datos a una dirección de multidifusión específica, asignada a un grupo de dispositivos. Los dispositivos de red luego reenvían el paquete de datos a todos los dispositivos que se han suscrito al grupo de multidifusión.
La multidifusión es un método eficiente para enviar datos a un grupo de dispositivos, ya que reduce el tráfico de red y asegura que los datos se entreguen a todos los dispositivos del grupo simultáneamente. La multidifusión se usa ampliamente en varios protocolos de red, como IPTV, videoconferencias y juegos online. En este artículo, discutiremos la importancia y los beneficios de la multidifusión, así como su uso en diferentes aplicaciones de red.
Nota: Comprender la multidifusión requiere un conocimiento sólido de la estructura y el propósito de las direcciones MAC.
Algunos describen la multidifusión de forma similar a una difusión, ya que se dirige a varios dispositivos u hosts en una red, pero no a todos. Mientras que una difusión se dirige a todos los hosts en el segmento local, una multidifusión se dirige a un grupo de hosts. Con la multidifusión, los hosts pueden seleccionar si desean participar en el grupo de multidifusión mediante el protocolo Internet Group Management Protocol (IGMP).
A continuación, se muestra un ejemplo simple de un grupo de hosts (host A y D) que forman parte de un grupo de multidifusión que reciben y procesan un flujo de datos:
Fundamentos de la Multidifusión
Para ayudar a explicar cómo funciona la multidifusión, hemos dividido esta sección en tres temas diferentes:
- Multidifusión de hardware/Ethernet
- Multidifusión IP
- Mapeo de multidifusión IP a multidifusión Ethernet
Una multidifusión típica en una red Ethernet, usando el protocolo TCP/IP, consta de dos partes: multidifusión de hardware/Ethernet y multidifusión IP. Más adelante, hablaré sobre el mapeo de multidifusión IP a multidifusión Ethernet, que es lo que realmente sucede con la multidifusión en nuestra red Ethernet usando el protocolo TCP/IP.
El breve diagrama a continuación muestra la relación entre las tres partes y cómo completan el modelo de multidifusión:
#1. Multidifusión de Hardware/Ethernet
Cuando un ordenador se une a un grupo de multidifusión, necesita poder distinguir entre unicast normales (que son paquetes dirigidos a un ordenador o una dirección MAC) y multidifusiones. Con la multidifusión de hardware, la tarjeta de red se configura, a través de sus controladores, para estar atenta a direcciones MAC particulares (en este caso, direcciones MAC de multidifusión) además de la suya propia. Cuando la tarjeta de red detecta un paquete que tiene una dirección MAC de destino que coincide con cualquiera de las direcciones MAC de multidifusión, lo pasará a las capas superiores para su posterior procesamiento.
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Y así es como lo hacen:
Ethernet utiliza el bit de orden inferior del octeto de orden superior para distinguir las direcciones unicast convencionales de las direcciones de multidifusión. Un unicast tendría este bit establecido en CERO (0), mientras que una multidifusión se establecería en UNO (1).
Para comprender esto, debemos analizar la dirección MAC de destino de un paquete unicast y multicast, para que puedas ver de qué estamos hablando:
Cuando un ordenador coloca un paquete normal (unicast) en la red, contiene la dirección MAC de origen y de destino, que se encuentra en la 2ª capa del modelo OSI. La siguiente imagen es un ejemplo de mi estación de trabajo (192.168.0.6) enviando un paquete a la puerta de enlace de mi red (192.168.0.5):
| No. | MAC origen | MAC destino | Trama | Protocolo | IP origen | IP destino |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 00:02:B3:3C:32:68 | 00:A0:C9:4B:0E:8F | IP | TCP->1177 | 192.168.0.6 | 192.168.0.5 |
Ahora analicemos la dirección MAC de destino:
Cuando mi puerta de enlace recibe el paquete, sabe que es un paquete unicast como se explicó en la imagen anterior.
Ahora veamos la dirección MAC de destino de un paquete de multidifusión. Ten en cuenta que un paquete de multidifusión no se dirige a un host, sino a un grupo de hosts, por lo que la dirección MAC de destino no coincidirá con la dirección MAC única de ningún ordenador, pero los ordenadores que forman parte del grupo de multidifusión reconocerán la dirección MAC de destino y la aceptarán para su procesamiento.
El siguiente paquete de multidifusión fue enviado desde nuestro servidor de multidifusión. Observa la dirección MAC de destino (es una multidifusión):
| No. | MAC origen | MAC destino | Trama | Protocolo | IP origen | IP destino |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 00:80:C8:F9:76:EF | 01:00:5E:00:00:05 | IP | OSPFIGP | 192.168.0.2 | 224.0.0.5 |
El análisis de la dirección MAC de destino de multidifusión ayudará a aclarar las cosas:
Así que ahora deberías poder entender cómo los ordenadores pueden diferenciar entre un paquete normal o unicast y un paquete de multidifusión. Recuerda, la dirección MAC de destino 01-00-5E-00-00-05 no pertenece a un host, y es reconocida por los ordenadores que forman parte del grupo de multidifusión.
Las direcciones MAC de multidifusión siempre se utilizan en el campo de dirección MAC de destino de un paquete Ethernet.
El grupo IEEE utilizó una regla especial para determinar las varias direcciones MAC que se considerarán para la multidifusión. Esta regla se trata en la última sección de esta página, pero no necesitas conocerla ahora para entender la multidifusión de hardware. Usando esta regla especial, se determinó que la dirección MAC 01:00:5E:00:00:05 se utilizará para el protocolo OSPF, que resulta ser un protocolo de enrutamiento, y luego esta dirección MAC también se mapea a una dirección IP que se analiza en Multidifusión IP.
Multidifusión IP
La multidifusión IP es la segunda parte de la multidifusión que, combinada con la multidifusión de hardware, nos proporciona un modelo de multidifusión que funciona para nuestra red Ethernet. Si la multidifusión de hardware no funciona, el paquete nunca llegará a la capa de red en la que se basa la multidifusión IP, por lo que todo el modelo falla.
Con la multidifusión IP, la dirección MAC de multidifusión de hardware se mapea a una dirección IP. Una vez que la Capa 2 (Enlace de datos) selecciona el paquete de multidifusión de la red (porque lo reconoce, ya que la dirección MAC de destino es una multidifusión), eliminará las direcciones MAC y enviará el resto a la capa superior, que es la Capa de red. En ese momento, la Capa de red necesita poder entender que se está tratando con una multidifusión, por lo que la dirección IP se establece de una manera que permite al ordenador verla como un datagrama de multidifusión. Un host puede enviar datagramas de multidifusión a un grupo de multidifusión sin ser miembro.
Las multidifusiones se utilizan mucho entre enrutadores para que puedan descubrirse entre sí en una red IP. Por ejemplo, un enrutador Open Shortest Path First (OSPF) envía un paquete “hello” a otros enrutadores OSPF en la red. El enrutador OSPF debe enviar este paquete “hello” a una dirección de multidifusión asignada, que es 224.0.0.5, y los otros enrutadores responderán.
La multidifusión IP utiliza direcciones IP de clase D:
Veamos un ejemplo para que podamos entenderlo un poco mejor:
La imagen a continuación es una captura de pantalla de mi analizador de paquetes, muestra un paquete de multidifusión que fue enviado desde un servidor NetWare, observa la dirección IP de destino:
| No. | MAC origen | MAC destino | Trama | Protocolo | IP origen | IP destino |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 00:80:C8:F9:76:EF | 01:00:5E:00:00:05 | IP | OSPFIGP | 192.168.0.2 | 224.0.0.5 |
La captura de pantalla anterior muestra el paquete que se capturó, simplemente muestra un resumen rápido de lo que se capturó. Pero, cuando miramos a la izquierda, vemos el paquete anterior con mucho más detalle.
Puedes ver claramente las marcas que he puesto en la parte inferior que te muestran que la IP de destino de este paquete es la dirección IP 224.0.0.5. Esto corresponde a una IP de multidifusión y, por lo tanto, es un paquete de multidifusión.
El encabezado MAC también muestra una dirección MAC de destino de 01-00-5E-00-00-05 que analizamos en la sección anterior para mostrarte cómo se identifica esto como un paquete de multidifusión en la Capa 2 (Capa de enlace de datos).
Algunos ejemplos de direcciones de multidifusión IP:
- 224.0.0.0 Dirección base (reservada) [RFC1112,JBP]
- 224.0.0.1 Todos los sistemas en esta subred [RFC1112,JBP]
- 224.0.0.2 Todos los enrutadores en esta subred [JBP]
- 224.0.0.3 No asignado [JBP]
- 224.0.0.4 Enrutadores DVMRP [RFC1075,JBP]
- 224.0.0.5 OSPF-IGP Todos los enrutadores [RFC2328,JXM1]
¡Recuerda que estas direcciones IP han sido asignadas por el IEEE!
Ahora todo lo que queda es explicar cómo la multidifusión IP y la multidifusión MAC se mapean entre sí…
Mapeo de Multidifusión IP a Multidifusión Ethernet
La última parte de la multidifusión que combina la multidifusión de hardware y la multidifusión IP es el mapeo entre ellas. Hay una regla para el mapeo, y esta es:
Para mapear una dirección de multidifusión IP a la dirección de multidifusión de hardware/Ethernet correspondiente, coloca los 23 bits de orden inferior de la dirección de multidifusión IP en los 23 bits de orden inferior de la dirección de multidifusión Ethernet especial. El resto de los bits de orden superior están definidos por el IEEE (color celeste en el ejemplo).
La regla anterior básicamente determina la dirección MAC de hardware. Veamos un ejemplo real para entender esto.
Vamos a usar la dirección IP de multidifusión 224.0.0.5, una multidifusión para el protocolo de enrutamiento OSPF. La imagen a continuación nos muestra el análisis de la dirección IP en binario para que podamos ver claramente todos los bits:
Puede parecer un poco confuso al principio, pero vamos a desglosarlo:
Tenemos una dirección IP de 224.0.0.5, que luego se convierte a binario para que podamos ver claramente el mapeo de los 23 bits a la dirección MAC del ordenador. La parte de la dirección MAC que está en celeste ha sido definida por el grupo IEEE. ¡Así que la línea celeste y morado forman una dirección MAC como se muestra en modo binario, luego la convertimos de binario a hexadecimal y eso es todo!
Debes tener en cuenta que los enrutadores de multidifusión no deben reenviar ningún datagrama de multidifusión con direcciones de destino en el rango 224.0.0.0 y 224.0.0.255. La siguiente página (lista de multidifusión) proporciona un poco más de información sobre esto.
Direcciones de Multidifusión de Internet
Host Extensions for IP Multicasting [RFC1112] especifica las extensiones requeridas de una implementación de host del Protocolo de Internet (IP) para admitir la multidifusión. Las direcciones actuales se enumeran a continuación.
El rango de direcciones entre 224.0.0.0 y 224.0.0.255, inclusive, está reservado para el uso de protocolos de enrutamiento y otros protocolos de descubrimiento o mantenimiento de topología de bajo nivel, como el descubrimiento de puertas de enlace e informes de pertenencia a grupos. Los enrutadores de multidifusión no deben reenviar ningún datagrama de multidifusión con direcciones de destino en este rango, independientemente de su TTL.
- 224.0.0.0 Dirección base (reservada) [RFC1112,JBP]
- 224.0.0.1 Todos los sistemas en esta subred [RFC1112,JBP]
- 224.0.0.2 Todos los enrutadores en esta subred [JBP]
- 224.0.0.3 No asignado [JBP]
- 224.0.0.4 Enrutadores DVMRP [RFC1075,JBP]
- 224.0.0.5 OSPF – IGP Todos los enrutadores [RFC1583,JXM1]
- 224.0.0.6 OSPF – IGP Enrutadores designados [RFC1583,JXM1]
- 224.0.0.7 Enrutadores ST [RFC1190,KS14]
- 224.0.0.8 Hosts ST [RFC1190,KS14]
- 224.0.0.9 Enrutadores RIP2 [RFC1723,GSM11]
- 224.0.0.10 Enrutadores IGRP [Dino Farinacci]
- 224.0.0.11 Agentes móviles [Bill Simpson]
- 224.0.0.12 Servidor DHCP / Agente de retransmisión [RFC1884]
- 224.0.0.12 – 224.0.0.255 No asignado [JBP]
224.0.1.23 XINGTV
224.0.2.1 Grupo “rwho” (BSD) (no oficial) [JBP]
224.0.2.2 SUN RPC PMAPPROC_CALLIT [BXE1]
224.0.3.000-224.0.3.255 Servicio genérico RFE [DXS3]
224.0.4.000-224.0.4.255 Conferencias individuales RFE [DXS3]
224.0.5.000-224.0.5.127 Grupos CDPD [Bob Brenner]
224.0.5.128-224.0.5.255 No asignado [IANA]
224.0.6.000-224.0.6.127 Proyecto Cornell ISIS [Tim Clark]
224.0.6.128-224.0.6.255 No asignado [IANA]
224.0.7.000-224.0.7.255 Dónde estás [Simpson]
224.0.8.000-224.0.8.255 INTV [Tynan]
224.0.9.000-224.0.9.255 Ferrocarril de Internet [Malamud]
224.1.0.0-224.1.255.255 Grupos de multidifusión ST [RFC1190,KS14]
224.2.0.0-224.2.255.255 Llamadas de conferencia multimedia [SC3]
224.252.0.0-224.255.255.255 Grupos transitorios DIS [Joel Snyder]
232.0.0.0-232.255.255.255 Grupos transitorios VMTP [RFC1045,DRC3]
Estas direcciones aparecen en el servicio de nombres de dominio en MCAST.NET y 224.IN-ADDR.ARPA.
Ten en cuenta que cuando se utiliza en una red Ethernet o IEEE 802, los 23 bits de orden inferior de la dirección de multidifusión IP se colocan en los 23 bits de orden inferior de la dirección de multidifusión de red Ethernet o IEEE 802 1.0.94.0.0.0.
Resumen
Este artículo explicó qué es la multidifusión, cómo funciona y su importancia dentro de una red e Internet. Analizamos la estructura de una dirección de multidifusión, el concepto de grupos de multidifusión, el propósito de IGMP y más. Hablamos sobre la multidifusión IP, la multidifusión Ethernet y su función. Finalmente, proporcionamos una lista de direcciones de multidifusión IP y RFC relacionadas. Para obtener más información sobre protocolos de red, análisis y funcionalidad, visita nuestra sección de Glosario.
