Le multicast IP : principes et protocoles

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.