من المعروف أنّ البث المتعدد لـ (IP) يعاني من مشكلات النشر، وتنشأ المشكلة بشكل أساسي من تعقيدات توجيه البث المتعدد في المستوى البيني وطبيعة الحالة الكاملة للحلول الحالية، وللتعامل مع المشكلة تم اقتراح العديد من طرق الاتصال الجماعية البديلة ومن بينها تتميز المناهج القائمة على نقطة التفرع (BP) بميزات واعدة مثل النشر التدريجي، والتوافر العالي للشجرة ومتطلبات الذاكرة المنخفضة وبالتالي قابلية التوسع العالية.
أساسيات بروتوكول NBM
إنّ الأساليب الحالية المستندة إلى (BP) تعاني من قصورين رئيسيين هُما صعوبات بناء الشجرة ووجود عمليات بحث مفرطة في عملية إعادة توجيه حزم بيانات الإرسال الأحادي والبث المتعدد، كما تم اعتماد بروتوكولاً جديداً قائماً على (BP) يسمى (NBM) لتجنب العيوب الحالية، كما يبني (NBM) شجرة توزيع الإرسال المتعدد في الاتجاه الأمامي ولديه آلية للكشف عن الأخطاء وإصلاحها، والتي تحمي الشجرة من فشل (BPs).
يكتشف (NBM) فشل مستوى أعلى من (BP) في الشجرة في وقت أقرب من مستوى (BP) المنخفض كما لا يحتفظ (NBM) بأي نوع من حالات التحكم في أجهزة التوجيه غير المتفرعة، حيث تُظهر نتائج المحاكاة التي تم إجراؤها من أنّ متطلبات ذاكرة (NBM) للحفاظ على حالات إعادة توجيه البث المتعدد أقل من النصف تقريباً مقارنةً بالنهج التقليدي، وبالإضافة إلى ذلك فإنّ شجرة (NBM) متاحة أكثر من الشجرة التقليدية على الأقل بمعامل 2.
في العديد من بروتوكولات توجيه الإرسال المتعدد يتم تحديد شجرة توزيع البث المتعدد من خلال نقاط التفرع الخاصة بها، حيث يتم تسليم بيانات البث المتعدد من نقطة تفريع إلى أخرى باستخدام الإرسال الأحادي الأصلي، ونتيجة لذلك يمكن نشر هذه البروتوكولات بشكل تدريجي ولها متطلبات ذاكرة منخفضة مقارنة ببروتوكولات توجيه البث المتعدد التقليدية.
أمّا العيب الرئيسي لهذه الأساليب هو عملية البحث المفرطة في كل من محركات إعادة توجيه الإرسال المتعدد والبث الأحادي عند معالجة حزم البيانات، ولتجنب ذلك يتم اقتراح تعديل طفيف في رمز المحلل اللغوي للموجهات ورأس (IP) لحزم بيانات الإرسال المتعدد، حيث تظهر نتائج المحاكاة أنّ التقنيات تقلل العدد الإجمالي لعمليات البحث المطلوبة بنسبة (45.89%) على الأقل مقارنة بالبروتوكولات غير المحسّنة القائمة على نقاط التفرع مثل (REUNITE) و(HBH).
- “NBM” هي اختصار لـ “Next-Branch-Multicast”.
- “IP” هي اختصار لـ “Internet-Protocol”.
- “BP” هي اختصار لـ “branch-point”.
مبدأ عمل بروتوكول NBM
تنفذ شبكات الانتقال المتعدد مثل (Ethernet) البث المتعدد في الأجهزة، ومع ذلك هناك تطبيقات تحتاج إلى قدرة إرسال متعدد أوسع تكون فعالة على نطاق الإنترنت، وعلى سبيل المثال عندما يتم بث محطة راديو عبر الإنترنت يجب نقل نفس البيانات إلى جميع المضيفين، حيث عمل المستخدم بضبط هذه المحطة.
في هذا المثال يكون الاتصال من واحد إلى متعدد وتحتوي الأمثلة الأخرى لتطبيقات واحد لعديد كإرسال نفس الأخبار، أو تحديثات البرامج أو القنوات التلفزيونية إلى مضيفين متعددين يُطلق على المثال الأخير اسم (IPTV)، وهناك أيضاً تطبيقات يكون إرسالها متعدد الأطراف مثل مؤتمرات الوسائط المتعددة عن بعد أو الألعاب متعددة اللاعبين عبر الإنترنت أو عمليات المحاكاة الموزعة “distributed simulations”.
وفي مثل هذه الحالات يستلم أعضاء المجموعة بيانات من عدة مرسلين عادةً من بعضهم البعض ويستلمون جميعاً نفس البيانات من أي مرسل معين واتصال (IP) العادي، حيث يجب توجيه كل حزمة وإرسالها إلى مضيف واحد وليس مناسباً تماماً لمثل هذه التطبيقات
وإذا كان التطبيق يحتوي على بيانات لإرسالها إلى مجموعة فسيتعين عليه إرسال حزمة منفصلة بالبيانات المتطابقة إلى كل عضو في المجموعة، وهذا التكرار يستهلك المزيد من عرض النطاق الترددي أكثر من اللازم وعلاوة على ذلك لا يتم توزيع حركة المرور الزائدة بالتساوي، بل تهتم بالمضيف المرسل وقد تتعدى بسهولة سعة مضيف الإرسال والشبكات وأجهزة التوجيه القريبة.
من أجل دعم الاتصال من متعدد إلى متعدد ومن شخص إلى متعدد يوفر (IP) بثاً متعدداً على مستوى (IP) مشابهاً للبث المتعدد على مستوى الارتباط، والذي توفره شبكات الوصول المتعدد مثل (Ethernet) وكما أنّ نموذج البث المتعدد (IP) الأساسي، هو نموذج متعدد إلى متعدد يعتمد على مجموعات الإرسال المتعدد، حيث تمتلك كل مجموعة عنوان (IP) متعدد البث الخاص بها.
ويتلقى المضيفون الذين هم أعضاء في مجموعة نسخاً من أي حزم يتم إرسالها إلى عنوان الإرسال المتعدد لتلك المجموعة، كما يمكن أن يكون المضيف في مجموعات متنوعة ويستطيع الانضمام إلى المجموعات، وتركها بحرية عن طريق إخبار جهاز التوجيه المحلي الخاص به باستخدام بروتوكولات متعددة وبالتالي بينما يتم التفكير في عناوين الإرسال الأحادي على أنّها مرتبطة بعقدة أو واجهة، ترتبط عناوين الإرسال المتعدد بمجموعة مجردة وتتغير عضويتها ديناميكيًا بمرور الوقت.
وعلاوة على ذلك يسمح نموذج خدمة البث المتعدد (IP) الأصلي لأي مضيف بإرسال حركة مرور متعددة البث إلى مجموعة، ليس من الضروري أن يكون عضواً في المجموعة وقد يكون هناك أي عدد من هؤلاء المرسلين إلى مجموعة معينة، وباستعمال (IP) المتعدد لإرسال الحزمة المتشابهة إلى كل عضو في المجموعة يرسل المستعمل نسخة واحدة من الحزمة لإرسالها إلى عنوان الإرسال المتعدد للمجموعة.
- “IPTV” هي اختصار لـ “Internet-Protocol-Television”.
خصائص عمل بروتوكول NBM
لا يحتاج مضيف الإرسال إلى معرفة عنوان (IP) الفردي لكل عضو في المجموعة لأنّه يتم توزيع هذه المعرفة بين أجهزة التوجيه في الشبكة البينية، وبالمثل لا يحتاج مضيف الإرسال إلى إرسال نسخ متعددة من الحزمة؛ لأنّ أجهزة التوجيه ستقوم بعمل نسخ كلما كان عليهم إعادة توجيه الحزمة عبر أكثر من ارتباط واحد.
ومقارنةً باستخدام (IP) أحادي الإرسال لتقديم نفس الحزم إلى العديد من أجهزة الاستقبال فإنّ البث المتعدد لـ (IP) يكون أكثر قابلية للتوسع؛ لأنّه يزيل حركة المرور أي الحزم الزائدة التي كان من الممكن إرسالها عدة مرات عبر نفس الروابط، خاصةً تلك القريبة من المضيف المرسل.
تم استكمال البث المتعدد الأصلي متعدد إلى متعدد الخاص بـ (IP) بدعم لشكل من أشكال البث المتعدد من شخص إلى متعدد، وفي هذا النموذج للبث المتعدد من واحد إلى متعدد المسمى بالبث المتعدد الخاص بالمصدر (SSM)، يخصص مستعمل الاستقبال كلاً من مجموعة الإرسال المتعدد ومضيف الإرسال المعين.
سيتلقى المضيف المتلقي بعد ذلك الإرسال المتعدد الموجهة إلى المجموعة المحددة ولكن فقط إذا كانت من المرسل المحدد، كما تتكافئ العديد من تطبيقات البث المتعدد للإنترنت مثل البث الإذاعي نموذج (SSM) وللمقارنة مع (SSM) يُشار أحياناً إلى نموذج (IP) الأصلي متعدد إلى متعدد باسم (ASM).
يدل المضيف على سعيه في الانضمام إلى مجموعة البث المتعدد أو تركها من خلال الاتصال بجهاز التوجيه المحلي الخاص به باستخدام بروتوكول خاص لهذا الغرض فقط، وفي (IPv4) هذا البروتوكول هو بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت (IGMP) وفي (IPv6) إنّه اكتشاف مستعمل متعدد البث (MLD).
يتحمل جهاز التوجيه بعد ذلك مسؤولية جعل البث المتعدد يتصرف بشكل صحيح فيما يتعلق بهذا المضيف، ونظراً لأنّ المضيف قد يُخذل في ترك مجموعة الإرسال المتعدد في الوقت المناسب بعد حدوث عطل أو فشل آخر، يقوم جهاز التوجيه باستقصاء الشبكة بشكل دوري لتحديد المجموعات التي لا تزال ذات أهمية للمضيفين المرفقين.
- “ASM” هي اختصار لـ “Any-Source-Multicast”.
- “MLD” هي اختصار لـ “Multicast-Listener-Discovery”.
- “IPv” هي اختصار لـ “Internet-Protocol-version”.
- “IGMP” هي اختصار لـ “Internet-Group-Management-Protocol”.
- “SSM” هي اختصار لـ “Source-specific multicast”.
