Multicasting dan Multicast Routing Protocol

Kali ini kita akan membahas mengenai Multicasting dan Protokol Routing Multicast...

Unicasting

Pada unicasting, terdapat satu sumber dan satu jaringan tujuan. Hubungan antara sumber dan jaringan tujuan adalah one-to-one. Tiap router meneruskan datagram melalui hanya satu dari interfacenya.

Multicasting

Pada multicasting, terdapat satu sumber dan sekelompok tujuan. Hubungannya satu ke semua. Alamat sumber adalah alamat unicast, tetapi alamat tujuan adalah alamat kelompok. Alamat kelompok mendefinisikan anggota dari kelompok. Router meneruskan datagram yang diduplikat dengan alamat tujuan pada tiap paket yang sama pada semua duplikat melalui beberapa dari interfacenya. Catatan bahwa hanya satu duplikat tunggal dari pengiriman paket antara dua router apapun.

Multiple Unicasting

Pada multiple unicasting, paket dikirimkan dengan tiap paket memiliki alamat tujuan unicast berbeda dan dikirim satu per satu. Catatan bahwa mungkin terdapat banyak duplikat dikirim melalui dua router.

Emulasi Multicasting dengan Unicasting

Mekanisme berbeda untuk multicasting, tak bisa diemulasi dengan unicasting. Karena tidak efisien dan bisa membuat waktu tunda yang lama, terutama dengan kelompok besar.

Aplikasi Multicast

Saat ini multicasting memilik banyak aplikasi akses ke basis datas terdistribusi, penyebaran informasi, telekonferensi, pembelajaran jarak jauh dan siaran komunikasi (broadcasting communication).

Alamat Multicast

Alamat multicast adalah alamat tujuan dari sekelompok host yang tergabung dalam kelompok multicast. Paket yang menggunakan alamat multicast sebagai tujuan bisa mencapai semua anggota grup kecuali kalua terdapat penyaringan batasan oleh penerima.

Memilih Alamat Multicast

Untuk memilih alamat multicast untuk grup bukanlah tugas yang mudah. Alamat yang dipilih bergantung pada tipe aplikasi.

Grup Terbatas

Administrator dapat menggunakan angka AS (x.y) dan pilih sebuah alamat antara 239.x.y.0 dan 239.x.y.255 (Administratively Scoped Block) yang tidak digunakan oleh grup lain sebagai alamat multicast untuk grup tertentu.

Grup Lebih Besar

Menggunakan alamat yang dipilih dari blok SSM (232.0.0.0/8). Tidak membutuhkan izin untuk menggunakan alamat dalam blok ini, karena berbasis terute pada grup dan alamat sumber; alamat yang unik. 

Pengiriman Paket Multicast pada Lapisan Data Link

Karena paket IP memiliki alamat IP multicast, protocol ARP tidak dapat menemukan alamat MAC yang sesuai untuk meneruskan paket pada lapisan data link.

Jaringan yang Mendukung Multicast

Hampir semua LAN mendukung pengalamatan fisik multicast. Ethernet salah satunya. Alamat fisik Ethernet (alamat MAC) adalah 6 oktet (48 bit). Apabila 25 bit pertama dalam alamat Ethernet adalah 00000001 00000000 01011110 0, ini mengidentifikasikan alamat fisik multicast untuk protocol TCP/IP. 23 bit sisanya bisa digunakan untuk mendefinisikan grup. Untuk mengkonversi alamat IP multicast menjadi alamat Ethernet, router multicast mengekstrak 23 bit terakhir alamat IP multicast dan memasukkannya kedalam alamat fisik multicast Ethernet. Jadi alamat fisik multicast Ethernet adalah 01:00:5E:00:00:00 hingga 01:00:5E:7F:FF:FF.

Jaringan yang Tidak Mendukung Multicast

Hampir semua WAN tidak mendukung pengalamatan fisik multicast. Untuk mengirim paket multicast melalui jaringan mereka, proses yang dinamakan tunneling digunakan. Pada tunneling, paket multicast dienkapsulasi menjadi paket unicast dan dikirim melalui jaringan, dimana ia muncul dari sisi lain sebagai paket multicast.

IGMP

Komunikasi multicast berarti pengirim mengirim pesan kepada grup penerima yang merupakan anggota grup yang sama. Multicast communication means that a sender sends a message to a group of recipients that are members of the same group. Karena satu salinan pesan dikirim oleh pengirim, tapi disalin dan diteruskan oleh router, masing-masing router multicast perlu mengetahui daftar grup yang memiliki setidaknya satu anggota setia yang terkait dengan setiap antarmuka. Ini bermaksud router multicast butuh mendapatkan informasi tentang anggota dan menyebarkannya dengan router multicast lain. Koleksi tipe informasi ini dilakukan pada dua tingkat: secara lokal dan secara global. Router multicast terhubung kepada jaringan bertanggung jawab untuk mengumpulkan tipe informasi ini secara lokal; informasi yang dikumpulkan bisa disebarluaskan secara global kepada router lain. Tugas pertama diselesaikan oleh protocol IGMP; tugas kedua diselesaikan oleh protocol routing multicast.

Protokol Pengatur Grup Internet (IGMP/Internet Group Management Protocol) bertanggung jawab untuk mengoreksi dan menginterpretasi informasi tentang anggota grup dalam jaringan. Ini merupakan salah satu protokol yang didesain pada lapisan IP untuk tujuannya. 

Routing Multicast

Informasi yang dikumpulkan oleh IGMP disebarkan ke router lain menggunakan protokol routing multicast.

Routing Optimal: Pohon Jalur Terpendek

Proses routing interdomain yang optimal akhirnya menghasilkan temuan pohon jalur terpendek. Akar pohon adalah sumber dan daunnya merupakan tujuan potensial. Jalan dari akar ke setiap tujuan adalah jalur terpendek. Namun jumlah pohon dan formasi pohon di unicast dan multicast routing berbeda.

Routing Unicast

Dalam routing unicast, ketika sebuah router menerima sebuah paket untuk diteruskan, ia perlu menemukan jalur terpendek ke tujuan paket. Router berkonsultasi dengan tabel routing untuk tujuan tertentu. Entri hop berikutnya yang sesuai dengan tujuan adalah dimulainya jalur terpendek. Router mengetahui jalur terpendek untuk setiap tujuan, yang berarti bahwa router memiliki pohon jalur terpendek untuk mencapai semua tujuan secara optimal. Dengan kata lain, setiap baris tabel routing adalah jalur terpendek; keseluruhan tabel routing adalah pohon jalur terpendek. Dalam routing unicast, setiap router hanya membutuhkan satu pohon jalur terpendek untuk meneruskan sebuah paket; Namun, setiap router memiliki pohon jalur terpendek sendiri.

Setiap baris dalam tabel routing sesuai dengan satu jalur dari akar ke jaringan yang sesuai. Seluruh tabel mewakili pohon jalur terpendek.

Routing Multicast

Bila router menerima paket multicast, situasinya berbeda. Paket multicast mungkin memiliki tujuan di lebih dari satu jaringan. Meneruskan satu paket ke anggota kelompok memerlukan pohon jalur terpendek. Dua pendekatan telah digunakan untuk memecahkan masalah: pohon berbasis sumber dan pohon bersama kelompok.

Pohon Berbasis Sumber

Dalam pendekatan pohon berbasis sumber, masing-masing router perlu memiliki satu pohon jalur terpendek untuk masing-masing kelompok. Pohon jalur terpendek untuk kelompok mendefinisikan hop berikutnya untuk setiap jaringan yang memiliki anggota setia untuk grup tersebut.

Jika jumlah kelompok adalah m, setiap router harus memiliki 3 pohon jalur terpendek, satu untuk setiap kelompok.

Pohon Grup Berbagi

Dalam pendekatan pohon bersama kelompok, alih-alih masing-masing router memiliki pohon jalur terpendek, hanya satu router yang ditunjuk, yang disebut inti pusat, atau router pertemuan, bertanggung jawab untuk mendistribusikan lalu lintas multicast. Intinya memiliki pohon jalur terpendek dalam tabel routingnya. Sisa dari router di domain tidak memiliki. Jika router menerima paket multicast, paket tersebut mengenkapsulasi paket dalam paket unicast dan mengirimkannya ke router inti. Router inti menghapus paket multicast dari kapsulnya, dan berkonsultasi dengan tabel routing untuk merutekan paketnya.

Protokol Routing

Selama beberapa dekade terakhir, beberapa protokol routing multicast telah muncul. Beberapa protokol ini merupakan perluasan protokol routing unicast; ada yang benar-benar baru

Routing Multicast Link State

Setiap router menciptakan pohon jalur terpendek dengan menggunakan algoritma Dijkstra. Tabel routing adalah terjemahan dari pohon jalur terpendek. Multicast link state routing adalah perpanjangan langsung routing unicast dan menggunakan pendekatan pohon berbasis sumber. Meskipun routing unicast cukup terlibat, perpanjangan routing multicast sangat sederhana dan mudah.

Ingatlah bahwa dalam perute unicast, setiap node perlu mengiklankan keadaan tautannya. Untuk routing multicast, sebuah node perlu merevisi interpretasi negara. Sebuah simpul mengiklankan setiap kelompok yang memiliki anggota setia di tautan. Disini arti negara adalah "kelompok apa yang aktif di link ini." Informasi tentang kelompok tersebut berasal dari IGMP. Setiap router yang menjalankan IGMP meminta host pada tautan untuk mengetahui status keanggotaan.

Ketika sebuah router menerima semua LSP ini, ia menciptakan topologi n (n adalah jumlah kelompok), dari mana pohon jalur terpendek dibuat menggunakan algoritma Dijkstra. Jadi setiap router memiliki tabel routing yang mewakili banyak pohon jalur terpendek karena ada kelompok.

Satu-satunya masalah dengan protokol ini adalah waktu dan ruang yang dibutuhkan untuk membuat dan menyimpan banyak pohon jalur terpendek. Solusinya adalah membuat pohon hanya bila dibutuhkan. Ketika sebuah router menerima sebuah paket dengan alamat tujuan multicast, ia menjalankan algoritma Dijkstra untuk menghitung pohon jalur terpendek untuk kelompok tersebut. Hasilnya bisa di-cache jika ada paket tambahan untuk tujuan itu.

MOSPF

Protokol Multicast Open Shortest Path Pertama (MOSPF / Multicast Open Shortest Path First) adalah perpanjangan dari protokol OSPF yang menggunakan routing state multicast untuk membuat pohon berbasis sumber. Protokol ini memerlukan paket pembaruan status tautan baru untuk mengaitkan alamat unicast host dengan alamat grup atau alamat host yang mensponsori. Paket ini disebut keanggotaan grup LSA. Dengan cara ini, bisa termasuk di pohon hanya host (menggunakan alamat unicast mereka) yang termasuk dalam kelompok tertentu. Dengan kata lain, pohon yang berisi semua host milik kelompok, namun gunakan alamat unicast host dalam penghitungan. Untuk efisiensi, router menghitung pohon jalur terpendek sesuai permintaan (saat menerima paket multicast pertama). Selain itu, pohon dapat disimpan dalam memori cache untuk penggunaan masa depan oleh pasangan sumber / grup yang sama. MOSPF adalah protokol data-driven; pertama kalinya sebuah router MOSPF melihat datagram dengan sumber dan alamat grup tertentu, router membangun pohon jalan Dijkstra terpendek.

Routing Multicast Jarak Vektor

Routing jarak vektor Unicast sangat sederhana; memperluasnya untuk mendukung routing multicast yang rumit. Routing multicast tidak memungkinkan router mengirim tabel routing ke tetangganya. Idenya adalah membuat tabel dari awal dengan menggunakan informasi dari tabel vektor jarak unicast. Perutean jarak vektor multicast menggunakan pohon berbasis sumber, namun router tidak pernah benar-benar membuat tabel routing. Ketika router menerima paket multicast, paket tersebut akan meneruskan paket seolah-olah sedang berkonsultasi dengan tabel routing. Pohon jalur terpendek adalah cepat berlalu dr ingatan. Setelah penggunaannya (setelah paket diteruskan) meja hancur. Untuk mencapai hal ini, algoritma vektor jarak multicast menggunakan proses berdasarkan empat strategi pengambilan keputusan. Setiap strategi dibangun di atas pendahulunya.

Flooding

Flooding / Pembanjiran adalah strategi pertama yang terlintas dalam pikiran. Router menerima paket dan bahkan tanpa melihat alamat grup tujuan, mengirimkannya dari setiap antarmuka kecuali yang diterimanya. Banjir mencapai tujuan pertama multicasting: setiap jaringan dengan anggota aktif menerima paket. Akan tetapi, jaringan akan jadi tidak aktif. Ini adalah siaran, bukan multicast. Ada masalah lain: ini menciptakan loop. Sebuah paket yang telah meninggalkan router mungkin kembali lagi dari antarmuka lain atau antarmuka yang sama dan diteruskan lagi. Beberapa protokol banjir menyimpan salinan paket untuk sementara dan membuang duplikat apapun untuk menghindari loop. Strategi selanjutnya, reverse path forwarding, memperbaiki cacat ini.

Reverse Path Forwarding (RPF)

Reverse path forwarding (RPF) adalah strategi banjir yang dimodifikasi. Untuk mencegah loop, hanya satu salinan yang diteruskan; salinan lainnya dijatuhkan. Di RPF, penerus hanya meneruskan salinan yang telah menempuh jalur terpendek dari sumber ke router. Untuk menemukan salinan ini, RPF menggunakan tabel routing unicast. Router menerima paket dan mengekstrak alamat sumber (alamat unicast). Ini berkonsultasi dengan tabel routing unicast-nya seolah-olah ingin mengirim paket ke alamat sumbernya. Tabel routing memberitahu router hop berikutnya. Jika paket multicast baru saja berasal dari hop yang didefinisikan dalam tabel, paket tersebut telah menempuh jalur terpendek dari sumber ke router karena jalur terpendek adalah timbal balik dalam protokol routing vektor jarak jauh unicast. Jika jalur dari A ke B adalah yang terpendek, maka itu juga yang terpendek dari B ke A. Router meneruskan paket jika telah melakukan perjalanan dari jalur terpendek; itu membuangnya sebaliknya.

Strategi ini mencegah loop karena selalu ada satu jalur terpendek dari sumber ke router. Jika sebuah paket meninggalkan router dan kembali lagi, ia tidak melewati jalur terpendek.

Router upstream menuju sumber selalu membuang sebuah paket yang belum melewati jalur terpendek, sehingga mencegah kebingungan bagi router hilir.

Reverse Path Broadcasting (RPB)

RPF menjamin bahwa setiap jaringan menerima salinan paket multicast tanpa pembentukan loop. Namun, RPF tidak menjamin bahwa setiap jaringan hanya menerima satu salinan; jaringan mungkin menerima dua atau lebih salinan. Alasannya adalah bahwa RPF tidak didasarkan pada alamat tujuan (alamat grup); forwarding didasarkan pada alamat sumber.

Untuk menghilangkan duplikasi, harus mendefinisikan hanya satu router induk untuk setiap jaringan. Harus memiliki batasan ini: Jaringan dapat menerima paket multicast dari sumber tertentu hanya melalui router induk yang ditunjuk.

Sekarang polanya sudah jelas. Untuk setiap sumber, router mengirimkan paket hanya dari antarmuka yang merupakan induk yang ditunjuk. Kebijakan ini disebut reverse path broadcasting (RPB). RPB menjamin bahwa paket tersebut menjangkau setiap jaringan dan setiap jaringan hanya menerima satu salinan.

Pembaca mungkin bertanya bagaimana orang tua yang ditunjuk ditentukan. Router induk yang ditunjuk bisa menjadi router dengan jalur terpendek ke sumbernya. Karena router secara berkala mengirim paket update satu sama lain (di RIP), mereka dapat dengan mudah menentukan router mana di lingkungan ini yang memiliki jalur terpendek ke sumbernya (saat menafsirkan sumber sebagai tujuan). Jika lebih dari satu router memenuhi syarat, router dengan alamat IP terkecil dipilih.

Reverse Path Multicasting (RPM)

Seperti yang mungkin Anda perhatikan, RPB tidak multicast paket, itu siaran itu. Ini tidak efisien. Untuk meningkatkan efisiensi, paket multicast hanya bisa menjangkau jaringan yang memiliki anggota aktif untuk grup tertentu. Ini disebut reverse path multicasting (RPM). Untuk mengubah penyiaran menjadi multicasting, protokol menggunakan dua prosedur, pemangkasan dan okulasi.

Pruning / Pemangkasan

Router induk yang ditunjuk masing-masing jaringan bertanggung jawab untuk menyimpan informasi keanggotaan. Hal ini dilakukan melalui protokol IGMP yang telah dijelaskan sebelumnya di bab ini. Prosesnya dimulai saat router terhubung ke jaringan menemukan bahwa tidak ada minat pada paket multicast. Router mengirimkan pesan prune ke router upstream sehingga bisa memangkas antarmuka yang sesuai. Artinya, router upstream bisa berhenti mengirim pesan multicast untuk grup ini melalui antarmuka tersebut. Sekarang jika router ini menerima pesan prune dari semua router hilir, pada gilirannya, akan mengirim pesan prune ke router upstream-nya.

Grafting / Okulasi

Bagaimana jika router daun (router di bagian bawah pohon) telah mengirim pesan prune tapi tiba-tiba menyadari, melalui IGMP, bahwa salah satu jaringannya kembali tertarik untuk menerima paket multicast? Ini bisa mengirim pesan korupsi. Pesan graft memaksa router hulu untuk melanjutkan pengiriman pesan multicast.

DVMRP

Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) adalah implementasi routing jarak jauh multicast. Ini adalah protokol routing berbasis sumber, berdasarkan RIP.

CBT

Protokol Core-Based Tree (CBT) adalah protokol bersama kelompok yang menggunakan inti sebagai akar pohon. Sistem otonom dibagi ke dalam wilayah, dan inti (router tengah atau router pertemuan) dipilih untuk masing-masing wilayah.

Pembentukan Pohon

Setelah titik pertemuan dipilih, setiap router diberitahu tentang alamat unicast dari router yang dipilih. Setiap router dengan grup yang saling terkait kemudian mengirimkan pesan bergabung unicast (mirip dengan pesan grafting) untuk menunjukkan bahwa ia ingin bergabung dengan grup. Pesan ini melewati semua router yang berada di antara pengirim dan router pertemuan. Setiap router perantara mengekstrak informasi yang diperlukan dari pesan, seperti alamat unicast pengirim dan antarmuka tempat paket telah tiba, dan meneruskan pesan ke router berikutnya di jalan. Ketika router pertemuan telah menerima semua pesan bergabung dari setiap anggota grup, pohon tersebut terbentuk. Sekarang setiap router mengetahui router upstreamnya (router yang mengarah ke root) dan router hilir (router yang mengarah ke daun).

Jika router ingin meninggalkan grup, ia akan mengirim pesan keluar ke router upstream-nya. Router hulu menghapus link ke router dari pohon dan meneruskan pesan ke router upstream-nya, dan seterusnya.

Pembaca mungkin telah memperhatikan dua perbedaan antara DVMRP dan MOSPF, di satu sisi, dan CBT, di sisi lain. Pertama, pohon untuk dua yang pertama dibuat dari akar ke atas; Pohon untuk CBT terbentuk dari dedaunan. Kedua, di DVMRP, pohon itu dibuat pertama kali (penyiaran) dan kemudian dipangkas; di CBT, tidak ada pohon di awal; Penggabungan (grafting) secara bertahap membuat pohon.

Pengiriman Paket Multicast

Setelah pembentukan pohon, sumber apapun (termasuk kelompok atau tidak) dapat mengirim paket multicast ke semua anggota kelompok. Ini hanya mengirim paket ke router pertemuan, dengan menggunakan alamat unicast dari router pertemuan; router pertemuan mendistribusikan paket ke semua anggota grup. Perhatikan bahwa host sumber bisa menjadi host di dalam pohon bersama atau host mana pun di luar pohon bersama.

Pemilihan Router Rendezvous

Pendekatan ini sederhana kecuali satu poin. Pilih router pertemuan untuk mengoptimalkan proses dan multicasting juga? Beberapa metode telah diterapkan.

PIM

Protokol Multicast Independen (PIM) adalah nama yang diberikan pada dua protokol routing multicast independen: Protokol Multicast Independen, Mode Dense (PIM-DM) dan Protokol Multicast Independen, Mode Jarang (PIM-SM). Kedua protokol bergantung unicast-protocol, namun kemiripannya berakhir di sini.

PIM-DM

PIM-DM digunakan bila ada kemungkinan setiap router terlibat dalam multicasting (mode padat). Di lingkungan ini, penggunaan protokol yang menyiarkan paket dibenarkan karena hampir semua router terlibat dalam proses tersebut.

PIM-DM adalah protokol perutean pohon berbasis sumber yang menggunakan strategi RPF dan pemangkasan / pencangkokan untuk multicasting. Operasinya seperti DVMRP; Namun, tidak seperti DVMRP, protokol ini tidak bergantung pada protokol unicasting tertentu. Ini mengasumsikan bahwa sistem otonom menggunakan protokol unicast dan setiap router memiliki tabel yang dapat menemukan antarmuka keluar yang memiliki jalur optimal menuju tujuan. Protokol unicast ini bisa berupa protokol distance vector (RIP) atau link state protocol (OSPF).

PIM-SM

PIM-SM digunakan bila ada kemungkinan kecil bahwa setiap router terlibat dalam multicasting (mode jarang). Dalam lingkungan ini, penggunaan protokol yang menyiarkan paket tidak dibenarkan; sebuah protokol seperti CBT yang menggunakan pohon bersama kelompok lebih tepat.

PIM-SM adalah protokol routing tree-shared tree yang memiliki titik pertemuan (RP) sebagai sumber pohon. Operasinya seperti CBT; Namun, ini lebih sederhana karena tidak memerlukan pengakuan dari pesan bergabung. Selain itu, ia menciptakan kumpulan cadangan RP untuk setiap wilayah untuk menutupi kegagalan RP.

Salah satu karakteristik PIM-SM adalah dapat beralih dari strategi pohon bersama kelompok ke strategi pohon berbasis sumber bila diperlukan. Hal ini bisa terjadi jika ada area aktivitas yang padat jauh dari RP. Area tersebut dapat ditangani secara lebih efisien dengan strategi pohon berbasis sumber dan bukan strategi pohon bersama kelompok.

MBONE

Multimedia dan komunikasi real-time telah meningkatkan kebutuhan akan multicasting di Internet. Namun, hanya sebagian kecil router Internet yang memiliki router multicast. Dengan kata lain, router multicast mungkin tidak menemukan router multicast lain di lingkungan tersebut untuk meneruskan paket multicast. Meskipun masalah ini dapat diatasi dalam beberapa tahun ke depan dengan menambahkan router multicast yang semakin banyak, ada solusi lain untuk masalah ini. Solusinya adalah tunneling. Router multicast dipandang sebagai sekelompok router di atas router unicast. Router multicast mungkin tidak terhubung secara langsung, namun terhubung secara logis. Hanya router yang tertutup dalam lingkaran yang teduh yang mampu multicasting. Tanpa terowongan, router ini adalah pulau terpencil. Untuk mengaktifkan multicasting, buat backbone multicast (MBONE) dari router terisolasi ini dengan menggunakan konsep tunneling.

Terowongan logis dibuat dengan mengenkapsulasi paket multicast di dalam paket unicast. Paket multicast menjadi payload (data) paket unicast. Router intermediate (non-multicast) meneruskan paket sebagai router unicast dan mengirimkan paket dari satu pulau ke pulau lain. Seolah router unicast tidak ada dan dua router multicast adalah tetangga. Sejauh ini satu-satunya protokol yang mendukung MBONE dan tunneling adalah DVMRP.

Sekian pembahasan kita kali ini.... Silahkan lihat materi lainnya dari link di bawah ini:

https://goo.gl/yPyJkG tentang ICMP v6
https://goo.gl/SNyhYN tentang IPv6 Protocol
https://tekajejogja.blogspot.co.id/2017/11/mobile-ip.html tentang Mobile IP
https://goo.gl/P1dJrB tentang Underlying Technologies
https://goo.gl/NptFfT tentang Introduction to Network Layer
https://tekajejogja.blogspot.co.id/2017/11/internet-control-message-protocol.html tentang ICMPv4

https://geskha.blogspot.co.id/2017/11/address-resolution-protocol-penjelasan.html tentang ARP