Le multicast : un nouveau moteur pour le multimédia.

Face à l’arrivée de nouvelles applications multimédia toutes de plus en plus gourmande en bande passante et face à l’engorgement de l’Internet, la communauté des Internautes cherche des solutions. IP multicast existe depuis six ans déjà.

Aujourd’hui, les réseaux informatiques sont aptes à transférer des données comme des fichiers de façon fiable en point à point. Le multimédia demande plus aux réseaux. L’audio, par exemple, ne supporte aucun retard de transmission et les paquets doivent être délivrés dans l’ordre. Il a donc été nécessaire de bâtir de nouveaux protocoles adaptés au temps réel et avec une qualité de service optimale. De plus, le multimédia est gourmand en bande passante, ce qui a demandé une certaine réflexion pour économiser cette bande passante alors qu’il n’existait que deux types de transmission : unicast ou broadcast. L’unicast permet à toute machine d’en joindre une autre où qu’elle soit dans le réseau. Une connexion est ouverte pour chaque interlocuteur même si l’information à leur transmettre est identique. Cette redondance d’information a alors pour effet d’augmenter le trafic proportionnellement au nombre de connexions. Le broadcast permet à toute machine sur le réseau de joindre toutes les machines du réseau auquel elle appartient et ceci avec une seule instance de l’information. Il n’y a alors pas de duplication d’information mais les données atteindront même les stations qui n’ont pas à recevoir ces données.

La diffusion en multicast reprend les avantages de ces deux modes de diffusion. Une seule instance des informations à transmettre est émise par l’émetteur, les routeurs multicast se chargeant ensuite de véhiculer ces données vers les récepteurs désirant recevoir cette information. C’est à dire les stations s’étant abonnées à un groupe multicast donné. Ce type de diffusion permet donc d’économiser de la bande passante et de transmettre l’information seulement aux stations qui l’ont demandée.

Les groupes multicast.

Pour recevoir l’information, audio, vidéo ou données, destinée à un groupe multicast, il faut qu’une station cliente soit abonnée à ce groupe de diffusion multicast, c’est à dire à l’écoute d’une adresse IP multicast. Les adresses IP multicast s’étendent de 224.0.0.0 à 239.255.255.255 soit 248 millions d’adresses, ce sont des adresses de classe D. Une adresse multicast se réfère à un ensemble d’hôtes appelé groupe multicast. Les adresses multicast commençant par 224 (entre 224.0.0.0 et 224.0.0.255) sont réservées aux protocoles de routage ainsi qu’aux tâches de bas niveau comme la découverte de passerelles et l’obtention d’informations sur les groupes. Les adresses commençant par 239 sont réservée aux diffusions sur le réseau local par convention.

La diffusion en multicast peut être vue en fait comme un bus unique sur lequel chaque source diffuse l’information à tous les membres du bus et où chaque membre du bus peut émettre. Les membres du bus sont en fait les membres du groupe multicast, ce bus logique correspond à un numéro de port et à une adresse multicast donnés.
 
 

L’Internet multicast.

La partie de l’Internet utilisant le multicast est appelée Mbone. Le Mbone est un réseau virtuel consistant en des portions de l’Internet supportant le multicast et appelées " islands ". Les données multicast transitant sur des portions ne supportant pas le multicast sont considérées comme des données unicast. Ce procédé est appelé " tunneling ", il consiste à encapsuler des datagrammes IP multicast dans des datagrammes IP unicast. Le protocole de gestion des groupes multicast utilisé est le protocole IGMP qui appartient à la couche IP. Les protocoles de routage multicast utilisés sont DVMRP et PIM. Les protocoles de transport utilisé sont essentiellement RTP et RTCP qui sont implémentés dans l’application.

Les protocoles de routage multicast les plus employés aujourd’hui sont :

• • DVMRP : Distance Vector Multicast Routing Protocol
  • PIM : Protocol-Independent Multicast.

Le rôle de ces protocoles est de créer des chemins efficaces à travers le réseau pour une délivrance efficace des données multicast. Une telle efficacité implique que seuls les clients concernés reçoivent les données et que ces données transitent par le chemin le moins coûteux en économisant le plus la bande passante. On peut répartir ces protocoles en deux grandes familles :

Les protocoles orientés " forte densité de clients ". Ce sont DVMRP et MOSPF (Multicast Open Shortest Path First Protocol)ainsi que PIM-DM. Ces protocoles supposent qu’il y a des membres des groupes multipoint sur la plupart des réseaux et que l’absence de membre constitue l’exception pour laquelle il y aura transfert d’information entre routeurs. Le principe de ces protocoles consiste à créer un arbre de diffusion pour chaque source S (machine émettrice). L’arbre est construit depuis la source S vers les membres du groupe G (les machines réceptrices) par inondation (envoie de datagrammes multicast à tous les routeurs) suivi d’ un élagage. DVMRP est un algorithme de routage de type RPM (Reverse Path Multicasting), c’est à dire qu’il consiste à distribuer les informations multicast d’une source vers des destinataires à travers une arborescence construite sur le principe d’inondation suivi d’un élagage. L’implémentation la plus connue de cet algorithme est Mrouted. Il consiste à construire un arbre de distribution des datagrammes émis par la source S vers le groupe G. Cet arbre dont la racine est S est restreint aux branches reliant des routeurs connectés à des sous réseaux où des membres du groupe G sont présents.

Les protocoles orientés " faible densité de clients " comme PIM-SM supposent que les membres de groupe multipoint sont très dispersés et peu nombreux par rapport au nombre de réseaux desservis. Le principe de ces protocoles est de créer un arbre de diffusion partagé par tous les membres d’un groupe G. Chaque membre doit joindre l’arbre explicitement vers un routeur qui maintient des informations sur la source S et le groupe G. Cette technique n’engendre pas de trafic supplémentaire pour maintenir l’arbre de diffusion.

Le routage à l’heure actuelle sur le Mbone est encore en grande majorité DVMRP mais plus en plus de sites mettent en place PIM. Ce protocole existe sur les routeurs CISCO.

Le Mbone est en place depuis 1992. Il est utilisé pour transmettre de façon multicast de l’audio et de la vidéo en direct notamment pour retransmettre des conférences de l’IETF, des images des astronautes travaillant dans l’espace ou même des concerts.

La partie française du Mbone est appelée FMbone. Depuis 1998, la topologie du FMbone tente se calquer au mieux à la topologie de Renater. Cette topologie se présente sous forme d’un réseau en étoile dont le point de concentration se situe à Paris (fmbone.serveurs-nationaux.jussieux.fr) qui est en dehors de Renater. Chaque réseau régional est relié au FMbone par un ou plusieurs tunnels. Le Mbone en France est organisé par un groupe de travail de Renater.

Les outils du Mbone.

Les principaux outils utilisés sur le Mbone sont destinés à faire de visioconférences. Ces standards sont tous écrits en TCL/TK ce qui leur permet d’être portés sur presque toutes les plates formes. Ces applications sont VIC pour la vidéo, VAT et RAT pour l’audio. NTE est un éditeur de texte partagé et WBD est une tableau blanc partagé. L’application SDR est un outil permettant de fédérer les sessions multicast. Son but est de tenir un journal, comme un programme de télévision, où toutes les sessions multicast sont annoncées par leur créateur. SDR est une application émettant à une adresse multicast bien connue de tous et fonctionnant sur le modèle du protocole SAP.

Ces applications acceptent plusieurs formats de compression (H261 ou Mpeg pour la vidéo, GSM ou DVI pour l’audio), ce qui permet d’avoir des débits variables suivant la qualité de la transmission.. La compression GSM donne un débit de 32Kbps alors que le format DVI donne un débit de 13,2Kbps pour l’audio. Le débit lié à la vidéo dépend principalement de la qualité de la vidéo et de la puissance de la machine. Une vidéo transmise à 25 images par seconde par un Pentium II occupe 1,5Mbps de bande passante mais il faut se contenter alors d’une qualité d’image médiocre. Pour une visioconférence, une distribution à 17 images par secondes avec un débit de 500Kbps s’est révélé très correcte.

Conclusion.

La technologie du multicast a été adopté par de nombreuses entreprises comme la NASA ou Microsoft. Les premiers champs d’utilisation du multicast sont la visioconférence en temps réel mais aussi la distribution de fichiers, la mise à jour de librairies de virus, la mise à jour de bases de données et les application collaboratives en temps réel.

De nombreuses applications comme Netshow de Microsoft, IP/TV de Cisco ou encore ICAST Broadcaster de Icast Corporation arrivent sur le marché prouvant ainsi que la technologie multicast commence à être mûre et fiable.

Avec l’arrivée du satellite pour la vidéo à la demande ou le travail coopératif, le multicast répond parfaitement à un besoin de diffusion de l’information minimisant l’occupation de la bande passante. Des services comme la chaîne C : diffusent déjà en multicast.
 
 
 
 
 

C.ORLHAC.
21/08/98