Schlüsselpunkte
- Definition von Multicast Networking: Beim Multicast Networking wird ein einzelner Datenstrom gleichzeitig an mehrere Empfänger ausgeliefert. Das ist deutlich bandbreiteneffizienter, als mehrere identische Unicast-Streams zu versenden.
- Komponenten von Multicast Networking: Multicast setzt eine ausdrückliche Unterstützung durch das Netzwerk voraus, dazu zählen Multicast-IP-Adressen, IGMP für die Gruppenmitgliedschaft und PIM für den Aufbau und die Verwaltung von Verteilbäumen.
- Anwendungsfälle für Multicast: Multicast eignet sich am besten für One-to-many-Workloads mit einseitigem Datenfluss, etwa Live-Videostreaming, Telemetrie und Systembenachrichtigungen, nicht jedoch für transaktionalen oder interaktiven Datenverkehr.
- So richten Sie ein Multicast-Netzwerk ein: Zur Einrichtung gehören das Aktivieren von PIM und IGMP auf den Routern, die Auswahl des passenden PIM-Modus sowie der Einsatz von IGMP Snooping oder CGMP, um unnötigen Datenverkehr auf Layer 2 zu vermeiden.
Eine der komfortabelsten Methoden, Daten an mehrere Ziele zu senden, ist heute Multicast Networking. Da dabei ein einzelner Datenstrom genutzt und nur bei Bedarf repliziert wird, gilt dieser Ansatz als eine der effizientesten Formen der Datenverteilung. Allerdings wird Multicast häufig missverstanden, denn für einen korrekten Betrieb ist eine ausdrückliche Unterstützung durch das Netzwerk erforderlich.
Dieser Leitfaden erklärt das Konzept hinter Multicast Networking, die Funktionsweise, die Vorteile und die Einrichtung eines Multicast-Netzwerks in Ihrem Unternehmen.
Was ist Multicast Networking?
Multicast Networking ist eine Verteilungsart für Netzwerkverkehr, bei der Daten von einer Quelle gleichzeitig an mehrere Empfänger gesendet werden. Anders als bei Unicast oder Broadcast repliziert und sendet Multicast Networking nur ein Paket an bestimmte Endpunkte innerhalb der Multicast-Gruppe.
Die wichtigsten Komponenten von Multicast-Netzwerken
Damit Multicast funktioniert, müssen bestimmte spezialisierte Protokolle und Netzwerkinfrastrukturen vorhanden sein. Diese Komponenten sind:
Multicast-IP-Adressen
Eine Multicast-IP-Adresse ist eine spezielle Adresse im Bereich von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255. Diese Adressen funktionieren ähnlich wie gewöhnliche IP-Adressen, dienen aber ausschließlich der Kennzeichnung von Multicast-Gruppen.
Internet Group Management Protocol
IGMP ist ein Netzwerkprotokoll, über das sich mehrere Geräte dieselbe IP-Adresse teilen können. Dadurch können die Geräte einer Multicast-Gruppe beitreten.
Protocol Independent Multicast
PIM ist ein Multicast-Routing-Protokoll, mit dem Daten von einer einzelnen Quelle zu mehreren Geräten gelangen. Im Kern baut PIM Verteilbäume auf, koordiniert und optimiert sie, und zwar über drei Modi:
- Dense Mode: Sendet den Multicast-Verkehr zunächst an alle Segmente und entfernt anschließend die Pfade, hinter denen keine interessierten Empfänger liegen
- Sparse Mode: Startet ohne Multicast-Baum und fügt Zweige erst dann hinzu, wenn Empfänger den Datenverkehr anfordern
- Hybrid Mode bzw. bidirektionaler Modus: Nutzt für bestimmte Multicast-Gruppen den Sparse Mode und für andere den Dense Mode
Rendezvous Points
Router, die als Rendezvous Points (RP) fungieren, dienen in einem Netzwerk mit Sparse Mode als zentrale Anlaufstelle für Quellen und Empfänger. Über diese Punkte können Empfänger Quellen finden und dem passenden Verteilbaum beitreten.
IGMP Snooping und CGMP
IGMP Snooping und CGMP machen Datenübertragungen effizienter, indem sie sicherstellen, dass Daten nicht dorthin gesendet werden, wo sie weder angefordert noch benötigt wurden.
IGMP Snooping erreicht das, indem es die Nachrichten von Geräten mitliest, wenn diese einer Multicast-Gruppe beitreten oder sie verlassen. CGMP arbeitet ähnlich, funktioniert aber ausschließlich auf Cisco-Routern und -Switches über das proprietäre Cisco Discovery Protocol (CDP).
Darum lohnt sich ein Multicast-Netzwerk
Multicast steigert die Effizienz, weil es doppelte Unicast-Streams reduziert, Serverressourcen und Netzwerkbandbreite schont und die Unterstützung vieler Empfänger ermöglicht. Dafür ist ein zusätzlicher Konfigurationsaufwand nötig, und die integrierten Zuverlässigkeitsmechanismen von TCP stehen nicht zur Verfügung.
Anwendungsfälle für Multicast Networking
Am wirkungsvollsten ist Multicast in Umgebungen mit vielen Empfängern und gleichbleibend einseitigen Verkehrsmustern. Dazu gehören:
- Live-Audio- oder Live-Videostreaming
- Netzwerkerkennung und Ankündigungsdienste
- Verteilung von Marktdaten oder Telemetrie
- Zeitkritische Systembenachrichtigungen
Für transaktionale oder stark dynamische Kommunikation ist Multicast nicht zu empfehlen, da der Datenverkehr in diesem Netzwerk nur in eine Richtung fließt. Müssen Empfänger also auf die Quelle antworten, ist ein separates Protokoll erforderlich.
So richten Sie ein Multicast-Netzwerk ein
Bevor Sie überhaupt eine Multicast-Anwendung einrichten können, müssen Sie sicherstellen, dass die Multicast-Routing-Infrastruktur eingerichtet ist und funktioniert. Für die Einrichtung eines Multicasts sind folgende Schritte nötig:
Schritt 1: PIM auf den Routern aktivieren
Der erste Schritt besteht darin, PIM auf den dafür vorgesehenen Routern zu aktivieren. Das ist ein grundlegender Schritt, denn PIM bildet den Kern der Verwaltung Ihrer Verteilbäume und der Paketreplikation. Es gibt mehrere Möglichkeiten, PIM zu konfigurieren. Wählen Sie also die Variante, die am besten zu Ihren Anforderungen passt.
Schritt 2: PIM-Modus auswählen
Konfigurieren Sie anschließend, welchen PIM-Modus Sie verwenden möchten. In der Regel entscheiden sich Unternehmen für einen Hybrid Mode, aber auch Sparse Mode und Dense Mode sind weiterhin sinnvolle Optionen. Eine naheliegende Überlegung bei der Auswahl ist, welches Verhalten Sie vom Multicast erwarten, denn genau dieses Verhalten geben die Modi vor.
💡TIPP: Wenn Sie sich für den Sparse oder Hybrid Mode entscheiden, müssen Sie zusätzlich Ihre Rendezvous Points konfigurieren, um die Effizienz zu erhalten.
Schritt 3: IGMP auf den Routern aktivieren
Sobald PIM aktiviert und der gewünschte Modus ausgewählt ist, geht es an die Aktivierung von IGMP. Damit erkennen Router, wann Geräte in ihren lokalen Netzwerken Multicast-Gruppen beitreten oder sie verlassen. IGMP wird auf den Edge-Routern (Last-Hop-Routern) benötigt, damit diese der Quelle korrekt melden können, welche Empfänger am Multicast-Verkehr interessiert sind.
Schritt 4: IGMP Snooping konfigurieren
Wenn bereits eine Layer-2-Infrastruktur vorhanden ist, sollten Sie IGMP Snooping aktivieren, damit der Datenverkehr nur an die tatsächlich benötigten Geräte übertragen wird. Dieser Schritt ist außerdem ausgesprochen hilfreich für die Überwachung von Switches.
💡TIPP: In einem Cisco-basierten Netzwerk können Sie diesen Schritt durch die Konfiguration von CGMP ersetzen.
Weitere Überlegungen bei der Einrichtung einer Multicast-Anwendung
Neben der grundlegenden Multicast-Infrastruktur richten Unternehmen in der Regel auch eine Multicast-Anwendung ein. Dabei sollten Sie folgende Punkte berücksichtigen:
Adressbereich der Multicast-Gruppe
Jede Anwendung, die Daten per Multicast versendet, benötigt eine bestimmte Multicast-IP-Adresse, um ihren Datenverkehr zu kennzeichnen. Je nach den Gegebenheiten in Ihrem Unternehmen können diese Adressen unterschiedlich ausfallen.
In der Regel sind IP-Adressen für Multicast-Gruppen folgendermaßen aufgebaut:
- IPv4-Adressen: Die Adressen reichen von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255; Routing-Protokolle können 224.0.0.0/24 verwenden.
- Private Anwendungen in selbst verwalteten Umgebungen: Empfohlen wird ein administrativ begrenzter IP-Adressbereich, etwa 224.0.0.0/24.
- Software für öffentliche Sichtbarkeit und unternehmensübergreifende Bereitstellungen: Verwenden Sie offiziell zugewiesene Multicast-Adressen.
Paketverlust
Multicast-Verkehr nutzt IP-Routing und UDP. Die Zustellung erfolgt also nach dem Best-Effort-Prinzip, und Pakete können verloren gehen. Anwendungen müssen dieses Verhalten einkalkulieren.
Benötigt eine Anwendung vollständige Datenintegrität, müssen passende Mechanismen zur Wiederherstellung berücksichtigt werden. Üblich sind dabei Forward Error Correction (FEC), um fehlende Daten zu rekonstruieren, sowie eigene Bestätigungs- und Neuübertragungslogiken.
Netzwerküberlastung
Multicast reduziert zwar doppelte Übertragungen, kann Netzwerkressourcen aber dennoch überfordern, wenn es nicht ausreichend kontrolliert wird. Um Überlastungen im Netzwerk zu vermeiden, sollten Sie Best Practices und weitere Schutzmaßnahmen einsetzen.
Mögliche Vorkehrungen sind:
- Ratenbegrenzungen für Multicast-Sender festlegen
- Traffic Shaping einsetzen und Übertragungsraten schrittweise hochfahren
- Rückmeldungen der Empfänger und die Auslastung nachgelagerter Puffer überwachen
- Nicht davon ausgehen, dass der theoretische maximale Durchsatz der realen Kapazität entspricht
NinjaOne in den Betrieb von Multicast-Netzwerken einbinden
NinjaOne kann Multicast-bezogene Abläufe unterstützen, indem es das Verhalten von Endpunkten mit der Netzwerkaktivität in Beziehung setzt. Administrator:innen können Geräte identifizieren, die an der Multicast-Kommunikation teilnehmen, die Nutzung von Diensten überprüfen und Skripte bereitstellen, um nicht benötigte Multicast-Dienste auf Endpunkten zu deaktivieren, auf denen sie überflüssig sind. Das reduziert unbeabsichtigten Datenverkehr und verbessert die Netzwerkhygiene insgesamt.
Datenübertragung mit effizientem Multicast Networking vereinfachen
Multicast Networking bringt spürbare Effizienzgewinne, wenn es gezielt für die passenden Workloads eingesetzt wird. Es erfordert jedoch ein durchdachtes Design, eine klare Protokollsteuerung und eine kontinuierliche Überwachung. MSPs und IT-Administrator:innen sollten Multicast als spezialisierte Infrastrukturfunktion betrachten und nicht als Standardoption im Netzwerk.
Verwandte Themen:
