4.4 Multicast – Flag, Scope und Beispiel

Ein Datenstrom für eine Empfängergruppe

Bei Unicast besitzt jeder Datenstrom genau ein Ziel. Soll derselbe Inhalt viele Empfänger erreichen, muss der Sender mehrere Unicast-Datenströme erzeugen. Multicast verwendet stattdessen eine Gruppenadresse. Das Netz kann den Datenstrom nur dort vervielfältigen, wo sich die Wege zu den Empfängern trennen.

Multicast bedeutet nicht automatisch, dass jedes Gerät im Netz die Nutzdaten verarbeitet. Empfänger treten einer Gruppe protokollabhängig bei oder gehören zu einer vordefinierten Gruppe. Switches und Router können Gruppenmitgliedschaften berücksichtigen. Ohne passende Steuerung kann Multicast innerhalb eines Layer-2-Bereichs dennoch ähnlich wie Broadcast an mehrere Ports verteilt werden.

IPv6-Multicast beginnt mit ff

Alle IPv6-Multicastadressen liegen in ff00::/8. Die ersten acht Bit sind daher immer 1111 1111 beziehungsweise hexadezimal ff. Danach folgen das vier Bit große Flagfeld ff1 und der vier Bit große Scope. RFC 7371 verwendet die nächsten vier Bit als zusätzliches Flagfeld ff2; für die allgemeine Darstellung verbleiben anschließend 108 Bit Group ID.

Die bekannte Kurzform ff02::1 lässt sich deshalb nicht allein als gewöhnliches Netzpräfix lesen. ff markiert Multicast, 0 ist das Flag-Nibble, 2 ist der Link-Local-Scope und die abschließende 1 ist die Group ID der vordefinierten Gruppe „All Nodes“.

Flag-Feld nicht nur als permanent oder temporär lesen

In der ursprünglichen IPv6-Adressarchitektur wurde vor allem das niederwertige T-Bit betrachtet: T = 0 kennzeichnet eine von der IANA dauerhaft zugewiesene Group ID, T = 1 eine nicht dauerhaft zugewiesene beziehungsweise dynamische Gruppe. Der Begriff „permanent“ bedeutet dabei nicht, dass zu jedem Zeitpunkt Empfänger aktiv sein müssen.

Aktuelle Spezifikationen verwenden die vier Bit des ersten Flagfelds ff1 differenzierter. Neben T können P für unicast-präfixbasierte Multicastadressen und R für eingebettete Rendezvous-Point-Informationen gesetzt sein; X ist für weitere Definitionen vorgesehen. RFC 7371 bezeichnet außerdem die folgenden vier Bit nach dem Scope als ff2. Dessen noch nicht zugewiesene Bits werden beim Senden auf 0 gesetzt und beim Empfangen ignoriert. Für ff02::1 sind ff1 und ff2 jeweils 0.

Der Scope begrenzt die Reichweite

Das Scope-Nibble legt fest, in welchem Bereich die Multicastadresse gültig ist. Der Scope beschreibt nicht die Anzahl der Empfänger, sondern die maximale räumliche Reichweite. Ein Router darf ein Multicastpaket nicht über die passende Scope-Grenze hinaus weiterleiten.

Nicht jeder mögliche Nibble-Wert besitzt eine allgemeine Bedeutung. Die Werte 0 und f sind reserviert, 6 bis 7 sowie 9 bis d sind derzeit nicht allgemein zugewiesen. Realm Local wird nur verwendet, wenn eine Netztechnik den dazugehörigen Bereich eindeutig definiert.

ff02::1 Schritt für Schritt herleiten

Jedes IPv6-fähige Interface gehört auf seinem lokalen Link zur Gruppe ff02::1. Ein an diese Zieladresse gesendetes Paket kann daher alle IPv6-Knoten dieses Links erreichen. Es handelt sich trotzdem nicht um Broadcast: Die Zustellung verwendet die Multicastmechanismen und einen ausdrücklich festgelegten Scope.

Wichtige Gruppenadressen korrekt zuordnen

Die Bedeutung einer dauerhaft zugewiesenen Group ID kann in mehreren zulässigen Scopes vorkommen. Die Kombination aus Flag, Scope und Group ID ist deshalb vollständig zu betrachten. Aktuelle Zuweisungen müssen bei Bedarf im IANA-Register geprüft werden.

Multicastadressen dürfen bei IPv6 nicht als Quelladresse verwendet werden. Ein Host sendet mit einer passenden Unicastadresse als Quelle an die Multicast-Zieladresse.

Gruppenmitgliedschaft und lokale Ethernet-Zustellung

IPv6-Hosts teilen ihre Multicast-Gruppenmitgliedschaften mit Multicast Listener Discovery mit. MLD ist Teil von ICMPv6. Router verwenden diese Informationen, um festzustellen, ob auf einem Link Empfänger für eine Gruppe vorhanden sind. Auf Switches kann MLD Snooping die unnötige Verteilung auf Ports reduzieren.

Bei Ethernet werden IPv6-Multicastziele auf MAC-Adressen im Bereich 33-33-xx-xx-xx-xx abgebildet. Dafür werden die unteren 32 Bit der IPv6-Multicastadresse übernommen. Diese Abbildung ist nicht eindeutig: Mehrere IPv6-Gruppen können dieselbe Ethernet-Multicastadresse ergeben, weshalb die Netzwerkschicht das Ziel zusätzlich prüfen muss.

• Multicast-Routing zwischen Netzen benötigt ausdrücklich dafür konfigurierte Verfahren; gewöhnliches Unicast-Routing genügt nicht.
• MLD und notwendige ICMPv6-Nachrichten dürfen nicht pauschal gefiltert werden, wenn IPv6-Multicast funktionieren soll.
• Auf WLAN und anderen geteilten Medien kann Multicast geringere Datenraten und besondere Zuverlässigkeitseigenschaften besitzen; die konkrete Infrastruktur ist zu berücksichtigen.

IPv4 und IPv6 im Vergleich