#36 Multicast 개념과 동작방식

 

Multicast 개념과 동작 방식

멀티캐스트(Multicast)는 네트워크에서 특정 그룹의 수신자에게 동일한 데이터를 효율적으로 전송하는 기술입니다.
일반적인 유니캐스트(Unicast)는 각 수신자에게 개별적으로 데이터를 전송하지만, 멀티캐스트는 하나의 패킷을 생성하여 여러 수신자에게 동시에 전달합니다.
이 방식은 대역폭을 절약하고, 네트워크 부하를 줄이며, 실시간 스트리밍, IPTV, 화상 회의 등에서 핵심적인 역할을 합니다.

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1. Multicast 개념과 필요성

🔹 Multicast란 무엇인가?

멀티캐스트(Multicast)는 한 송신자가 다수의 수신자에게 데이터를 전송하는 방식입니다.
이는 네트워크에서 불필요한 트래픽 증가를 방지하고, 효율적인 데이터 전송을 가능하게 합니다.

📌 기존 방식과 비교하면:
1️⃣ Unicast (유니캐스트) → 송신자가 각 수신자에게 개별적으로 데이터를 전송 (N명의 수신자가 있으면 N개의 패킷 전송)
2️⃣ Broadcast (브로드캐스트) → 네트워크의 모든 노드에게 데이터를 전송 (불필요한 대역폭 사용)
3️⃣ Multicast (멀티캐스트) → 특정 그룹(Group)에 속한 수신자에게만 데이터를 전송 (대역폭 절약)

✅ 즉, Multicast는 유니캐스트보다 효율적이고, 브로드캐스트보다 불필요한 트래픽을 줄이는 최적의 데이터 전송 방식!

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2. Multicast의 주요 프로토콜과 그룹 관리 방식

🔹 Multicast 그룹 관리 (IGMP, MLD)

멀티캐스트에서 송신자는 특정 그룹(Group)으로 데이터를 전송하며,
수신자는 IGMP(IPv4) 또는 MLD(IPv6) 프로토콜을 사용하여 멀티캐스트 그룹 가입(Join) 및 탈퇴(Leave)를 요청합니다.

✅ 주요 프로토콜:
1️⃣ IGMP (Internet Group Management Protocol) → IPv4 네트워크에서 Multicast 그룹 관리
2️⃣ MLD (Multicast Listener Discovery) → IPv6 네트워크에서 Multicast 그룹 관리

✅ IGMP 동작 방식 (IPv4 기준)

• 호스트(수신자)는 IGMP 메시지를 라우터에게 보내 특정 멀티캐스트 그룹에 가입(Join) 또는 탈퇴(Leave) 요청
• 라우터는 네트워크 내 활성 그룹을 관리하며, 필요 없는 멀티캐스트 트래픽을 차단

✅ IGMP 버전별 특징

IGMP 버전특징

IGMPv1	기본적인 멀티캐스트 그룹 가입 및 탈퇴 지원
IGMPv2	그룹 탈퇴 메시지(Leave) 지원 → 빠른 그룹 변경 가능
IGMPv3	소스 지정 멀티캐스트(SSM) 지원 → 특정 송신자의 데이터만 수신 가능

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3. Multicast 라우팅 프로토콜과 패킷 전달 방식

🔹 Multicast 라우팅 프로토콜

멀티캐스트 패킷은 일반적인 라우팅 테이블을 사용하지 않고, 별도의 멀티캐스트 라우팅 프로토콜을 이용하여 전송됩니다.
대표적인 멀티캐스트 라우팅 프로토콜은 다음과 같습니다.

1️⃣ PIM (Protocol Independent Multicast)

• 현재 가장 널리 사용되는 멀티캐스트 라우팅 프로토콜
• Dense Mode (PIM-DM): 모든 라우터에 패킷을 전송한 후 불필요한 경로를 제거하는 방식 (Flood & Prune)
• Sparse Mode (PIM-SM): 멀티캐스트 그룹에 가입한 노드에게만 전송하는 방식 (RP 기반)

2️⃣ MOSPF (Multicast Open Shortest Path First)

• OSPF(링크 상태 라우팅 프로토콜)에 멀티캐스트 기능을 추가한 프로토콜
• OSPF를 사용 중인 네트워크에서 멀티캐스트를 지원하는 경우 사용 가능

3️⃣ DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol)

• RIP 기반의 멀티캐스트 라우팅 프로토콜
• 모든 네트워크에 패킷을 전송 후 불필요한 네트워크에서 차단하는 Flood & Prune 방식

✅ PIM-SM(Protocol Independent Multicast - Sparse Mode)이 현재 가장 널리 사용되는 방식!

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4. Multicast의 패킷 전송 방식 (PIM-SM 기반)

멀티캐스트 트래픽은 일반적인 IP 패킷과 달리, 멀티캐스트 트리(Tree) 기반으로 전달됩니다.
이 과정에서 RP (Rendezvous Point)와 RPF (Reverse Path Forwarding) 알고리즘이 핵심 역할을 합니다.

🔹 멀티캐스트 트리 구조

1️⃣ 공유 트리 (Shared Tree, RP 기반)

• RP(Rendezvous Point) 노드를 중심으로 멀티캐스트 트래픽을 전달하는 방식
• PIM-SM에서 사용되며, 대역폭 절약 가능

2️⃣ 소스 트리 (Source Tree, SPT - Shortest Path Tree)

• 송신자에서 수신자로 최단 경로를 따라 패킷을 전달
• 초기에는 RP 기반으로 전달되다가, 트래픽이 많아지면 최적화된 SPT로 변경됨

🔹 RPF (Reverse Path Forwarding) 알고리즘

멀티캐스트는 루프(Loop)를 방지하기 위해 RPF 알고리즘을 사용하여 패킷을 올바른 경로로 전달합니다.

✅ RPF의 동작 원리

• 패킷이 도착하면, 송신자의 IP를 기반으로 최적 경로를 확인
• 최적 경로가 아닌 경우 패킷을 폐기(drop) → 루프 방지
• PIM-SM 및 DVMRP에서 RPF 기반으로 멀티캐스트 라우팅을 수행

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5. Multicast의 장점과 단점

✅ Multicast의 장점

✔ 대역폭 절약 → 동일한 패킷을 여러 번 전송하지 않으므로 효율적
✔ 네트워크 부하 감소 → 불필요한 패킷 전송을 최소화하여 트래픽 감소
✔ 실시간 서비스 최적화 → IPTV, 온라인 강의, 비디오 스트리밍, 주식 정보 서비스 등에 적합
✔ QoS(서비스 품질) 향상 → 패킷 손실을 줄이고, 빠른 데이터 전송 가능

❌ Multicast의 단점

✖ 구성이 복잡 → 라우팅 프로토콜 및 그룹 관리를 설정해야 함
✖ 멀티캐스트를 지원하는 네트워크 장비 필요 → 일부 스위치/라우터에서 지원되지 않을 수 있음
✖ 인터넷에서는 제한적 사용 → 대부분의 ISP가 멀티캐스트를 지원하지 않음

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6. 결론: Multicast가 중요한 이유

✅ Multicast는 유니캐스트보다 효율적이고, 브로드캐스트보다 트래픽 낭비를 줄이는 최적의 데이터 전송 방식입니다.
✅ IPTV, 실시간 화상 회의, 스트리밍 서비스 등 다양한 분야에서 필수적인 기술입니다.
✅ IGMP, PIM-SM, RPF 등의 개념을 이해하고 활용하면 최적의 네트워크 설계를 할 수 있습니다.