بث متعدد
في الاتصالات وفي شبكات الحاسوب، البث المجموعاتي أو البثّ متعدد الوجهات هو آليّة لتوجيه في الشبكة انطلاقاً من مصدر واحد نحو مجموعة من الطرفيات في نفس الوقت، تكون هذه الطرفيّات أعضاء في مجموعة محددة ومُميّزة بعنوان خاص، من فضاء عناوين البروتوكول المُوجّه المُستعمل.
بحسب نموذج الاتصال المعياري، فإنّ البث المجموعاتي هو من وظائف طبقة الشبكة، حيث تعمل بروتوكولات خاصّة على إنشاء وإلغاء مجموعات المُضيفين، كما تدير عملية انضمامهم إلى هذه المجموعات وخروجهم منها، مثل بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت، أمّا تشبيك أعضاء المجموعات عبر الشبكات المُختلفة فيتمّ عادةً باستخدام الأشجار المتفرعة، وتوجد عائلة خاصّة من بروتوكولات التوجيه، تضمّ العديد من البروتوكولات، مثل وعائلة بروتوكولات البث المجموعاتي المستقل عن بروتوكول التوجيه، أو إضافات داعمة لبروتوكولات التوجيه التقليدية، مثل إضافة البث المجموعاتي الخاصة ببروتوكول المسار الأقصر أولا (MOSPF)، وغيرها، تقوم بإنشاء هذه الأشجار، بحيث تصل إلى جميع أعضاء المجموعة بمسارات خالية من .
شهدت تقنية البث المجموعاتي منذ اعتمادها كآلية لتوجيه الرزم العديد من الإضافات والتحسينات، وطوّرت لذلك العديد من التقنيات الرديفة مثل ميزة و كما أدخلت التعديلات على تقنيّات موجودة مُسبقاً لتخدم أغراض البث المجموعاتي مثل .
البث المجموعاتي هو طريقة لإرسال رزمة بيانات واحدة أو أكثر إلى عدد من الوجهات في نفس الوقت، تستضيف هذه الوجهات عنواناً خاصّاً مُميزاُ يُسمى عنوان المجموعة، يجب أن تصل الرزمة المُوجّهة عنوان المجنوعة إلى جميع الوجهات التي تستضيفه. لعناوين البث المجوعاتي فضاء خاصّ بها، وتخضع رزم البثّ المجموعاتي لعملية توجيه مُغايرة لتلك التي تخضع لها الرزم المُنفردة أو رزم البثّ العام.
في الأصل، عُرّف البثّ المجموعاتي كأحد الإضافات الملحقة للمضيف في وثيقة طلب التعليقات (RFC 1122)، على أن يدعم مبدأي الإرسال، مصدر واحد وعدّة من الوجهات وعدة مصادر وعدة وجهات . إنّ الفلسفة الكامنة وراء البث المجموعاتي هي المبدأ الأول، وهي تمثل حلاً وسطاً بين البثّ المُنفرد المحدود، بسبب اعتماده على مبدأ مصدر واحد ووجهة واحدة (One-to-one)، وبين البثّ العام الشامل الذي يُغرق الشبكة بالرزم غير اللازمة، بسبب اعتماده على مبدأ مصدر واحد وجميع الوجهات .
من حيث البنية، تكون رزم البث المجموعاتي مشابهة للرزم المفردة أو رزم البث العام، ولعل الاختلاف الوحيد في هذا الجانب هو وجود عنوان البث المجموعاتي في حقل الوجهة، بدلاً من العنوان الفريد أو عنوان البث العام. يحدد البروتوكول المُوجّه بنية عنوان البث المجموعاتي، وفضاء العناوين الخاص به.
تدير بروتوكولات خاصّة عملية إنشاء المجموعات ونشر المعلومات الخاصّة عنها بين الموجهات، كما تدير هذه البروتوكولات أيضاً عملية حذفها ومتابعة التغييرات الحاصلة فيها، ويشمل ذلك إضافة أعضاء جديدة إليها أو حذف أعضاء منها. أمّا لتوجيه رزم البث المجموعاتي، فإمّا أن يتم اعتماد بروتوكولات توجيه خاصّة بذلك أو أن تُزوّد بروتوكولات التوجيه التقليدية بإضافات خاصّة لدعم البث المجموعاتي.
في حين تقوم المُوجّهات بنقل رزم البيانات المنفردة من مصدرها إلى وجهتها، على شكل قفزات أو خطوات على طول المسار الواصل بين الطرفين، فإنّ توجيه رزم البث المجموعاتي أكثر تعقيداً، لأنه قد يتوجب على بعض الموجهات أن تخلق نسخاً متشابهة من نفس الرزمة لإرسالها عبر أكثر من منفذ إلى أكثر من وجهة بنفس الوقت. باختصار، في حين يبدو مسار رزمة البيانات المُنفردة خطاً يصل بين المصدر والوجهة عبر طوبولوجيا الشبكة، فإن مسار رزمة البث المجموعاتي يأخذ شكلاً شجريّاً متفرّعاً يبدأ من المصدر، ويتفرع في الموجهات عبر الطوبولوجيا نحو الوجهات المختلفة.
إنّ البثّ المجموعاتي هو نقل لرزمة البيانات بمبدأ مصدر واحد وعدة وجهات، لذلك لا يمكن استخدام بروتوكول التحكم بالنقل (TCP) معه، وعلى التطبيقات التي تريد استخدام هذه التقنية أن تستخدم بروتوكول حزم بيانات المستخدم (UDP)، وذلك لأن بروتوكول التحكم بالنقل يشترط وجود طرفين مُحددين للاتصال قبل البدء بإنشائه.
من ميزات استعمال البث المجموعاتي تخفيف الحمولة في الشبكة، حيث يقوم مصدر البيانات بتوليد نسخة واحدة فقط منها، يجري بعد ذلك نقل هذه النسخة، إلى أعضاء المجموعة فقط، ويتمّ مضاعفتها عند الحاجة، وذلك عوضاً عن إرسالها في كامل الشبكة. بالإضافة لذلك، يمكن دعم البث المحموعاتي عن طريق ترقية برمجيّة بدون الحاجة لإضافة معدات جديدة
يعتمد البث المجموعاتي على العمل المشترك لمجموعة من التقنيات والبروتوكولات التي تنجز الوظائف المُختلفة ضمن الشبكة وفي الطرفيات. في الطرفيات والشبكات المحلية، تنشط بروتوكولات إدارة المجموعات، التي تعتمد بشكلٍ مُباشر على عناوين مُميّزة للمجموعات، يُحدد فضائها البروتوكول المُوجّه المُستخدم، بالإضافة لذلك، لابد من وجود آليّة لبروتوكولات طبقة ربط البيانات، لتتمكّن من توليد عناوين خاصّة بها مُتوافقة مع عناوين البثّ المجموعاتي في المستعلة في طبقة الشبكة.
أمّا في النظام الوسيطي، الذي يربط بين الشبكات المحليّة، فتعمل بروتوكولات توجيه خاصّة على بناء طوبولوجيا خاصة من المسارات التي قد تأخذ شكل شجرة متفرعة، وهي الحالة الأكثر شيوعاً، تصل الشجرة إلى كل أعضاء المجموعة إما ضمن نطاق بث مجموعاتي واحد، أو تربط بين نطاقات مُختلفة، و قد تكون الطوبولوجيا متشابكة ، تضم شبكة من المسارات المتقاطعة التي قد تمتد داخل نطاق واحد أو بين نطاقات مختلفة. لهذه البروتوكولات خوارزميّات عملٍ مُختلفة، ينتج عنها طُرقٌ مُتعددة لإنشاء الأشجار المتفرعة وأنواع مُختلفة لها. أخيراً، تربط خوارزمية توجيه كل المفاهيم والآليّات السابقة، فتُحدد في ضوء ذلك مسار رزمة البث المحموعاتي من مصدرها إلى جميع وجهاتها.
تشمل إدارة المجموعة كل النشاطات اللازمة لإقامة المجموعة في الشبكة المحلية وتعريف بروتوكول التوجيه الخاص بالبث المجموعاتي بوجود أعضاء ينتمون لهذه المجموعة في الشبكة المحلية. يجب أن يكون المضيفون قادرين على الانضمام بشكل آليّ إلى المجموعة ليصبحوا أعضاء فيها، كذلك الأمر بالنسبة للأعضاء الذين يرغبون بمغادرتها. بالإضافة لذلك، تشمل النشاطات نشر المعلومات الخاصة بالمجموعة عبر الشبكة، ومتابعة تحديثها أول بأول. وتقوم بروتوكولات إدارة مجموعات البث المجموعاتي مثل بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت بهذه المهمات.
بالإضافة لذلك يجب تعريف المُبدلات في الشبكة المحلية على المُخرج الافتراضي لرزم البث المجوعاتي، وهو منفذ لمُوجّه يُشغّل بروتوكول توجيه خاص بالبث المجموعاتي ويتصل مع الشبكة المحلية. إنّ هذ العملية هي قضية شائكة، نظراً لأنّ المبدلات تعمل على مستوى الطبقة الثانية بحسب نموذج الاتصال المعياري، وهي لا تستطيع التمييز بشكلٍ تلقائي بين أطر البيانات وأطر التحكم الخاصة بالبث المجموعاتي، وفي هذه الحالة ستعامل أطر البث المجموعاتي كأطر البث العام، ويتم حلّ هذه المشكلة بواحدة من طريقتين، إمّا باستخدام بروتوكول خاص مثل بروتوكول سيسكو لإدارة المجموعات (CGMP) أو بتفعيل ميزات خاصة في المبدل، مثل ميزة .
شجرة البث المجوعاتي هي شجرة متفرعة مكونة من مجموعة من العقد والوصلات، تُمثّل العقد التجهيزات العاملة على مستوى الطبقة الثالثة في النظام الوسيطي، أمّا الوصلات فتمثل الوصلات الفيزيائية التي تربط بينها. يجب أن تكون شجرة البث المجموعاتي خالية من ، وأن تصل إلى جميع أعضاء المجموعة بأقصر الطرق الممكنة، ولذلك، تُوصف شجرة البثّ المجموعاتي بأنها شجرة أقصر المسارات .
يختلف البث المجموعاتي عن البث المنفرد بشكل المسار، ففي حين يكون المسار خطاً وحيداً يصلُ بين مصدر الرزمة ووجهتها في البثّ المنفرد، فإنّه يأخذ شكلاً شجريّاً مُتفرعاً في البثّ المجموعاتي، وتُسمّى الشجرة الناتجة بشجرة البث المجموعاتي، وهي تمتد، بدون أن تشكّل حلقات، لتصل إلى جميع أفراد المجموعة.
تتألف شجرة البث المجموعاتي من مجموعة من العقد هي عقدة الجذر والعقد الوسيطية والعقد الأوراق. أمّا عقدة الجذر فهي أول عقدة في الشجرة، ومنها تبدأ عملية التفرع. عند توجيه الرزمة عبر الشجرة، تبدأ عملية مضاعفة الرزمة في العقدة الجذر، أي أنها العقدة التي يبدأ عندها تفرّع المسارات نحو كل أعضاء المجموعة.
تتفرّع شجرة البثّ المجموعاتي انطلاقاً من عقدة الجذر، وتُشكّل حركة بيانات تسمى التيار الصاعد ، وينتشر هذا التيار الصاعد من الجذر إلى العُقد الأخرى في الشجرة. تُسمّى العقدة التي يسلكها التيار الصاعد نحو عقدة واحدة أو أكثر، بالعقدة الوسيطية، وهي العقد التي تستقبل التيار الصاعد من عقدة واحدة أو أكثر وتمرره نحو عقدة واحدة أو أكثر. أمّا إذا لم تكن العقدة تمتلك أي عقد جيران، إلا العقدة التي ورد منها التيار الصاعد، فإنها تسمى عقدة ورقة، لأنها لا تمرر التيار الصاعد محو أي عقد جديدة في الشجرة.
يتواجد أعضاء المجموعات في شبكات محليّة تتصل مع عقد الشجرة، سواء كانت عقدة الجذر أو عقداً وسيطية أو عقد أوراق. في البداية، يتمّ توجيه رزم البث المجموعاتي من أعضاء المجموعة نحو العقدة الجذر دوماً، ثُمّ تبدأ بعد ذلك عمليّة مُضاعفة الرزمة ونشرها عبر شجرة البث المجموعاتي. بما أن الشبكات المحليّة التي يتواجد فيها الأعضاء قد لا تتصل بشكل مباشر مع العقدة الجذر، بل عقدٍ أوراق أو مع عقد وسيطية، لذلك فإن بعض الرزم تتجه بشكل معاكس للتيار الصاعد،أي من العقد الأوراق أو الوسيطيّة نحو العقدة الجذر، ويسمى ذلك بالتيار الهابط .
تُصنّف أشجار البث المجموعاتي بحسب الطريقة التي يتم إنشاؤها بها إلى نوعين، هما:
تقوم بروتوكولات التوجيه الخاصّة بالبث المجموعاتي بإنشاء أشجار البث المجموعاتي لنقل البيانات إلى كل أعضاء المجموعة.
خوازمية بناء شجرة البث المجموعاتي هي خوارزمية لإنشاء شجرة متفرعة، خالية من ، تمتد عبر مخطط بياني مكون من (N) عقدة، يضم مجموعة جزئية من العقد عددها (T) وهي تشكل أعضاء مجموعة البث المجموعاتي. تتصل العقد مع بعضها البعض بواسطة فروع أو أضلاع لكل منها وزن محدد، يتعلق بمحددات الشبكة.
تُصنّف الأشجار المتفرعة بحسب امتداد الشجرة إلى صنفين أساسيين هما:
إذا كان (G) هو مخطط بياني مُكوّن من (N)عقدة و(E) ضلع، وكانت (G1) هي مجموعة جزئية من (G)، احتوي عنصرين على الأقل، وعدد عناصرها هو (T)، فإنّ اختيار خوارزمية بناء شجرة البث المجموعاتي يكون بحسب ما يلي:
نطاق التوجيه الخاصّ بالبث المجموعاتي هو مجموعة من الطرفيات والأنظمة الوسيطيّة التي تعمل وفق نفس إجراءات التوجيه والموجودة ضمن واحد. يجب أن تكون بروتوكولات التوجيه المُستعملة و وآليات حسابها مُشتركة ضمن نطاق التوجيه الواحد.
في وثائق طلب التعليقات المتعلقة بالبث المجموعاتي، هناك تعاريف جزئية أو مشتقة من التعريف السابق لنطاق توجيه البث المجموعاتي مثل: "مجموعة جداول التوجيه التي تتضمن بنوداً عن البث المجموعاتي، والتي ترتبط مع بعضها البعض عبر الشبكة وهي قادرة على تبادل المعلومات فيما بينها،" أو "مجموعة من الموجهات المتجاورة التي تُشغّل نفس بروتوكول توجيه البث المجموعاتي وتعمل ضمن حدود معينة يُعرّفها مُوجّه حدودي يربط النطاق مع شبكة الإنترنت".
تعمل بروتوكولات توجيه رزم البث المجموعاتي داخل نطاق محدد فتوصف بأنها داخليّة أو بين النطاقات المُختلفة فتوصف بأنها خارجية أو بينيّة، وبعضها يدعم النمطين. من حيث المبدأ، يقابل بروتوكول توجيه البث المجموعاتي العامل ضمن النطاق بروتوكول التوجيه المنفرد الداخلي الذي يعمل ضمن نظام مستقل واحد.
البث المجموعاتي هو آليّة لتوجيه رزم البيانات عبر الشبكة، وبحسب نموذج الاتصال المعياري، فإن التوجيه يحصل على مستوى الطبقة الثالثة، ويتطلب مشاركة من الطبقة الثانية لإنجاح العملية، وهاتان الطبقان هما طبقة ربط البيانات و طبقة الشبكة بحسب بترتيب ورودهما في النموذج. لدعم البث المجموعاتي، يجب أن تدعم البروتوكولات المُوجّهة في هاتين الطبقتين فضاءاً من العناوين خاصّاً بالبث المجموعاتي، بالإضافة لضرورة وجود آليّة للمُطابقة بين العناوين في الطبقتين.
طبقة الشبكة هي الطبقة الثالثة من نموذج الإتصال المعياري، تهتم هذه الطبقة بمهام التوجيه، وتنشط فيها البروتوكولات المُوجّهة، وأهمُها الإصدارين الرابع والسادس من بروتوكول الإنترنت.
في الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، تمّ تخصيص الصنف (D)، ليكون فضاءاً لعناوين البث المجموعاتي، وهو بالتعريف فضاء يشمل عناوين بطول (32) بت تبدأ جميعا بالبتات الأربعة (1110) من أقصى اليسار، ويعني ذلك أنه هذا المجال يمتد بين العنوانين (224.0.0.0) و (239.255.255.255)، رقمياً يُشار له بالشكل (224.0.0.0/4).
أما في الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت، فقد خصصت بنية خاصّة لعنوان البث المحموعاتي، يبدأ عنوان البث المجموعاتي دوماً بحقل بطول (8) بتات تأخذ بالقيمة الست عشرية (FF)، ثم خُصصت 4 بتات كحقل أعلام، و 4 بتات أخرى كحقل لمجال العنونة، وأخيراً حقل بطول (112) بت ليضم مُعرّف المجموعة. وقد عرّفت وثيقة طلب التعليقات (RFC 4291) عنوان البث المجموعاتي بأنه: مُعرّف لمجموعة من المنافذ، وأشارت بشكل مباشر إلى توصيل رزمة البيانات المُوجّهة إلى هذا العنوان إلى جميع المنافذ التي تستضيفه.
تدير هيئة تعيين أرقام الإنترنت عملية حجز عناوين البث المجموعاتي للإصدارين الرابع والسادس من بروتوكول الإنترنت، وفيما يلي قائمة بأشهر عناوين المجموعات المحجوزة:
الملاحظات
طبقة الربط هي الطبقة الثانية في نموذج الاتصال المعياري، ويعمل في هذه الطبقة عدد من البروتوكولات أهمها الإيثرنت. لدعم البث المجموعاتي، ويجب أن يُعرف البروتوكول الذي يعمل على هذه الطبقة فضاءاً من العناوين، وآليّة لتوليد عناوين فريدة مُقابلة لعناوين المجموعات التي تُعرفها بروتوكولات طبقة الشبكة.
يبلغ طول عنوان الإيثرنت (48) بتاً، ويُسمّى عنوان التحكم بالنفاذ للوسط. لإيجاد عنوان الإيثرنت المقابل لعنوان مجموعة من الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت تُستخدم الخوارزميّة التالية:
أما لإيجاد عنوان التحكم بالنفاذ للوسط لمجموعة والذي يقابل عنوان مجموعة من الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت، فتؤخذ آخر أربع بايتات مع عنوان الإصدار السادس، وتحديداً تلك المحصورة بين البتين رقم 95 و 127 من العنوان، ما يُنتج مُعرّفاً بطول (32) بتاً، ثُمّ يضاف هذا المُعرّف إلى يمين بادئة مُكوّنة بايتين، أي بطول (16) بت، قيمتها (3333) بنظام العد الست عشري، أو (0011 0011 0011 0011) بنظام العد الثنائي، لتكون النتيجة النهائية هي عنوان نفاذ للوسط للمجموعة بطول (48) بتاً.
وضعت أيضاً مُحددات لعملية مطابقة العناوين بين طبقة الشبكة وطبقة ربط البيانات في حال كان بروتوكول طبقة الربط المُستخدم هو الواجهة البينية للبيانات الموزعة بالألياف أو .
التوجيه هو تحديد مسار رزم البيانات ونقلها من مصدرها إلى وجهتها، أمّا توجيه رزم البث المجموعاتي فهو تحديد شجرة البث المجموعاتي الخاصّة بالمجموعة، ثُم نقل الرزمة عبر هذه فروع الشجرة ومضاعفتها أثناء ذلك حسب الحاجة، لتصل في نهاية المطاف إلى جميع أعضاء المجموعة. إنّ توجيه رزم البث المجموعاتي يخضع لمبدأ مصدر واحد وعدّة وجهات.
بحسب مبدأ تبديل الرزم، تحصل عمليّة التوجيه لكل رزمة بشكلٍ مُنفرد. يمكن تقسيم العملية إلى مرحلتين مُنفصلتين مُتتابعتين، تجري الأولى في مصدر الرزمة وتستمر عبر الشبكة حتى وصول الرزمة إلى جذر شجرة البث المجموعاتي، أمّا المرحلة الثانية، فتحصل ضمن النظام الوسيطي الذي تمر شجرة البث المجموعاتي عبره، حيث تقوم عُقد الشجرة، بدءاً من الجذر، بمضاعفة الرزمة ونقلها عبر فروع الشجرة لتصل إلى كل أعضاء المجموعة.
انطلاقاً من مصدر الرزمة، تحصل عملية توجيه لرزمة بث مجموعاتي بالشكل التالي بالشكل التالي:يتطلب نجاح البث المجموعاتي عمل عائلتين من البروتوكولات معاً هما عائلة بروتوكولات إدارة مجموعات البث المجموعاتي وعائلة بروتوكولات التوجيه الخاصة بالبث المجموعاتي، تهتم العائلة الأولى بالعلاقات التي تربط الأعضاء بالمجموعة، مثل الانضمام إليها أو مغاردتها، ز كيفيو نشر المعلومات الخاصة بأعضاء المجموعة في الشبكة المحلية، أما العائلة الثانية فهي تهتم بإنشاء أشجار البث المجموعاتي، وتحديثها باستمرار، وتحدد هذه الأشجار مسار رزم البث المجموعاتي عبر النظام الوسيطي وصولاً من المصدر وصولاً إلى كل أعضاء المجموعة.
تنشط بروتوكولات إدارة المجموعة في الشبكات المحلية، وبالتحديد بين المضيفين وبين الموجهات، ويكون اهتمامها موجّهاً لبناء المجموعات والمحافظة عليها. أمّا بروتوكولات التوجيه فيكون نشاطها محصوراً داخل النظام الوسيطي وبين المُوجّهات فيه، ويكون اهتمامها مُنصباً على بناء شجرة البث المجموعاتي.
هي مجموعة من البروتوكولات التي تنشط في الشبكة المحلية وتقوم بالإشراف على بالوظائف الخاصة بالمجموعة والتي تشمل انضمام الأعضاء إليها ومغاردتهم لها، بالإضافة إلى نشر المعلومات الخاصّة بأعضاء المجموعات لتصل إلى عتاد الشبكة المحلية.
أهم بروتوكولات إدراة المجموعات هي بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت الذي يدير مجموعات البث المجموعاتي الخاصّة بالإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، و الذي يدير مجموعات الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت، بالإضافة لعدد من البروتوكولات التي التي تقوم بمهام محددة ترتبط بتوزيع رزم البث المجموعاتي داخل الشبكة المحليّة مثل بروتوكول سيسكو لإدارة المجموعة (CGMP) وبروتوكول سيسكو لإدارة المجموعة على منفذ الموجه (RGMP).
بروتوكول إدارة مجموعة الإنترتت هو بروتوكول اتصال يعمل على مستوى طبقة الشبكة، يقوم بإدارة المجموعات الخاصة بالبث المجموعاتي لرزم الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، ويحدد كيفية انضمام المضيفين إلى المجموعات وكيفية مغاردتها بشكلٍ آليّ، ومعنى ذلك أنه يسمح لأي مُضيف بأن ينضم أو بأن يغادر المجموعة في أيّ وقت يشاء. بالإضافة لذلك، لا يضع البروتوكول قيوداً على عدد أعضاء المجموعة ولا على مواقعهم، كما يسمح لمضيف واحد بالانضمام إلى أكثر من مجموعة بنفس الوقت.
يُعرّف هذا البروتوكول نوعين من الرسائل، هما رسائل الاستعلام ورسائل التقارير. تُستخدم رسائل الاستعلام لاستجواب عقد الشبكة لتحديد فيما إذا كانت أعضاء في مجموعة ما و لا، أما رسائل التقارير، فهي رد العقد المُستجوبة على رسالة الاستعلام، يتمّ تبادل هذه الرسائل وفق نموذج طلب الخدمة، وبذلك يمكن تصنيف عقد الشبكة وظيفياً بحسب نوع الرسائل التي ترسلها إلى:
بحسب بروتوكول إدارة المجموعات، فإنّ المجموعة هي تجمع لعقد مُرسلي رسائل الاستعلام والمضيفين الذين يجيبون عليها.
طوّرت مجموعة مهندسي الإنترنت ثلاث إصدارات من بروتوكول إدارة مجموعات الإنترنت، أولها جاء في العام 1989م، وهو موصوف في الوثيقة (RFC 1112)، وقد حدد آليّات انضمام المضيف إلى مجموعة ما أو مغادرتها، أما الإصدار الثاني، فطوّر في العام 1997م، ووصف في الوثيقة (RFC 2236) وقد احتوى العديد من التعديلات أهمها السماح للمضيف بطلب مُغاردة مجموعة مُعيّنة بحد ذاتها، أما الإصدار الثالث فقد طوّر في العام 2002، وهو موصوف في الوثيقة (RFC 3376)، وهو يدعم ميّزة وميزة تجميع تقارير العضوية .
إنّ الإصدارات الثلاثة من البروتوكول متوافقة مع بعضها البعض، أي أن المُوجّه الذي يُشغل الإصدار الثالث من بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت يدعم أيضاً العملاء الذين يُشغّلون الإصدارين الأول والثاني من البروتوكول.
بروتوكول اكتشاف مستمعي البث المجموعاتي هو بروتوكول اتصال يعمل على مستوى الطبقة الشبكة يقوم بإدارة المجموعات الخاصة بالبث المجموعاتي لرزم الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت، وبشكلٍ خاص اكتشاف أعضاء الجموعات في الشبكات المحلية وتحديد أي المجموعات التي يهتمون باستقبال رزمها.
يُقدّم البروتوكول مفهوماً جديداً هو مُستمع البث المجموعاتي، وهو بحسب التعريف، عقدة ترغب في استقبال رزم البث المجموعاتي. إذا استضاف المستمع عنوان مجموعة ما، أصبح عضواً فيها، وبات يهتم باستقبال رزمها. يمكن أن ينضم المستمع إلأى أكثر من مجموعة بنفس الوقت. ومن هنا حصل البروتوكول على اسمه، فالبروتوكول يساعد تجهيزات الطبقة الثالثة المُتصلة مع الشبكة المحليّة على اكتشاف وجود المُستمعين فيها. يُوصف البروتوكول أيضاً بأنه غير متناظر ، لأنه يسلك سلوكاً مختلفاً مع المستمعين ومع تجهيزات الطبقة الثالثة، كالموجهات.
هناك إصداران لبروتوكول اكتشاف مستمعي الإنترنت، الإصدار الأول (MLDv1) موصوف في وثيقة طلب التعليقات (RFC 2710) وقد طُوّر في العام 1999م، وهو مُكافئ للإصدار الثاني من بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت (IGMPv2) من حيث الوظيفة، أمّا الإصدار الثاني فطوّر في العام 2004م، وهو موصوف بالوثيقة (RFC 3810) وهو يُكافئ الإصدار الثالث من بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت (IGMPv3)، ويدعم ميزات إضافية مثل .
بروتوكول سيسكو لإدارة المجموعة هو بروتوكول اتصال يعمل على مستوى طبقة ربط البيانات في الشبكات المحلية. طوّر هذا البروتوكول في العام 1996م، بساعد في إدارة مجموعات البث المجموعاتي، وهو مُلكية خاصّة لشركة سيسكو.
طوّر هذا البروتوكول بشكل أساسي لحل مشكلة ترتبط بالمبدلات التي تعمل على مستوى الطبقة الثانية، لا تستطيع هذه المبدلات التمييز بين رسائل البث المجموعاتي التي تحتوي على البيانات وتلك التي تحتوي على المعلومات الخاصّة بإدارة المجموعة، والسبب في ذلك هو كونها جميعاً مُوجّهة نحو عنوان المجموعة. نتيجة لذلك، لا تستطيع هذه المبدلات تمييز المنفذ الذي يتصل مع الموجه الذي يدعم البث المجموعاتي، لإرسال الرزم إليه، ويكون الحل بتعويم رزم البث المجموعاتي، أي إرسالها عبر كل المنافذ إلا المنفذ الذي وردت منه.
يقوم البروتوكول بإنشاء قاعدة بيانات للمجموعات الموجودة في شبكة محلية في مُوجّه أو مبدل متعدد الطبقات، ثُمّ يقوم بالتواصل مع المُبدلات العاملة على مستوى الطبقة الثانية في تلك الشبكة المحلية، مستخدماً مجموعة محددة من عناوين التحكّم بالنفاذ للوسط، ويسمح ذلك لهذه المبدلات بتمييز الرسائل، ثم الحصول على معلومات المجموعات وبتحديد المنفذ الذي يتصل مع الموجه أو المبدل متعدد الطبقات. يُمكن أن تقوم ميزة بنفس الوظيفة إذا تم تفعيلها في مبدلات الطبقة الثانية.
بروتوكول سيسكو لإدارة المجموعة على منفذ الموجه هو بروتوكول اتصالات يعمل على مستوى طبقة الشبكة، طوّرته شركة سيسكو في العام 2003م، يهتم بإدارة مجموعات البث المجموعاتي في الشبكة المحلية، وهو موصُوف في وثيقة طلب التعليقات (RFC 3488).
كان الهدف الأساسي من تطوير البروتوكول هو خلق آلية يمكن من خلالها لتجهيزات الطبقة الثالثة أن تتواصل مع مُبدلات الطبقة الثانية وتحدد لها عدد محدداً من المجموعات التي تمتد شجرتها عبره. ليس لما سبق أهميّة في الشبكات المحلية التي لا تتصل إلا مع جهاز طبقة ثالثة واحد، حيث تمتد ككل الأشجار عبره، ولكن عندما تتصل شبكة محلية مع أكثر من جهاز يعمل في الطبقة الثالثة في نفس الوقت، فإن أشجار البث المجموعاتي ستمتد عبر أكثر من جهاز، وسيكون من غير المجدي إرسال رزم البث المجموعاتي إلى جهاز طبقة ثالثة لا تمتد شجرة المجموعة عبره نحو الشبكة المحلية.
نتيجة لذلك ينشط البروتوكول في الوصلات التي تربط بين تجهيزات الطبقة الثانية وتجهيزات الطبقة الثالثة. يعمل البروتوكول في الطبقة الثالثة من نموذج الاتصال المعياري، ولترويسته بينة مطابقة لبنية بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت، ويتم تغليف ترويسته ضمن رزمة الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، مع قيمة لحقل البروتوكول هي (2)، وعنوان وجهة هو (224.0.0.25) وهو عنوان بث مجموعاتي مخصص لإدارة العلاقة بين تجهيزات الطبقة الثانية والثالثة.
لاحقاً، تمّ تطوير ميزة ليقوم بهذه المهمة أيضاً، بالإضافة لذلك طوّرت ميزة مراقبة البث المجموعاتي المستقل عن بروتوكول التوجيه (PIM Snooping) والتي تؤدي نفس مهمة هذا البروتوكول إذا كان بروتوكول التوجيه المُستخدم للبث المجموعاتي من عائلة بروتوكولات البث المجموعاتي المستقل عن بروتوكول التوجيه (PIM).
بروتوكولات توجيه البث المجموعاتي هي عائلة من بروتوكولات التوجيه تقوم بتوجيه حركة رزم البث المجموعاتي عن طريق بناء أشجار متفرعة خالية من الحلقات تمتد نحو أعضاء المجموعة عبر أقصر المسارات الممكنة. نتيجة لذلك، تصل نسخة واحدة فقط من الرزمة لجميع أعضاء المجموعة دون سواهم. تُقسّم بروتوكولات التوجيه الخاصة بالبث المجموعاتي إلى مجموعتين رئيسيتين: الأولى هو بروتوكولات توجيه البث المجموعاتي الخاصة بالشبكات الثابتة والثانية هي بروتوكولات توجيه البث المجموعاتي الخاصّة بالشبكات المتنقلة، ولكل مجموعة معايير تصنيف خاصّة.
تُصنّف بروتوكولات توجيه البث المجموعاتي الخاصة بالشبكات الثابتة بحسب مصدر معلوماتها، فإمّا أن تعتمد على معلومات التوجيه المكتسبة عن طريق بروتوكول توجيه محدد للزرم فريدة الوجهة، أو أن تكون مُستقلة، أي تعمل مع أي بروتوكول توجيه للرزم فريدة الوجهة. كما تصنف البروتوكول بحسب النطاق الذي تمتد فيه الشجرة المتفرعة، سواء داخل نظاق واحد فقط فتسمى داخليّة أو بين عدة نطاقات فتُسمى خارجية أو بينيّة.
يمكن تشغيل أكثر من بروتوكول توجيه خاص برزم البث المجموعاتي في نفس الشبكة، وتصف الوثيقة (RFC 2715) عملية التشغيل المشترك والمشاكل والتحديات التي تواجهها.
بروتوكول توجيه البث المجموعاتي بحسب شعاع المسافة هو بروتوكول توجيه لرزم البث المجموعاتي، داخلي، يعمل بحسب خوارزمية شعاع المسافة. طوّر البروتوكول في العام 1988م، بهدف جعل البث المجموعاتي مُمكناً بين الشبكات المحلية، وهو موصوف في وثيقة طلب التعليقات (RFC 1075).
يقوم البروتوكول ببناء جدول توجيه خاص به في كل مُوجّه يقوم بتشغيله، ويجري تبادل معلومات التوجيه الموجودة فيه بين الموجهات التي تشغل البروتوكول. اعتماداً على الجدول السابق، يقوم البروتوكول ببناء شجرة بث مجموعاتي أحادية الاتجاه بحسب المصدر وتكون لتوزيع رزم البث المجموعاتي إلى كل أعضاء المجموعة، وهو يعتمد على آلية من أجل بناء شجرة أقصر المسارات الحالية من .
صُمم بروتوكول توجيه البث المجموعاتي بحسب شعاع المسافة ليكون بروتوكول توجيه داخلي، أي أنه يقوم ببناء أشجار البث المجموعاتي داخل نطاق مُستقل واحد، ولا يمكن أن تمتد الشجرة بين نطاقين مستقلين مختلفين.، وتكون هذه الأشجار مبنية بحسب المصدر. بالإضافة لذلك، فإنّ هذا البروتوكول صُمم ليعمل بشكلٍ مستقل عن بروتوكولات توجيه الرزم المنفردة، لذلك يجب على المُوجهات التي تُشغّل هذا البروتوكول أن تدعم عمليتي توجيه مُستقلتين تماماً.
إنّ بروتوكول توجيه البث المجموعاتي بحسب شعاع المسافة هو بروتوكول نفقي، أي أنه يقوم ببناء الأنفاق عبر الشبكة. إنّ هدف البروتوكول من بناء الأنفاق هو نقل رزم البث المجموعاتي عبر مُوجّهات لا تدعم هذا المفهوم، وتحصل العملية عن طريق تغليف رزم البث المجموعاتي داخل رزم المنفردة، ثم إرسالها إلى تلك المُوجّهات، التي تقوم بدورها بتوجيهها إلى وجهتها بوصفها رزم بث منفرد.
توسيعة البث المجموعاتي لبروتوكول المسار الأقصر هي إضافة توسعيّة لبروتوكول المسار الأقصر متوافقة مع الإصدارات السابقة، أدخلت في العام 1994م، وهي تهدف إلى جعل البروتوكول قادراً على توجيه رزم البث المجموعاتي بالإضافة إلى الرزم المنفردة. وصفت التوسيعة في وثيقة طلب تعليقات (RFC 1584). لتحقيق ذلك، تقوم المُوجّهات التي تشغل البروتوكول بإضافة معلومات عن أعضاء المجموعات الذين يتصلون معها إلى التي يتمّ تبادلها بشكلٍ دوري. نتيجة لذلك، يقوم كل موجه بعد تطبيق خوارزمية ديكسترا ببناء جدول توجيه خاص بكل مجموعة.
بعد إضافة التوسيعة، يصبح البروتوكول قادراً على توجيه رزم البث المجموعاتي عن طريق بناء أشجار بحسب المصدر، وهو بروتوكول داخلي لأنه يعمل ضمن نطاق واحد، وغير مستقل لأنه يعتمد على بروتوكول المسار الأقصر لتأمين معلومات التوجيه، التي يستخدمها لبناء شجرة بث مجموعاتي أحادية الاتجاه بحسب المصدر. يُقسّم بروتوكول المسار الأقصر إلى عدد من المناطق. لقد سبب هذا التقسيم العديد من المشاكل التي رافقت إضافة التوسيعة، خاصّة في الحالات التي تمتد فيها شجرة البث المجموعاتي على أكثر من منطقة، وتمّ معالجة هذه المشاكل من خلال طرح مفاهيم إضافية مثل مُستقبل البث المجموعاتي العام ، وهو مُوجّه يستقبل كل رزم البث المجموعاتي التي يتمّ توليدها في المنطقة، بمعزل عن عضوية المجموعات. لجعل شجرة البث المجموعاتي تمتد بين منطقتين، يجب أن تلعب كل الموجهات الحدودية دور مستقبل بث مجموعاتي عام.
البث المجموعاتي المستقل عن بروتوكول التوجيه هو اسم لعائلة من بروتوكولات التوجيه، الداخليّة، لرزم البث المجموعاتي. عوضاً عن بناء جدول توجيه خاص بها، فإنّ بروتوكولات هذه العائلة تعتمد على معلومات التوجيه المتوفرة من بروتوكولات توجيه البث المنفرد التقليديّة، أيّاً كانت، أي أن عملها لا يتعلق ببروتوكول توجيه محدد، ومن هنا حصلت هذه العائلة من البروتوكولات على اسمها.
تختلف البروتوكولات التي تنتمي إلى هذه العائلة بنمط أشجار البث المجموعاتي التي تعتمد عليها، فمنها من يعتمد على أشجار المصدر فقط، و منها ما يعتمد على أشجار المصدر والأشجار المشتركة معاً. أهم بروتوكولات التوجيه التي تنتمي إلى هذه العائلة:تختلف الشبكات المتنقلة عن الشبكات التقليدية بافتقادها إلى أي البنية التحتية، وباعتماد العقد فيها على طاقة بطاريات غير دائمة، وهو ما يفرض على البروتوكولات العاملة فيها قيوداً إضافية. تُصنف بروتوكولات التوجيه الخاصة بالبث المجموعاتي فيها بحسب فلسفة التصميم (فاعل أو استباقي أو هجين) أو بحسب طريقة التعامل مع الطوبولوجيا (كامل الطوبولوجيا دفعة واحدة أو تقسيم إلى أجزاء)، أو بحسب طريقة إنشاء المسارات (متشابكة أو شجرية أو هجينة) أو بحسب خوازمية عمل البروتوكول (شعاع المسافة أو حالة الوصلة أو هجين) أو بحسب إدخال البروتوكول لمُعاملات مُحددة في حساب المسار (جودة الخدمة، موقع العقدة، طاقة العقدة).
أهم بروتوكولات توجيه رزم البث المجموعاتي في الشبكات المتنقلة هي:
من بروتوكولات توجيه رزم البث المجموعاتي في الشبكات المتنقلة أيضاً: البروتوكول المُخصص لتوجيه البث المجموعاتي بشعاع المسافة عند الطلب (MAODV) و بروتوكول الشجرة المشتركة المخصص للبث المجموعاتي (STAMP) و بروتوكول توجيه البث المجموعاتي المركزي المتكيف (ACMP) وغيرها.
مراقبة بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت هي ميزة إضافية لسلوك المبدلات العاملة على مستوى الطبقة الثانية في الشبكات المحليّة والتي تُشغّل الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت من أجل إدارة أفضل لمجموعات البث المجموعاتي. تسمح هذه الميزة للمبدلات بمراقبة حركة رسائل بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت الذي يعمل على مستوى الطبقة الثالثة، وبناء على ذلك يتعرّف المبدل على توزّع أعضاء المجموعة في الشبكة المحليّة، وصفت القواعد المحددة للعملية في وثيقة طلب التعليقات (RFC 4541).
يعمل المُبدل على مستوى الطبقة الثانية، ويستطيع قراءة عناوين مصادر ووجهات أطر البيانات. في حالة البث المجموعاتي، يكون عنوان وجهة الإطار هو عنوان مجموعة دائماً، وبالتالي فهو لا يدل على أي عضو مميّز بحد ذاته، أمّا عنوان المصدر فهو غير ذو قيمة، فالبث المجموعاتي لا يشترط أن يكون المصدر عضواً في المجموعة. نتيجة لذلك، فإن المبدل لا يملك وسيلة للتعرف على مواقع أعضاء المجموعة، فيقوم بإرسال رزم البث المجموعاتي عبر كل منافذه مُستثنياً المنفذ الذي وردت منه، وفي هذا استهلاك لعرض النطاق المتاح في الشبكة المحلية، وإرهاق للطرفيات غير المعنية بالعملية. إضافة لذلك، لا يمكن للمبدل أن يحدد موقع الجهاز الذي يعمل على مستوى الطبقة الثالثة ويقدم الدعم لأعضاء المجموعة في الشبكة المحلية، والذي يكون عادة مُوجّهاً أو مبدلاً متعدد الطبقات.
نتيجة لاستخدام هذه الميزة، يقوم المبدل بتصنيف منافذه من أجل كل مجموعة، فإما أن تكون منافذ متصلة مع أعضاء فيها أو أن تكون متصلة بشكل مباشر أو تؤدي بشكل غير مباشر نحو موجه يدعم البث المجموعاتي لهذه المجموعة. يقوم المبدل بإرسال رزم المجموعة عبر النوعين السابقين، أمّا بقية المنافذ، والتي لا تقع تحت أي من التصنيفين السابقين، فلا تُرسل رزم البث المجموعاتي لتلك المجموعة عبرها.
طوّرت هذه الميزة لتحسين عملية توزيع رزم البث المجموعاتي في الشبكات التي تُشغّل الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، وهي تنوب عند تفعيلها في الشبكة المحلية عن بروتوكول سيسكو لإدارة المجموعة (CGMP) وعن بروتوكول سيسكو لإدارة المجموعة على منفذ الموجه (RGMP) معاً. أمّا من أجل الشبكات التي تستخدم الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت تستخدم ميزة مشابهة تُسمّى ميّزة مراقبة بروتوكول اكتشاف مُستمعي البث المجموعاتي (MLD Snooping).
التوجيه بعكس المسار هي تقنية للتوجيه في شبكات تبديل الرزم، تستخدم للتحقق من أن مسار ما خالٍ من الحلقات. طوّرت هذه التقنية في عام 1978م لتوجيه رزم البث العام، لكنّها استخدمت لاحقاً على نطاق واسع من أجل توجيه الرزم المنفردة ورزم البث المجموعاتي.
تعتمد حسابات التوجيه بعكس المسار على مصدر الرزمة لا على وجهتها، فإذا وصلت الرزمة إلى منفذ ما في إحدى العقد التي تقوم بالتوجيه على طول المسار، يجري التحقق من إمكانيّة الوصول إلى مصدر الرزمة عبر ذلك المنفذ بدون تشكيل حلقات، فإذا كان ذلك مُمكناً، تقبل الرزمة، ويُصار إلى اتخاذ قرار توجيهها نحو وجهتها، وإن لم يكن ممكناً، يتّم التخلّص منها. عمليّاً، تعتمد هذه الطريقة على جزء المسار الذي سبق للرزمة أن سلكته لتصل إلى المنفذ بدءاً من مصدرها، لا على المسار الذي ستسلكه لاحقاً وصولاً إلى هدفها، لذلك يُوصف هذا المسار بالمعكوس، لأنه ينطبق على مسار الرزمة الأصلي لكنّه يُعاكسه بالاتجاه.
في الأصل، كانت تقنية البثّ المجموعاتي غير محددة المصدر ، أي إن كل عضو في المجموعة يستقبل رزم البث المجموعاتي الموجهة لعنوان المجموعة، سواء كان المصدر عضواً فيها أم لم يكن. لاحقاً تم تطوير تقنية إضافية سمحت بجعل البث المجموعاتي محدد المصدر ، وفيه يمكن لكل عضو في المجموعة أن يحدد المصادر التي يقبل استقبال رزم البث المجموعاتي منها، عوضاً عن استقبال كل الرزم المُوجّهة لعنوان المجموعة، وُصِفَتْ هذه الإضافة في وثيقة طلب التعليقات (RFC 4607).
لدعم هذه الميزة، يجب أن يتم تشغيل الإصدار الثالث من بروتوكول إدارة مجموعة الإنترنت (IGMPv3) في الشبكات التي تستخدم الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، أو الإصدار الثاني من بروتوكول اكتشاف مستعملي البث المجموعاتي (MLDv2) في الشبكات التي تشغل الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت. تمّ حجز فضاء العناوين (232.0.0.0/8) من أجل الإصدار الرابع، و (FF3X::/32) من أجل الإصدار السادس. لاستخدامهما في البث المجموعاتي مُحدد المصدر.