Multicast 組播

組播是指從某一地址把資訊同時傳遞給一組目的地址。

地址在IP層語境下，一般是指IP地址。在分散式系統裡，一般指程式.

相對於廣播，組播(也叫多播)的傳輸更受限制。組播只在一組地址(程式)中傳播

組播的需求

雲端計算環境下，組播協議需要滿足兩個條件：容錯(fault-tolerance)和可拓展性(scalability)

• 容錯(fault-tolerance): 節點故障、資料包丟失、底層網路延遲...
• 可拓展性(scalability): 節點數量可能快速增長，而協議開銷不能增長過快(慢於O(n)
  )

集中式解決方案

centralized是最簡單的解決方案。sender通過for/while loop向所有receiver傳送資訊。

但是會導致兩個問題：

1. 無法容錯。如果在迴圈中出現異常，loop會被中斷，之後的receiver將不會收到訊息
2. 開銷高。receiver接收訊息的平均時間為O(n)，網路延遲高

基於樹的解決方案

為瞭解決上述兩個問題，於是有了tree-based方案 (e.g. IP組播,SRM,RMTP,TRAM,TMTP)

如果樹足夠平衡，那麼樹的高度應該是O(log n),並且子節點為常數。 對於雲來說，故障是常態，所以樹需要額外的固定開銷來持續維護/修復樹。

通常會在多播組之間生成樹，並使用生成樹演演算法來傳播組播訊息。隨後再用ACK(acknowledgments)或NAK(negative acknowledgments)來修復失敗的組播

SRM(Scalable Reliable Multicast)

• 使用NAK：
  • 如果一個節點一段時間沒有收到組播訊息，那麼它會向root方向(父節點)傳送修復請求。當另一個節點收到修復請求，它會重發所需的組播訊息
• NAK/ACK風暴: 當網路不穩定時，整個網路中可能瞬間充滿大量的NAK/ACK資訊。為了避免NAK風暴
  • 隨機延遲一段時間傳送請求
  • 使用exponential backoff：每次請求的間隔為上一次時長的兩倍

RMTP(Relicable Multicast Transport Protocol)

• 使用ACK
• recevier定期向sender傳送一個資訊摘要(digest)。如果sender發現recevier缺少資訊，就會重新傳送一份資料
• 為了避免ACK風暴，只有一部分節點會被指定(designated receiver)。這部分節點會負責轉發缺失的組播訊息

然而，這些協議依然會造成O(n)的ACK/NAK開銷