MCQUIC: Un Nuevo Camino para la Entrega Multicast

Los eventos en vivo como la Copa del Mundo, el Super Bowl y los Juegos Olímpicos atraen a millones de espectadores. Tradicionalmente, mucha gente veía estos eventos en la tele, pero ahora más espectadores se están pasando a Internet. Este cambio presenta un problema: los métodos actuales de entrega de contenido, conocidos como entrega Unicast, son ineficientes y crean trabajo extra para la red. Una alternativa es la entrega MultiCast, que envía datos a múltiples usuarios al mismo tiempo. Sin embargo, las soluciones multicast existentes enfrentan desafíos, especialmente en torno a la Seguridad y la privacidad.

Este artículo habla de una nueva forma de mejorar la entrega multicast usando QUIC, un protocolo de transporte que se está volviendo popular. Esta nueva extensión, llamada MCQUIC, busca hacer que la entrega multicast sea más fácil y segura para la Transmisión en vivo.

#Por Qué Importa el Multicast

Una gran parte del tráfico de Internet hoy en día proviene de muchos usuarios accediendo al mismo contenido simultáneamente. Con la entrega unicast, cada usuario recibe su propio flujo de datos separado, lo cual puede ser un desperdicio. Por ejemplo, durante un evento deportivo en vivo, cada espectador recibe la misma transmisión, lo que resulta en que los mismos datos se envíen múltiples veces a través de la red.

Usar la entrega multicast solucionaría este problema. En lugar de enviar los mismos datos varias veces, el multicast permite que un solo flujo llegue a todos los espectadores que quieren ver. Esto reduciría la carga en la red, especialmente en los servidores que entregan contenido y en las redes de Proveedores de Servicios de Internet (ISP).

Pongamos el ejemplo de un livestream en 4K. Tiene un bitrate de alrededor de 40 Mbps. Si 6.25 millones de personas lo ven al mismo tiempo, eso consumiría por completo el ancho de banda de una gran red de entrega de contenido como Akamai. Esto es solo una pequeña fracción de los espectadores durante grandes eventos, lo que hace que la entrega unicast sea insostenible.

Por otro lado, las descargas de juegos también generan picos masivos de tráfico. Por ejemplo, cuando se lanzó GTA V, vendió más de 11 millones de copias en su primer día. El tamaño del archivo del juego podría tardar horas en descargarse, especialmente si muchos jugadores intentan descargarlo al mismo tiempo. La entrega multicast podría aliviar estas presiones durante tales eventos.

#Desafíos Actuales del Multicast

Aunque el multicast es útil, enfrenta limitaciones, especialmente cuando se trata de comunicación que va más allá de una sola red. Hay un backbone multicast, llamado MBONE, pero la mayoría de los ISP lo desactivan. Esto se debe en parte a preocupaciones de seguridad y en parte porque no hay muchas aplicaciones buenas para ello.

Mejoras recientes, como la eliminación de un método antiguo para multicast y la introducción de BIER (Bit Index Explicit Replication), han facilitado el manejo de paquetes multicast. También hay un nuevo método llamado tunneling multicast automático (AMT) que ayuda a conectar redes que no soportan multicast nativo.

Sin embargo, aún hay una brecha significativa para hacer que la entrega multicast funcione en dispositivos de usuario final, particularmente en navegadores. La mayoría de los navegadores hoy en día están diseñados para proteger la seguridad y la privacidad del usuario, lo que dificulta el uso de protocolos multicast básicos.

#Presentando MCQUIC

Para abordar estos desafíos, MCQUIC ofrece una extensión basada en el protocolo QUIC. QUIC ya se utiliza ampliamente en muchos navegadores populares. Tiene características como cifrado integrado y la capacidad de gestionar múltiples flujos de datos, haciéndolo más efectivo que métodos de transporte anteriores como TCP.

MCQUIC se centra en entregar contenido multicast de forma segura y eficiente. Permite la entrega multicast mientras asegura que los paquetes estén cifrados y verificados para su integridad. Si la red no soporta multicast, puede cambiar automáticamente a unicast.

#Lo Que Hace MCQUIC

MCQUIC permite que aplicaciones web utilicen entrega multicast con cambios mínimos. Esto facilita la adopción para los desarrolladores. También ofrece soluciones importantes a desafíos críticos:

1. Prevención de Inyección de Paquetes: Los terceros no pueden insertar paquetes en un flujo multicast, lo que protege el contenido que se entrega.

2. Seguridad y Privacidad: Los usuarios pueden confiar en que el contenido multicast es seguro. La configuración permite una verificación clara del remitente.

3. Cambio a Unicast: Si una red no soporta multicast, las aplicaciones pueden cambiar sin problemas a la entrega unicast sin perder datos.

#Casos de Uso para MCQUIC

Un caso de uso significativo para MCQUIC es la transmisión de medios en vivo a través de navegadores web. Como se mencionó, cada vez más personas se están alejando de la televisión tradicional para ver eventos en vivo en línea. En EE. UU., se espera que el número de espectadores digitales para deportes en vivo crezca significativamente en los próximos años.

Muchos espectadores usan navegadores web o aplicaciones basadas en navegadores en dispositivos como televisores inteligentes. Dado que la mayoría de los navegadores no soportan una forma directa de manejar UDP (un protocolo utilizado por muchos sistemas multicast), el multicast tradicional no ha funcionado bien.

Usar métodos de solicitud HTTP comunes en la web tampoco es eficiente para el multicast, ya que cada segmento de video requiere una solicitud separada. En su lugar, MCQUIC busca utilizar WebTransport, un protocolo que permite a los servidores enviar datos a los navegadores sin esperar primero una solicitud.

#Cómo Funciona MCQUIC

En una configuración de MCQUIC, grandes paquetes de datos, como contenido de video, viajan a través de un canal multicast. Esto significa que los servidores solo necesitan enviarlos una vez. Otros datos, como mensajes de control del usuario o confirmaciones, aún utilizan conexiones QUIC unicast. Esta separación ayuda a reducir la carga en servidores y redes.

Si un espectador pierde acceso a multicast, el servidor puede detectar esto y cambiar a unicast para ese espectador. De esta manera, los espectadores pueden recibir todos los datos, independientemente del tipo de red en la que se encuentren.

#Características de Diseño de MCQUIC

MCQUIC tiene un diseño sencillo:

1. Conexión Unicast: El primer paso es establecer una conexión QUIC unicast estándar, que maneja el handshake inicial y las medidas de seguridad.

2. Canales Multicast: Los clientes pueden unirse a canales multicast creados por el servidor, lo que les permite recibir datos compartidos destinados a múltiples usuarios simultáneamente.

MCQUIC introduce nuevos frames para gestionar estas conexiones y canales de manera eficiente. Por ejemplo, el frame MC ANNOUNCE permite a los servidores enviar información sobre los canales multicast disponibles a los clientes.

#Medidas de Seguridad en MCQUIC

Uno de los enfoques principales de MCQUIC es la seguridad. Asegura que el contenido multicast esté protegido utilizando los mismos métodos que las conexiones unicast. Las claves utilizadas para el cifrado se distribuyen de forma segura, dificultando el acceso de los atacantes a los datos.

Además, MCQUIC permite a los clientes verificar si los paquetes que reciben son legítimos. Cada paquete incluye un hash para la verificación. Esto significa que los usuarios pueden confiar en que el contenido recibido a través de multicast no ha sido manipulado.

#Manejo de Limitaciones de Red

Muchas redes no soportan multicast, así que las opciones de respaldo son esenciales. MCQUIC cambia automáticamente a unicast si el multicast no está disponible. Esta transición está diseñada para ser fluida, lo que significa que las aplicaciones solo verán los datos entregados, independientemente del método de transporte subyacente.

Los clientes también establecen ciertos límites basados en sus condiciones de red, informando al servidor de sus tasas de datos máximas permitidas. Esto permite una experiencia optimizada, asegurando que los usuarios reciban solo la cantidad de datos que pueden manejar.

#Posibilidades Futuras con MCQUIC

MCQUIC abre la puerta a varios desarrollos futuros. Al habilitar multicast para contenido web, allana el camino para futuros avances en tecnología de transmisión. Un área potencial de exploración es cómo recopilar datos de rendimiento de los receptores multicast, lo que puede ayudar a optimizar la gestión de canales.

Además, esta tecnología podría permitir una re-evaluación de otras estrategias que anteriormente se consideraban ineficientes para unicast, como la codificación de video escalable. Esto podría llevar a experiencias aún mejores en la entrega de contenido.

#Conclusión

MCQUIC es una extensión innovadora que trae la entrega multicast a la web, abordando desafíos significativos en la distribución de contenido de manera segura y eficiente. Al aprovechar las capacidades de QUIC y asegurar una robusta protección contra problemas comunes, presenta una solución poderosa para la creciente demanda de transmisión en vivo y otro contenido multimedia.

A medida que Internet sigue evolucionando, MCQUIC muestra mucho potencial para desarrollos futuros que podrían mejorar las experiencias de usuario en varios sectores, particularmente en los medios en vivo. El potencial para escalabilidad y seguridad lo convierte en un avance notable en los protocolos de transporte.