MCQUIC: Um Novo Caminho para Entrega Multicast

Eventos ao vivo como a Copa do Mundo, Super Bowl e Olimpíadas atraem milhões de espectadores. Tradicionalmente, muita gente assistia a esses eventos na TV, mas agora mais pessoas estão apelando para a Internet. Essa mudança traz um problema: os métodos atuais de entrega de conteúdo, conhecidos como entrega Unicast, são ineficientes e criam trabalho extra para a rede. Uma alternativa é a entrega MultiCast, que envia dados para vários usuários de uma só vez. No entanto, as soluções multicast que existem enfrentam desafios, especialmente em relação à Segurança e privacidade.

Este artigo fala sobre uma nova maneira de melhorar a entrega multicast usando o QUIC, um protocolo de transporte que está se tornando popular. Essa nova extensão, chamada MCQUIC, tem como objetivo facilitar e tornar a entrega multicast mais segura para transmissões ao vivo.

#Por que o Multicast é Importante

Uma grande parte do tráfego da internet de hoje vem de muitos usuários acessando o mesmo conteúdo ao mesmo tempo. Com a entrega unicast, cada usuário recebe seu próprio stream separado de dados, o que pode ser um desperdício. Por exemplo, durante um evento esportivo ao vivo, cada espectador recebe a mesma transmissão, resultando no mesmo dado sendo enviado várias vezes pela rede.

Usar entrega multicast resolveria esse problema. Ao invés de enviar os mesmos dados várias vezes, o multicast permite que um único stream chegue a todos os espectadores que querem assistir. Isso reduziria a carga na rede, especialmente nos servidores que entregam o conteúdo e nas redes dos Provedores de Internet (ISPs).

Pegue o exemplo de uma transmissão ao vivo em 4K. Ela tem uma taxa de bits de cerca de 40 Mbps. Se 6,25 milhões de pessoas assistissem ao mesmo tempo, isso consumiria completamente a largura de banda de uma grande rede de entrega de conteúdo como a Akamai. Isso é uma fração pequena dos espectadores durante grandes eventos, tornando a entrega unicast insustentável.

Por outro lado, downloads de jogos também criam picos enormes de tráfego. Por exemplo, quando o GTA V foi lançado, vendeu mais de 11 milhões de cópias no primeiro dia. O tamanho do arquivo do jogo poderia levar horas para ser baixado, especialmente se muitos jogadores estão tentando baixar ao mesmo tempo. A entrega multicast poderia aliviar essas pressões durante esses eventos.

#Desafios Atuais com o Multicast

Embora o multicast seja útil, ele enfrenta limitações, especialmente quando se trata de comunicação que vai além de uma única rede. Existe uma espinha dorsal de multicast, chamada MBONE, mas a maioria dos ISPs a desativa. Isso acontece em parte por preocupações de segurança e em parte porque não há muitas boas aplicações para isso.

Melhorias recentes, como a retirada de um método mais antigo para multicast e a introdução do BIER (Bit Index Explicit Replication), tornaram mais fácil lidar com pacotes multicast. Também há um novo método chamado tunelamento multicast automático (AMT) que ajuda a conectar redes que não suportam multicast nativo.

Ainda assim, existe uma lacuna significativa para fazer a entrega multicast funcionar nos dispositivos dos usuários finais, especialmente em navegadores. A maioria dos navegadores hoje em dia é projetada para proteger a segurança e a privacidade dos usuários, o que dificulta o uso de protocolos básicos de multicast.

#Apresentando o MCQUIC

Para resolver esses desafios, o MCQUIC oferece uma extensão baseada no protocolo QUIC. O QUIC já é amplamente utilizado em muitos navegadores populares. Ele tem recursos como criptografia embutida e a capacidade de gerenciar múltiplos streams de dados, tornando-o mais eficaz do que métodos de transporte mais antigos como o TCP.

O MCQUIC foca em entregar conteúdo multicast de forma segura e eficiente. Ele permite a entrega multicast enquanto garante que os pacotes sejam criptografados e verificados quanto à integridade. Se o multicast não for suportado pela rede, ele pode mudar automaticamente para unicast.

#O que o MCQUIC Faz

O MCQUIC permite que aplicativos web utilizem a entrega multicast com mudanças mínimas. Isso facilita a adoção pelos desenvolvedores. Ele também oferece soluções importantes para desafios críticos:

1. Prevenindo Injeção de Pacotes: Terceiros não podem inserir pacotes em um stream multicast, o que protege o conteúdo sendo entregue.

2. Segurança e Privacidade: Usuários podem confiar que o conteúdo multicast é seguro. A configuração permite uma verificação clara do remetente.

3. Retorno ao Unicast: Se uma rede não suporta multicast, os aplicativos podem mudar para entrega unicast sem perder dados.

#Casos de Uso para o MCQUIC

Um caso de uso significativo para o MCQUIC é a transmissão de mídia ao vivo através de navegadores web. Como mencionado, mais pessoas estão se afastando da TV tradicional para assistir a eventos ao vivo online. Nos EUA, o número de espectadores digitais para esportes ao vivo deve crescer significativamente nos próximos anos.

Muitos espectadores usam navegadores ou aplicativos baseados em navegador em dispositivos como TVs inteligentes. Como a maioria dos navegadores não suporta uma maneira direta de lidar com UDP (um protocolo usado por muitos sistemas multicast), o multicast tradicional não funcionou bem.

Usar métodos de requisição HTTP comuns na web também não é eficiente para multicast, já que cada segmento de vídeo requer uma requisição separada. Ao invés disso, o MCQUIC visa usar o WebTransport, um protocolo que permite que servidores enviem dados para navegadores sem esperar primeiro por uma requisição.

#Como o MCQUIC Funciona

Em uma configuração de MCQUIC, pacotes grandes de dados, como conteúdo de vídeo, viajam por um canal multicast. Isso significa que os servidores só precisam enviar esses dados uma vez. Outros dados, como mensagens de controle do usuário ou confirmações, ainda usam conexões unicast QUIC. Essa separação ajuda a reduzir a carga nos servidores e nas redes.

Se um espectador perder o acesso ao multicast, o servidor pode detectar isso e mudar para unicast para aquele espectador. Assim, os espectadores podem receber todos os dados, independentemente do tipo de rede que estão usando.

#Recursos de Design do MCQUIC

O MCQUIC tem um design simples:

1. Conexão Unicast: O primeiro passo é estabelecer uma conexão unicast QUIC padrão, que lida com o handshake inicial e medidas de segurança.

2. Canais Multicast: Os clientes podem entrar em canais multicast criados pelo servidor, permitindo que eles recebam dados compartilhados destinados a múltiplos usuários ao mesmo tempo.

O MCQUIC introduz novos frames para gerenciar essas conexões e canais de forma eficiente. Por exemplo, o frame MC ANNOUNCE permite que servidores enviem informações sobre canais multicast disponíveis para os clientes.

#Medidas de Segurança no MCQUIC

Um dos principais focos do MCQUIC é a segurança. Ele garante que o conteúdo multicast seja protegido usando os mesmos métodos das conexões unicast. As chaves usadas para criptografia são distribuídas de forma segura, dificultando o acesso dos atacantes aos dados.

Além disso, o MCQUIC permite que os clientes verifiquem se os pacotes que recebem são legítimos. Cada pacote inclui um hash para verificação. Isso significa que os usuários podem confiar que o conteúdo que recebem pelo multicast não foi adulterado.

#Lidando com Limitações da Rede

Muitas redes não suportam multicast, então opções de retorno são essenciais. O MCQUIC muda automaticamente para unicast se o multicast não estiver disponível. Essa transição é projetada para ser suave, significando que os aplicativos só verão os dados sendo entregues, independentemente do método de transporte subjacente.

Os clientes também estabelecem certos limites com base em suas condições de rede, informando ao servidor suas taxas máximas de dados permitidas. Isso permite uma experiência otimizada, garantindo que os usuários recebam apenas a quantidade de dados que conseguem lidar.

#Possibilidades Futuras com o MCQUIC

O MCQUIC abre portas para várias desenvolvimentos futuros. Ao habilitar multicast para conteúdo web, ele pavimenta o caminho para mais avanços na tecnologia de Streaming. Uma área de exploração potencial é como coletar dados de desempenho dos receptores multicast, o que pode ajudar a otimizar o gerenciamento de canais.

Além disso, essa tecnologia poderia permitir uma reavaliação de outras estratégias que foram vistas como inefficazes para unicast, como codificação de vídeo escalável. Isso poderia levar a experiências ainda melhores na entrega de conteúdo.

#Conclusão

O MCQUIC é uma extensão inovadora que traz entrega multicast para a web, abordando desafios significativos na distribuição segura e eficiente de conteúdo. Aproveitando as capacidades do QUIC e garantindo proteção robusta contra problemas comuns, ele apresenta uma solução poderosa para a crescente demanda por streaming ao vivo e outros conteúdos multimídia.

À medida que a internet continua a evoluir, o MCQUIC mostra muito potencial para desenvolvimentos futuros que poderiam melhorar as experiências dos usuários em vários setores, particularmente em mídia ao vivo. O potencial para escalabilidade e segurança o torna um avanço notável nos protocolos de transporte.