Broadcasting (informatica)

Nelle reti di calcolatori, il termine broadcast indica una modalità di instradamento per la quale un pacchetto di dati inviato ad un indirizzo particolare, detto indirizzo di broadcast, viene consegnato simultaneamente a tutti i computer collegati alla rete^[1] (ad esempio, tutti quelli su un segmento di rete Ethernet, o tutti quelli di una sottorete IP). In pratica, l'ambito della trasmissione dei dati è limitato a un dominio di broadcast.

Schemi d'instradamento IP
Unicast
Broadcast
Multicast
Anycast
Geocast
Incast

Metodi di instradamento

In Internet Protocol esistono quattro metodi principali di instradamento:

• Unicast: recapita un messaggio ad un singolo nodo specifico utilizzando un'associazione one-to-one (uno a uno) tra mittente e destinatario; ogni indirizzo di destinazione identifica in modo univoco un singolo endpoint ricevente.
• Broadcast: recapita un messaggio a tutti i nodi della rete utilizzando un'associazione one-to-all (uno a tutti); un singolo datagramma (o pacchetto) proveniente da un mittente viene instradato a tutti gli endpoint eventualmente associati all'indirizzo di broadcast. La rete replica automaticamente i datagrammi richiesti per raggiungere tutti i destinatari nell'ambito del broadcast (generalmente un'intera sottorete).
• Multicast: recapita un messaggio a un gruppo di nodi che hanno espresso interesse a ricevere il messaggio utilizzando un'associazione one-to-many-of-many (uno a molti di molti) o many-to-many-of-many (molti a molti di molti); i datagrammi vengono instradati simultaneamente in un'unica trasmissione a più destinatari. Il multicast differisce dal broadcast in quanto l'indirizzo di destinazione designa un sottoinsieme dei nodi accessibili (non necessariamente tutti).
• Anycast: recapita un messaggio ad un qualsiasi gruppo di nodi (in genere quello più vicino alla sorgente) utilizzando un'associazione one-to-one-of-many^[2] (uno a uno di molti), in cui i datagrammi vengono instradati ad un singolo membro di un gruppo di potenziali ricevitori, tutti identificati dallo stesso indirizzo di destinazione. L'algoritmo di routing seleziona il singolo ricevitore dal gruppo che risulti il più vicino in base a una certa distanza o a una misura di costo.

Descrizione

La comunicazione all-to-all (tutti a tutti) è un metodo di comunicazione tra calcolatori in cui ciascun mittente trasmette messaggi a tutti i destinatari all'interno di un gruppo.^[3] Nelle reti di calcolatori ciò può essere realizzato tramite broadcast o multicast, in antitesi con il metodo point-to-point (punto-punto) in cui ciascun mittente comunica con un solo destinatario.

Il broadcast è il metodo di comunicazione più generale ed è anche il più intensivo, nel senso che possono essere richiesti molti messaggi e sono coinvolti molti dispositivi di rete.^[3] Ciò risulta in contrasto con l'instradamento unicast, in cui un host invia datagrammi a un altro singolo host, identificato da un indirizzo univoco.

Il broadcast consente l'elaborazione e l'invio di pacchetti di dati che, grazie all'inserimento di un codice speciale nel campo indirizzo, può essere ricevuto da tutti i computer contemporaneamente collegati, invece che da uno solo. Nel caso di un funzionamento di questo tipo si è soliti dire che il dispositivo di rete opera in broadcasting.

Il broadcast può essere eseguito su diversi livelli del modello OSI, sia come operazione di rete di alto livello in un programma (ad esempio tramite il Message Passing Interface), sia come operazione di rete di basso livello (ad esempio su Ethernet). A livello datalink (2º livello) l'invio del pacchetto o richiesta viene eseguito sfruttando l'indirizzo MAC (ossia l'indirizzo fisico) impostandolo al suo valore più alto (FF:FF:FF:FF:FF:FF). A livello network (3º livello) l'invio del pacchetto o richiesta viene eseguita sfruttando l'indirizzo IP (ossia l'indirizzo logico) impostandolo sempre al suo valore più alto facendo attenzione alla relativa subnet di appartenenza.

Il broadcast può essere eseguito in modalità all scatter, in cui ogni mittente esegue la propria diffusione di messaggi distinti per ogni destinatario, oppure in modalità all broadcast, in cui i messaggi diffusi dal mittente sono uguali per tutti i destinatari.^[4]

Il metodo di scambio di messaggi MPI, che è lo standard de facto sui grandi computer cluster, include il metodo MPI_Alltoall.^[5]

Non tutte le tecnologie di rete supportano l'indirizzamento broadcast: ad esempio né X.25 né Frame Relay adoperano il broadcast. IPv4, che è il principale protocollo di rete attualmente in uso su Internet e su tutte le reti ad esso connesse, supporta il broadcast, ma il dominio di broadcast è la sottorete dell'host di broadcast, che è in genere di piccole dimensioni. Per via dei costi gli indirizzamenti broadcast non sono consentiti a livello globale (ovvero sull'intera Internet) per ovvi motivi di congestione e sicurezza, ma risultano vincolati nell'ambito delle reti LAN, in particolare Ethernet e Token Ring, dove l'impatto sulle prestazioni del broadcast non è così significativo come lo sarebbe in una rete WAN.

Il successore di IPv4, IPv6, non implementa il broadcast, in modo da evitare di disturbare tutti i nodi di una rete quando solo pochi di essi potrebbero essere interessati ad un particolare servizio. IPv6 si basa invece sull'indirizzamento multicast, una metodologia di routing one-to-many (uno a molti) concettualmente simile. Tuttavia, il multicast limita i destinatari solo a quelli che aderiscono a uno specifico gruppo di destinatari multicast.

Sia Ethernet che IPv4 utilizzano un indirizzo di broadcast composto da tutti bit a valore 1 per indicare un pacchetto broadcast. Token Ring utilizza un valore speciale nel campo di controllo IEEE 802.2.

Il broadcast può essere sfruttato per eseguire un tipo di attacco DoS noto come Smurf. L'attaccante invia richieste ping contraffatte con l'indirizzo IP sorgente del "computer vittima" e tutti i computer del dominio inondano il "computer vittima" con le loro risposte.