《网络协议》广播和多播

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概述

主机可采用的通信方式有如下三种：

1. 单播：单台主机与单台主机之间的数据通信；
2. 广播：单台主机向网络中所有主机发送数据包的过程；
3. 多播：单台主机向选定的一组主机发送数据包的过程；

        在网络协议中 IP 地址有三种方式，即为单播地址、广播地址 以及 多播地址。假设多个主机上的共享信道网络是以太网，每个以太网帧包含源主机和目的主机的以太网地址。若目的地址仅指定单个接收接口，则称为单播，在单播方式下，任意两台主机之间的通信不会干扰网内其他主机。若目的地址包含网上的所有主机的接收接口时，即一个主机要向网上所有主机发送帧，则称为广播。若一个主机把帧发送给属于多播组的多个主机，则称为多播。广播和多播仅应用于 UDP，可以将数据报文同时传给多个接收者，而 TCP 是一个面向连接的字节流协议，意味着只能运行于两个主机（由 IP 地址确定）内的两个进程（由端口号确定）之间的一条连接。

        首先了解下信道传送的帧在主机的过滤过程，如下图所示：

信道传送的帧在主机的过滤过程：

1. 首先，网卡查看由信道传送给来的帧，确定是否接收该帧，对该帧进行检验和，若检验和出错，则将其丢弃，若检验和正确，则将其传送给设备驱动程序；
2. 设备驱动程序也对来自接口卡的帧进行过滤，首先确认该帧指定的协议类型，然后进行多播过滤检测该主机是否属于多播地址说明的多播组，若帧的指定协议类型为 IP 协议，则将其传给 IP 层；
3. 在 IP 层中根据 IP 地址中的源地址和目的地址进程过滤检测，若正常则将其传送给下一层，假设是 UDP 层；
4. 每次 UDP 接收来自 IP 传送来的数据报，再根据端口号进行数据报过滤，若当前没有使用该端口号的进程，则将其丢弃，并产生一个 ICMP 不可达报文，若是检验和错误，则直接将其丢弃；

广播

广播可分为两大类：定向的广播 和 受限的广播

1. 受限的广播：受限的广播地址是 255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中 IP 数据报的目的地址，此时，主机并不知道它所在的网络掩码，甚至它的 IP 地址都不知道。任何情况下，路由器都不能转发目的地址为受限的广播地址的数据报，因此，受限的广播地址的数据报只能出现在本地网络中。
2. 定向的广播：定向广播是将数据包发送到向本网络之外的特定网络所有主机，定向广播的目的地址是定向网络的广播地址；
   • 指向网络的广播：指向网络的广播地址是主机号全为 1 的地址，例如 A 类网络广播地址是 netid.255.255.255，其中 netid 是 A 类网络的网络号。路由器必须转发指向网络的广播。
   • 指向子网的广播：指向子网的广播地址为主机号全为 1 且有特定子网号的地址。作为子网直接广播地址的 IP 地址需要了解子网掩码。
   • 指向所有子网的广播：指向所有子网的广播也需要连接目的网络的子网掩码，以便与指向网络的广播区分开来。指向所有子网的广播地址的子网号即主机全是 1。

多播

        多播也称为组播，组播是向指定的一组主机发送数据包。与单播相比，提高了发送数据包的效率，与广播相比，减少了网络流量。与广播不同的是，要实现组播需要在接受组播的客户机上安装相应的客户端程序。能接收发送一个特定多播组地址数据的主机集合称为主机组。

IP 多播提供两类服务：

1. 向多个目的地址传送数据；
2. 客户对服务器的请求；

总结

        单播是将数据报发给特定的单台主机，广播是将数据报发送给网络中所有的主机，而多播是将数据报发送给网络的一个主机组。广播的缺点是网络中的所有主机都必须处理数据报，而多播不需要，减少了网络流量。

《TCP/IP 详解》

《网络协议》广播和多播

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