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“单播”(Unicast)、“多播”(Multicast)和“广播”(Broadcast)

 笔录收藏 2012-04-13
“单播”(Unicast)、“多播”(Multicast)和“广播”(Broadcast)

“单播”(Unicast)、“多播”(Multicast)和“广播”(Broadcast)这三个术语都是用来描述网络节点之间通讯方式的术语。那么这些术语究竟是什么意思?区别何在?


  ——★单 播★——


  网络节点之间的通信就好像是人们之间的对话一样。如果一个人对另外一个人说话,那么用网络技术的术语来描述就是“单播”,此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行,参见图1。


                   图1 单播:一对一

  单播在网络中得到了广泛的应用,网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的,只是一般网络用户不知道而已。例如,你在收发电子邮件、浏览网页时,必须与邮件服务器、Web服务器建立连接,此时使用的就是单播数据传输方式。但是通常使用“点对点通信”(Point to Point)代替“单播”,因为“单播”一般与“多播”和“广播”相对应使用。


  ——★多 播★——


  “多播”可以理解为一个人向多个人(但不是在场的所有人)说话,这样能够提高通话的效率。如果你要通知特定的某些人同一件事情,但是又不想让其他人知道,使用电话一个一个地通知就非常麻烦,而使用日常生活的大喇叭进行广播通知,就达不到只通知个别人的目的了,此时使用“多播”来实现就会非常方便快捷,但是现实生活中多播设备非常少。多播如图2所示。

 
                图2 多播:一对多

  “多播”也可以称为“组播”,在网络技术的应用并不是很多,网上视频会议、网上视频点播特别适合采用多播方式。因为如果采用单播方式,逐个节点传输,有多少个目标节点,就会有多少次传送过程,这种方式显然效率极低,是不可取的;如果采用不区分目标、全部发送的广播方式,虽然一次可以传送完数据,但是显然达不到区分特定数据接收对象的目的。采用多播方式,既可以实现一次传送所有目标节点的数据,也可以达到只对特定对象传送数据的目的。

  IP网络的多播一般通过多播IP地址来实现。多播IP地址就是D类IP地址,即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址。Windows 2000中的DHCP管理器支持多播IP地址的自动分配。


  ——★广 播★——


  “广播”可以理解为一个人通过广播喇叭对在场的全体说话,这样做的好处是通话效率高,信息一下子就可以传递到全体,如图3所示。

  “广播”在网络中的应用较多,如客户机通过DHCP自动获得IP地址的过程就是通过广播来实现的。但是同单播和多播相比,广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。拿开会打一个比方吧,在会场上只能有一个人发言,想象一下如果所有的人同时都用麦克风发言,那会场上就会乱成一锅粥。

  在网络中不能长时间出现大量的广播包,否则就会出现所谓的“广播风暴”。广播风暴就是网络长时间被大量的广播数据包所占用,正常的点对点通信无法正常进行,外在表现为网络速度奇慢无比。出现广播风暴的原因有很多,一块有故障的网卡,就可能长时间向网络上发送广播包而导致广播风暴。

 
                  图3 广播:一对全体

  集线器由于其工作原理决定了不可能过滤广播风暴,一般的交换机也没有这一功能,不过现在有的网络交换机(如全向的QS系列交换机)也有过滤广播风暴功能了,路由器本身就有隔离广播风暴的作用。

  广播风暴不能完全杜绝,但是只能在同一子网内传播,就好像喇叭的声音只能在同一会场内传播一样,因此在由几百台甚至上千台电脑构成的大中型局域网中,一般进行子网划分,就像将一个大厅用墙壁隔离成许多小厅一样,以达到隔离广播风暴的目的。

  在IP网络中,广播地址用IP地址“255.255.255.255”来表示,这个IP地址代表同一子网内所有的IP地址。

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可根据传输的消息特征将IP地址分为单播、广播或多播。主机使用IP地址进行一对一(单播)、一对多(多播)或一对所有(广播)的通信。

1.单播

单播地址是IP网络中最常见的。包含单播目标地址的分组发送给特定主机,一个这样的例子是,IP地址为192.168.1.5(源地址)的主机向IP地址为192.168.1.200(目标地址)的服务器请求网页,如图5.8所示。

图5.8 单播IP分组

要发送和接收单播分组,IP分组报头中必须有一个目标IP地址,而以太网帧报头中必须有相应的目标MAC地址。IP地址和MAC地址一起将数据传输到特定的目标主机。

提 示

如果目标IP地址属于另一个网络,则在帧中使用的目标MAC地址将为与源IP地址位于同一个网络中的路由器接口的MAC地址。

2.广播

广播分组的目标IP地址的主机部分全为1,这意味着本地网络(广播域)中的所有主机都将接收并查看该分组。诸如ARP和DHCP等很多网络协议都使用广播。

例如:

C类网络192.168.1.0的默认子网掩码为255.255.255.0,其广播地址为192.168.1.255,其主机部分为十进制数255或二进制数11111111(全为1);

B类网络172.16.0.0的默认子网掩码为255.255.0.0,其广播地址为172.16.255.255;

A类网络10.0.0.0的默认子网掩码为255.0.0.0,其广播地址为10.255.255.255。

在以太网帧中,必须包含与广播IP地址对应的广播MAC地址。在以太网中,广播MAC地址长48位,其十六进制表示为FF-FF-FF-FF-FF-FF。图5.9所示的是一个广播IP分组。

图5.9 广播IP分组

3.多播

多播地址让源设备能够将分组发送给一组设备。属于多播组的设备将被分配一个多播组IP地址,多播地址范围为224.0.0.0~239.255.255.255。由于多播地址表示一组设备(有时被称为主机组),因此只能用作分组的目标地址。源地址总是为单播地址。

远程游戏就是一个使用多播地址的例子,很多玩家通过远程连接玩同一个游戏;另一例子是通过视频会议进行远程教学,其中很多学生连接到同一个教室。还有一个例子是硬盘映像应用程序,这种程序用于同时恢复众多硬盘的内容。

同单播地址和广播地址一样,多播IP地址也需要相应的多播MAC地址在本地网络中实际传送帧。多播MAC地址以十六进制值01-00-5E打头,余下的6个十六进制位是根据IP多播组地址的最后23位转换得到的。一个MAC多播地址是01-00-5E-0F-64-C5,如图5.10所示。每个十六进制位相对于4个二进制位。

图5.10 多播IP分组

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