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解析TCP/IP三种传输方式(单播 广播 组播)的区别

作者:课课家教育     来源: http://www.kokojia.com点击数:4656发布时间: 2018-01-11 15:00:37

标签: 计算机通信服务器

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  TCP/IP协议的基本单位可以说是数据包,因为TCP/IP协议的主要工作是负责传送数据,并且确定数据已被送达并接收。那么TCP/IP传输方式方式有哪些呢?它们之间的区别又在那里?
  TCP/IP传送方式有三种:单播、广播和组播。

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  1、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。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。
  2、组播
  “组播”也可以称为“多播”,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组播方式。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、全部发送的组播方式,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。采用组播方式,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网络的组播一般通过多播IP地址来实现。组播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管理器支持组播IP地址的自动分配。
  3、广播
  “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。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。
  当前的网络中有三种通讯模式:单播、广播、组播,其中的组播出现时间最晚但同时具备单播和广播的优点,最具有发展前景。
  1、单播
  主机之间一对一的通讯模式,网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。如果10个客户机需要相同的数据,则服务器需要逐一传送,重复10次相同的工作。但由于其能够针对每个客户的及时响应,所以现在的网页浏览全部都是采用单播模式,具体的说就是IP单播协议。网络中的路由器和交换机根据其目标地址选择传输路径,将IP单播数据传送到其指定的目的地。
  单播传输是LANs传输中主要适用方式。所有LANs(如以太网)和IP网络都支持单播传输模式,并且大多数用户都了解标准单播应用程序,如:http、smtp、ftp 和 telnet ― 都作为 TCP 传输协议。新版本的网际协议第六版(IPv6)支持单播同时也支持任意播和组播类型。许多路由选择协议如路由选择信息协议(RIP)和开放最短路径优先(OSPF),都支持高效 Internet 单播路由选择过程。
  单播的优点:
  1)服务器及时响应客户机的请求
  2)服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据,容易实现个性化服务。
  单播的缺点:
  1)服务器针对每个客户机发送数据流,服务器流量=客户机数量×客户机流量;在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。
  2)现有的网络带宽是金字塔结构,城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5%。如果全部使用单播协议,将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞。而将主干扩展20倍几乎是不可能。
  2、广播:
  主机之间一对所有的通讯模式,网络对其中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发,所有主机都可以接收到所有信息(不管你是否需要),由于其不用路径选择,所以其网络成本可以很低廉。有线电视网就是典型的广播型网络,我们的电视机实际上是接受到所有频道的信号,但只将一个频道的信号还原成画面。在数据网络中也允许广播的存在,但其被限制在二层交换机的局域网范围内,禁止广播数据穿过路由器,防止广播数据影响大面积的主机。
  网络广播中涉及一下重要概念:
  广播域(Broadcast Domain):这是一个限定区域,其中的所有设备都可以共享信息。换句话说,与网络相连,且负责接收广播的所有设备都是同一广播域的一部分。在一个共享以太网中,工作站通过共享媒体将帧广播到其它所有节点。其它节点收听广播,只接收寻址到它们的帧。因此,共享以太网中的所有节点都属于同一广播域。此外通过虚拟局域网技术可以创建一个虚拟广播域。
  广播地址(Broadcast Address):这是一个特殊地址,当数据包可以寻址到该地址时,可以帮助所有设备打开和处理信息。例如,MAC 地址,格式为 1xFFFFFFFF 是一种广播地址;IP 地址255.255.255.255是通用广播地址。任何设备都将打开寻址到广播地址的信息,并将它们传送到下一个工作站。
  广播风暴(Broadcast Storm):当主机系统响应一个在网上不断循环的广播数据包或者试图响应一个没有应答的系统时就会发生广播风暴。随着网络数据包数量的增加,广播风暴可能会引起网络拥塞问题。为防止广播风暴的发生,需要细心配置网络以阻止非法广播信息的进入。
  生成广播信息的应用程序包括地址解析协议(ARP)。通过该协议,主机发送一个地址解析查询到局域网中的所有计算机上,以实现网络 IP 地址的分配。有些路由选择协议,如RIP,主要用于支持网络设备“Advertise”网络服务。
  广播的优点:
  1)网络设备简单,维护简单,布网成本低廉
  2)由于服务器不用向每个客户机单独发送数据,所以服务器流量负载极低。
  广播的缺点:
  1)无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。
  2)网络允许服务器提供数据的带宽有限,客户端的最大带宽=服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道(如果采用数字压缩技术,理论上可以提供500个频道),即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干,也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。
  3)广播禁止允许在Internet宽带网上传输。
  3、组播:
  主机之间一对一组的通讯模式,也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据,网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组,网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据,即只将组内数据传输给那些加入组的主机。这样既能一次将数据传输给多个有需要(加入组)的主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的其他通讯。
  组播技术基于“组”这样一个概念,属于接收方专有组,主要接收相同数据流。该接收方组可以分配在英特网的任意地方。TCP/IP 中的主要组播技术和协议如下所述:
  Internet 组管理协议(IGMP 和 IGMPv3):主要应用于主机及其最接近路由器之间,主机通过该协议通知路由器它需要收听哪个组播组。组播知道 IGMP 流量中的交换机 Snoop,从而避免了组播扩散现象。
  协议无关组播(PIM):主要用于组织分配组播流量,避免逐步路由选择回路现象。PIM 包括两种类型:协议无关组播-密集模式(PIM-DM)和协议无关组播-稀疏模式(PIM-SM)。其中后者较为常用。
  组播开放最短路径优先(MOSPF):OSPF 的扩展协议,主要负责处理组播路由选择过程。到目前为止尚未广泛应用。
  多协议边缘网关协议(MBGP):BGP 的扩展协议,主要负责处理逐步路由选择过程。MBGP 支持不同余单播和组播拓朴技术,某些交换点利用到该技术。
  组播信源发现协议(MSDP) :主要用于将 Internet 中所有组播源分配到所有 RP。如果组播源数目增长几倍时,一般不采纳该协议。
  源特定组播(SSM):确保组播传送的可靠性,利于使用广播。主要应用于多用户收听少数源的场合。SSM 不需要提供 IP 组播地址管理并且对于 Internet 广播应用程序而言它是较为理想的选择。
  显式组播(Xcast:Explicit Multicast):Xcast 支持大量小型组播会话。通过显式对数据包中的目标文件进行编码实现,而非通过组播地址完成。该协议适用于视频会议。
  其它一些不是基于 IP 组播的组播技术,使用也较为广泛,如网际转发闲聊(Internet Relay Chat)和 PSYC。实时传输协议(RTP)是一种与组播传送技术相关的音频/视频协议。
  组播的优点:
  1)需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流,节省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。
  2)由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发,所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个组播,所以其提供的服务可以非常丰富。
  3)此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。
  组播的缺点:
  1)与单播协议相比没有纠错机制,发生丢包错包后难以弥补,但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。
  2)现行网络虽然都支持组播的传输,但在客户认证、QOS等方面还需要完善,这些缺点在理论上都有成熟的解决方案,只是需要逐步推广应用到现存网络当中。
  网络设备对单播、组播和广播数据包处理方式有所不同。
  主机NIC和网络设备可以识别帧的目的MAC地址并确定是否为单播。如果是单播,网卡可以正确判别是将帧送给CPU还是丢弃帧。
  但对于组播和广播,NIC不能确定计算机是否需要处理组播和广播。对于任何一个广播和组播NIC都必须传给CPU处理,而不能由NIC自己处理,明显消耗网络设备和主机的CPU资源。
  相比较单播,组播特别是广播,不仅占用大量的网络资源,同时也对网络中每台设备的性能造成严重影响。所以对于广播流量过大的网络,可以考虑划分子网的方式来提高网络性能。
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