【Network】单播(Unicast)、多播(Multicast)与广播(Broadcast)

Posted by 西维蜀黍 on 2017-06-04, Last Modified on 2021-09-21

“单播”(Unicast)“多播”(Multicast)“广播”(Broadcast)这三个术语都是用来描述网络节点之间通讯传播方式的术语。

1.单播(Unicast)

** 单播(Unicast)是目的地址为单一目标的一种传播方式。**每次只有两个实体相互通信,发送端和接收端都是唯一确定的。这个术语与多播广播相对应。

 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。例如,在收发电子邮件(SMTP、POP3)、浏览网页(HTML)时,必须与邮件服务器、Web服务器建立连接,此时就是采用单播数据传输方式。

通常,也可以使用“点对点通信”(Point to Point)描述“单播”,他们的意义是几乎等价的。

(1)单播的地址:

在IPv4网络中,0.0.0.0到223.255.255.255属于单播地址。

(2)单播的优缺点:

优点:
  1. 服务端及时响应客户端的请求
  2. 服务端针对每个客户端不同的请求发送不同的数据,容易实现个性化服务
缺点:
  1. 可能造成服务端消耗流量过大
  • 服务端针对每个客户端单独发送数据流,服务端流量=客户端数量×客户端流量。
  • 对客户端数量较多,每个客户端流量较大的流媒体应用来说,会给服务端带来巨大的压力(且存在可以优化之处)。

2.多播、组播(Multicast)

1988年Steve Deering 首次在其博士论文中提出IP多播的概念。

**多播(Multicast)也叫做组播,是指可把信息同时传递给一组目的地址的一种传播方式。**它的使用策略是最高效的,因为消息在每条网络链路上只需传递一次,而且只有在链路分叉的时候,消息才会被复制。

如果采用多播,一个发送者可同时给多个接收者传输相同的数据,且只需一份的相同数据包。这样做提高了数据传送效率。减少了网络出现拥塞的可能性。

**多播是介之于单播和广播之间的一种传输方式。**多播的目的地址是一组主机,称之为“多播组(Multicast Group)”。

(1)多播的地址:

多播地址的范围从 224.0.0.0到239.255.255.255。

(2)多播的优缺点:

优点:
  • 需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流,节省了服务端的负载
  • 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端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个(268435456)组播,所以其提供的服务可以非常丰富
  • 此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输
缺点:
  • 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。

例子:

“多播”可以理解为一个人向指定的多个人(但不是在场的所有人)说话。

  • 单播: 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(对应“单播”)是一种方法,但是显然非常麻烦。
  • 广播: 使用日常生活的大喇叭进行广播通知,就达不到只通知指定的多个人的目的了
  • 多播: ** 此时使用“多播”来实现就会非常方便快捷。**

比如,网上视频会议、网上视频点播都比较适合采用多播方式。

3.广播(Broadcast)

**广播(Broadcast)是指信息在计算机网络中传输时,目的地址为网络中所有设备的一种传播方式。**实际上,这里所说的“所有设备”也是限定在一个范围之中,称为“广播域”。

有线电视网的视频信号传输就是典型的广播型传输。我们的电视机实际上是一直接收到所有频道的信号,但只将一个频道的信号还原成画面。

(1)广播地址:

以太网和IPv4网都用全1的地址表示广播,分别是ff : ff : ff : ff : ff : ff和255.255.255.255。

(2)多播的优缺点:

优点:
  • 网络设备简单,维护简单,布网成本低廉
  • 由于服务端不用向每个客户端单独发送数据,所以服务端流量负载极低
缺点:
  • 无法针对每个客户端的要求和时间及时提供个性化服务
  • 客户端带宽成为瓶颈。服务总带宽=客户端的最大带宽。例如有线电视的客户端的线路最多支持100个频道,即使服务商有更大的财力来配置更多的发送设备,也无法增加客户端线路支持的个数(因为此时客户端带宽成为瓶颈)
  • 广播禁止允许在Internet网上传输

(3)应用:

“广播”在网络中的应用较多,如节点通过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。

(4)广播风暴:

  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,正常的单播通信无法正常进行,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。

  • 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过滤广播风暴功能,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。

参考