网络世界里一张图看懂单播、组播、广播

MaskTT 2023-08-23 531阅读 0评论

网络世界里一张图看懂单播、组播、广播

单播(unicast): 是指封包在计算机网络的传输中，目的地址为单一目标的一种传输方式。它是现今网络应用最为广泛，通常所使用的网络协议或服务大多采用单播传输，例如一切基于TCP的协议。
组播(multicast): 也叫多播，多点广播或群播。指把信息同时传递给一组目的地址。它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。
广播(broadcast):是指封包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输方式。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”。

网络世界里一张图看懂单播、组播、广播

IANA（internet assigned number authority）把D类地址空间分配给IP组播，其范围是从224.0.0.0到239.255.255.255。
以太网传输单播ip报文的时候，目的mac地址使用的是接收者的mac地址。但是在传输组播报文时，传输目的不再是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以使用的是组播mac地址。
组播mac地址是和组播ip地址对应的。iana（internet assigned number authority）规定，组播mac地址的高24bit为0x01005e，mac 地址的低23bit为组播ip地址的低23bit。
由于ip组播地址的后28位中只有23位被映射到mac地址，这样就会有32个ip组播地址映射到同一mac地址上。
组成员机制
要将组播数据准确发送给组成员，必须先确定哪些网络的哪些主机是组成员，只有先确定了成员的位置，才能正确转发组播。当组成员不再需要接收组播的时候，就应该停止向成员发送组播，要确定组成员不再需要接收组播，就必须在成员退出时明确通告发送者。要确定组成员，有两种方式：查询和报告。
查询，就是一台路由器向网络中发出查询消息，查询是否有主机要加入组，如果有主机应答，那么路由器就可以请求上游路由器把组播流量前转到这个子网中，如果没有主机应答，则请求上游路由器停止向其前转组播流量。
报告，主机也可以不必等待路由器的查询，可以主动向路由器请求加入某个组，退出时也要向路由器发送退出消息，让路由器停止向其前转组播流量。
在网络中，要确定组成员，需要使用一种协议，这种协议就是IGMP (Internet Group Management Protocol)因特网组管理协议，IGMP运行在路由器和主机之间，因为当组播发送者和组成员在不同网络时，需要路由器为组播数据提供转发，那么路由器就必须确认自己直连的网络中是否存在组成员，可以使用查询和报告来发现组成员，IGMP就可以完成这样的工作。
组播数据包的生存时间
将消息发送到多播组时，该主机和端口的所有预定接收者都将接收到消息（在数据包的生存时间范围内，请参阅下文）。套接字不必成为多播组的成员即可向其发送消息。
多数多播包的TTL比较低: 所有的IP包都有一个“生存时间”（time-to-live）,或者叫TTL。和DNS记录不一样，组播TTL指定一个包到达目的地之前跳过网络的最大次数。单播包通常被允许穿越30个网络（比如，被路由或”跳“过29个路由），穿过网络通常小于15次”跳越“，所以30的限制经常用于当网络配置的很烂时把数据包杀掉。但是许多程序发多播时把TTL设为一个很低的值，通常为0（这样消息不会离开自身的设备）。
设置为1表示只能发到本地网络的计算机，设置为2 表示只能穿过一个路由。很少有应用想把多播发给整个校园网络的未知设备，更不会发给整个网络。
诸多路由都设置了很高的TTL阈值：很多网络路由器，特别是WAN路由和internet网关路由都有很高的TTL阈值，这样它们就不会发送这些低TTL（如15）的多播包。这样可以防止多播从本地网络泄漏。
路由器一般配置成完全不发送多播，或只发一些特定的地址，或配置成阻塞多播包。
每当多播路由器转发多播数据包时，数据包中的TTL值都会被减1，若数据包的TTL减少到0，则路由器将抛弃该数据包。TTL的值是多少，多播数据便最多能经过多少个多播路由器。例如，TTL值为0，则多播只能在本地主机的多个套接字间传播，而不能传播到“网线”上；TTL值为1（默认值），则多播数据遇到第一个路由器，便会被它“无情”地丢弃，不允许传出本地网络之外，即只有同一个网络内的多播组成员才能收到多播数据。