TCP/IP三种传送方式（单播，广播，组播）解析

2012-03-24 10:12:17 我来说两句
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TCP/IP三种传送方式（单播，广播，组播）解析

TCP/IP传送方式
　　组播技术是TCP/IP传送方式的一种。在我们讨论组播技术之前先来看看
　　TCP/IP传送方式。TCP/IP传送方式有三种：单播，广播，组播。
　 　单播（Unicast）传输：在发送者和每一接收者之间需要单独的数据信道。 如果一台主机同时给很少量的接收者传输数据，一般没有什么问题。但如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时却很难实现。 这将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。
　　组播（Multicast）传输：它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络， 也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。
　 　广播（Broadcast）传输：是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。 广播意味着网络向子网主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。然而广播的使用范围非常小， 只在本地子网内有效，因为路由器会封锁广播通信。广播传输增加非接收者的开销。
二、组播技术

2.1、组播技术的原理
　 　组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。 组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽， 因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。 它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，
也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。
2.2、实现组播技术的前提条件
　　实现IP组播传输，则组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组播。这包括以下几方面：
* 主机的TCP/IP实现支持发送和接收IP组播；
* 主机的网络接口支持组播；
* 有一套用于加入、离开、查询的组管理协议，即IGMP（v1,v2）；
* 有一套IP地址分配策略，并能将第三层IP组播地址映射到第二层MAC地址；
* 支持IP组播的应用软件；
* 所有介于组播源和接收者之间的路由器、集线器、交换机、TCP/IP栈、防火墙均需支持组播；
2.3、组播地址
　　在组播通信中，我们需要两种地址：一个IP组播地址和一个Ethernet组播地址。其中，IP组播地址标识一个组播组。 由于所有IP数据包都封装在Ethernet帧中，所以还需要一个组播Ethernet地址。为使组播正常工作， 主机应能同时接收单播和组播数据，这意味着主机需要多个IP和Ethernet地址。 IP地址方案专门为组播划出一个地址范围，在IPv4中为D类地址，范围是224.0.0.0到239.255.255.255，
并将D类地址划分为局部链接组播地址、预留组播地址、管理权限组播地址。
　　局部链接地址：224.0.0.0～224.0.0.255，用于局域网，路由器不转发属于此范围的IP包；
　　预留组播地址：224.0.1.0～238.255.255.255，用于全球范围或网络协议；
　　管理权限地址：239.0.0.0～239.255.255.255，组织内部使用，用于限制组播范围；
　 　D类地址的最后28比特没有结构化，即没有网络ID和主机ID之分。响应某一个IP多播地址的主机构成一个主机组，主机组可跨越多个网络。主机组的成员 数是动态的，主机可以通过IGMP协议加入或离开某个主机组。IP多播地址影射到以太网地址的方法见下图。因为IP多播地址的高5位未影射，因此，影射的 以太网地址不是唯一的，共有32个IP多播地址影射到一个以太网地址。
2.4、组播协议：
　　组播协议主要包括组管理协议（IGMP）和组播路由协议（密集模式协议（如DVMRP，PIM-DM）、稀疏模式协议（如PIM-SM，CBT） 和链路状态协议（MOSPF））
* 组管理协议IGMP
　　主机使用IGMP通知子网组播路由器，希望加入组播组；路由器使用IGMP查询本地子网中是否有属于某个组播组的主机。
* 加入组播组
　 　当某个主机加入某一个组播组时，它通过“成员资格报告”消息通知它所在的IP子网的组播路由器，同时将自己的IP模块做相应的准备， 以便开始接收来自该组播组传来的数据。如果这台主机是它所在的IP子网中第一台加入该组播组的主机， 通过路由信息的交换，组播路由器加入组播分布树。
* 退出组播组
　 　在IGMP v1中，当主机离开某一个组播组时，它将自行退出。组播路由器定时(如120秒) 使用“成员资格查询” 消息向IP子网中的所有主机的组地址（224.0.0.1）查询，如果某一组播组在IP子网中已经没有任何成员， 那么组播路由器在确认这一事件后， 将不再在子网中转发该组播组的数据。与此同时，通过路由信息交换， 从特定的组播组分布树中删除相应的组播路由器。
这种不通知任何人而悄悄离开的方法， 使得组播路由器知道IP子网中已经没有任何成员的事件延时了一段时间，所以在IGMP v2.0中，当每一个主机离开某一个组播组时， 需要通知子网组播路由器，组播路由器立即向IP子网中的所有组播组询问，从而减少了系统处理停止组播的延时。
* 组播路由协议
　 　要想在一个实际网络中实现组播数据包的转发，必须在各个互连设备上运行可互操作的组播路由协议。 组播路由协议可分为三类：密集模式协议（如DVMRP，PIM-DM）、稀疏模式协议（如PIM-SM，CBT） 和链路状态协议（MOSPF），下面分别介绍各个协议的工作原理。
* 距离向量组播路由协议（Distance Vector Multicast Routing Protocol：DVMRP）
　 　DVMRP由单播路由协议RIP扩展而来，两者都使用距离向量算法得到网络的拓扑信息，不同之处在于RIP根据路由表前向转发数据， 而DVMRP则是基于RPF。为了使新加入的组播成员能及时收到组播数据，DVMPR采用定时发送数据包给所有的LAN的方法， 然而这种方法导致大量路由控制数据包的扩散，这部分开销限制了网络规模的扩大。另一方面，DVMRP使用跳数作为计量尺度，
其上限为32跳，这对网络规模也是一个限制。目前提出了分层DVMRP，即对组播网络划分区域， 在区域内的组播可以按照任何协议进行，而对于跨区域的组播则由边界路由器在DVMRP协议下进行，这样可大大减少路由开销。
* 开放式组播最短路径优先协议（Multicast Open Shortest Path First：MOSPF）