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学习:单播、广播和组播

  • 2013-05-29
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单播:

主机之间“一对一”的通讯模式,网络重点额交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制,过10个客户机需要相同的数据,则服务器需逐一传送,重复10词相同的工作。但由于其能够针对每个额客户的及时响应,所以现在的网页浏览全部都是采用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。

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同的请求发送不同的数据,容易实现个性化服务。

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X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只和的5%。如果全部使用单播协议,将造成网络主干不堪重负。

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,忧郁其不用路径选择,所以网络成本可以很低廉。有限电视网就是典型的广播型网络,我们的电视机实际上是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。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。

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。

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。列入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,改成光钎主干,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、更个性化的服务。
  3. 广播禁止在Internet宽带网上传输

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,这样能够提高通话效率。如果你要通知特定的默写人同一件事情,但是又不想让其他人知道,使用狄娜华一个个通知就非常麻烦,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。多播包括组播和广播,组播是多播的一种表现形式。

特点:

  1. 广播和多播仅应用于UDP,他们对需将保温同时传往多个接受者的应用来说十分重要。TCP是一个面向链接的协议,它以为着分别运行与两主机(由IP地址确定)内的两进程(由端口号确定)间存在一条链接。
  2. 考虑包含多个主机的共享信道网络如以太网。每个以太网帧包含源主机和目的主机的以太网地址(48bit)。通常每个以太网帧仅发往单个目的主机,目的地址知名单个接受接口,因而称为单播。在这种方式下,任意两个主机的通信不会干扰网内其他主机(可能引起争夺共享信道的情况除外)。
  3. 然而,有时一个主机要向网上的所有其他主机发送帧,这就是广播。通过ARP和RARP可以看到这一过程。多播处于单播和广播之间:帧仅传送给属于多播组的多个主机。

组播:

是一种数据包传输方式,当有多台主机同时成为一个数据包的接受者时,处于对宽带和CPU负担的考虑,组播成为了以各种最佳选择。
如何工作:组播通过把224.0.0.0-239.255.255.255的D类地址作为目的地址,有一台源主机发出目的地址是以上范围组播地址的报文,在网络中,如果有其他主机对于这个组的报文有兴趣的,可以申请加入这个组,并可以接受这个组,而其他不是这个组的成员是无法接收到这个组的报文的。

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。具备广播所具备的有点。
  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。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

缺点:

  1. 与单播协议相比没有纠错机制,发生丢包错报后难以弥补,但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。
  2. 线性网络徐然都支持组播的传输,但在客户认证、QOS等方面还需要完善,这些缺点在利润上都有成熟的解决方案,只是需要逐步推广应用到现存的网络当中。

组播实现:

IP组播和单播的目的地址不同,IP组播的目的地址是组地址——D类地址.

  • D类地址是从224.0.0.0到239.255.255.255之间的IP地址
  • 其中224.0.0.0到224.0.0.255是被保留的地址
  • 224.0.0.1表示子网中所有的组播组
  • 224.0.0.2表示子网中的所有路由器
  • 224.0.0.5表示OSPF(Open Shortest Path First)路由器
  • 224.0.0.6表示OSPF指定路由器
  • 224.0.0.12表示DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)服务器.

D类地址是动态分配和恢复的瞬态地址.每一个组播组对应于动态分配的一个D类地址;当组播组结束组播时,相对应的D类地址将被回收,用于以后的组播.在D类地址的分配中,IETF建议遵循以下的原则:

  • 全球范围:224.0.1.0~238.255.255.255;
  • 有限范围:239.0.0.0~239.255.255.255;
  • 本地站点范围:239.253.0.0~239.253.0.16;
  • 本地机构范围:239.192.0.0~239.192.0.14.

D类的地址空间是专为IP组播地址而定义的。每个组播地址都落在从224.0.0.0到239.255.255.255的空间范围内。该地址空间中的一部分被保留,被某些特殊的组功能、一些人们熟知的组播应用以及某些管理范畴的组播程序所使用。其余的地址部分可在需要进行组播传送时动态分配。

IP组播抵制可以被映射到电气电子工程师协会(IEEE)所规定的802MAC组播地址上。这种映射的实现过程时,取出IP组播地址的低23位,并将其添加导游IANA制定的特殊前缀01-11-5E之后。将IP组播组的地址映射到IEEE802MAVC层的组播地址,是需要进行组播传送的主机能够利用某些网络接口卡的硬件组播功能。

因为D类IP的前5个比特是不被使用的,所以映射可以将多个IP所点广播组关联到同一个IEEE-802地址。因此,D类IP地址映射到有效的MAC层多点广播地址的比率为32:1。例如IP主机组地址224.10.8.5和234.138.8.5有相同的01-00-5E-0A-8-5的MAC地址。

可是,因为它们有不同的IP主机组地址,所以这两组仍保持独立。

组播地址的获取方式有两种,即静态获取和动态获取。

  • 动态获取时会议系统用到的组播地制只在运行时临时确定。动态获取组播地址的方法大概有三种:通告方式、算法推导方式、Internet组播地址动态分配体系结构(RFC2908)。通告方式获取:当会议系统建立时,先侦听10-20分钟左右,以确定当前已使用的组播地址,防止冲突。算法推导:根据本地的特殊条件,通过一定的算法,求出当前使用的组播地址。采用上述三种方式获取组播地支可有效防止地址冲突问题。虽然比较复杂,也较耗费资源,但是有利于将来的多媒体应用的扩展。
  • 静态获取指在会议系统中设置好组播地址,以后永远不变。这种方式虽然比较简单,但是如果有两个此类系统运行,或使用相同组播地址的不同系统运行(由于没有统一管理组播地址,开发商互相不知道),那就会出现无法解决的冲突。因此如果要采用这种方式,需将各个监控系统所用的组播地质记录在案,以便为今后开发更多的组播应用时分配合适的地址。

组播数据流路由:

  • 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:组管理协议(IGMP)、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)。
  • 组播用户通过IGMP加入组播组,用户可以登记加入多个组播组和用户直接相连的组播路由器。
  • 如果用户已经退出组播组或关机,则组播路由器会自动地在组播树上进行剪枝和嫁接的过程,以保证组播信息的到达以及网络带宽的合理利用。

组播路由的关键

是为每一个组播组建立组播树,组播树的形成可根据组播协议的不同而不同。目前有两种构建组播树的技术:源组播树和共享树。源组播树是通过一向被称为反向路径转发(RPF)的技术而构造出来的。如果数据包到达了一条本地路由其认为是回到数据包源去的最短路经链路,路由器将向除进入接口之外的所有其它接口转发该数据包。如果数据包到达的接口不再返回到源去的最短路经上,那么该书举报将被丢弃。这种方法为每个潜在的源或子网建立一个组播树。这些组播树产生于与源站点直连子网的、基于源的传送树。共享书使用分布中心并建立单个多点广播树。共享树算法建立一个被组内所有成员共享的共享树,它允许对不同的组定义不同的共享树。

源组播树

是从信息员开始构建组播树,而共享树是通过一个中心形成到各组播组成员的组播树,组播源将有关信息发送到中心点进行组播。源组播书适用于组播的站点比较密集、组播数据比较多的情况,可以使每一个组播树数据报都能够以最优的方式到达接收站。密集模式下的典型路由协议是密集模式下的独立组播PIM-DM(Protocol-Inde-pendent Multicast-Dense Mode )、开放最短路经路由协议的组播扩展MOSPF(Extensiom to Open Shortest Path First )。共享书适用于组站点比较稀疏、组播数据比较少的情况,可以减少路由器的路由信息交换和形成的开销。目前,流行的稀疏模式组播路由协议是稀疏模式下得PIM-SM协议(Protocol-Independent Multicast-Sparse Mode)和有核树CBT(Core-Based Trees)。



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