单播、多播和广播

单播、多播和广播

• 单播：信息的接受和传递只在两个节点之间进行，点对点通信。网络上绝大部分数据是以单播的形式传输的，例如在收发电子邮件、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。
• 多播：也可以称为“组播”，将网络中同一业务类型主机进行了逻辑上的分组，进行数据收发的时候其数据仅仅在同一分组中进行，其他的主机没有加入此分组不能收发对应的数据。网上视频会议、视频点播比较时候使用多播。因为如果用单播，逐个节点传输，有多少个目标节点就会有多少次传送过程，这样显然效率极低，是不可取的；如果采用不区分目标，全部发送的广播方式，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。**采用多播方式，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网络的多播一般通过多播IP来实现。多播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，并被划分为局部连接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类:

1. 局部多播地址：在224.0.0.0～224.0.0.255之间，这是为路由协议和其他用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包。
2. 预留多播地址：在224.0.1.0～238.255.255.255之间，可用于全球范围（如Internet）或网络协议。
3. 管理权限多播地址：在239.0.0.0～239.255.255.255之间，可供组织内部使用，类似于私有IP地址，不能用于Internet，可限制多播范围。

• 广播：“广播”在网络中应用较多，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。广播用于一个主机对整个子网上所有主机进行通信，但是广播还是要指明接收者的端口号的，因为不可能接受者的所有端口都来收听广播。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。例如一个会长所有人都用麦克风发言就会乱成一锅粥。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个会场内传播一样。因此在大中型局域网中，一般进行子网划分，以达到隔离广播风暴的目的。在IP网络中，广播地址用IP地地址“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。

只有UDP套接字允许广播或多播。

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同的请求发送不同的数据，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。

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. 广播禁止在Internet宽带网上传输。

组播的优点：

1. 具有同种业务的主机加入同一数据流，共享同一通道，节省了带宽和服务器的负载，具有广播的优点而又没有广播所需要的带宽。
2. 服务器的总带宽不受客户端带宽的限制。由于组播协议由接收者的需求来确定是否进行数据流的转发，所以服务器端的带宽是常量，与客户端的数量无关。
3. 与单播一样，多播是允许在广域网即Internet上进行传输的，而广播仅仅在同一局域网上才能进行。

组播的缺点：

1. 多播与单播相比没有纠错机制，当发生错误的时候难以弥补，但是可以在应用层来实现此种功能。
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。

多播的程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现，组播的选项是IP层的，其选项值和含义参见下表所示。

在多播中设置了TTl值（Time to live），每一个ip数据报文中都包含一个TTL，每当有路由器转发该报文时，TTL减1，知道减为0时，生命周期结束，报文即时没有到达目的地，也立即宣布死亡。当然在Java中，ttl并不是十分准确的，曾经在一本书中介绍过报文的传播距离是不会超过ttl所设置的值的。

## 多播程序设计的框架

要进行多播的编程，需要遵从一定的编程框架。多播程序框架主要包含套接字初始化、设置多播超时时间、加入多播组、发送数据、接收数据以及从多播组中离开几个方面。其步骤如下：

1. 建立一个socket。
2. 然后设置多播的参数，例如超时时间TTL、本地回环许可LOOP等。
3. 加入多播组。
4. 发送和接收数据。
5. 从多播组离开。