计算机网络（27）IP多播

前言

IP多播（也称多址广播或组播）技术是一种允许一台或多台主机（多播源）发送单一数据包到多台主机（一次性的、同时的）的TCP/IP网络技术。

一、基本概念

定义：多播作为一点对多点的通信，是节省网络带宽的有效方法之一。它能够实现“一对多”的通信方式，允许发送方将单一数据包同时发送给多个接收方。
多播组：多播的基础概念是“组”。一个多播组就是一组希望接收特定数据流的接收者，这个组没有物理或者地理的边界，组内的主机可以位于互联网或者专用网络的任何地方。多播组使用D类IP地址作为标识符，每一个D类地址标志一个多播组。
多播地址：多播地址只能用作目的地址，而不能用作源地址。IPv4中，D类地址（224.0.0.0~239.255.255.255）被作为多播地址。多播地址的分配包括预留的多播地址（永久多播地址）、全球范围可用的多播地址以及本地管理的多播地址。

二、工作机制

数据包的发送：当发送方发送数据包时，该数据包会包含一个多播地址作为目的地址。这个数据包会通过网络传输到所有加入该多播组的设备，而不是通过设备的单播地址。
路由器的转发：在互联网上进行多播时，需要依靠能够运行多播协议的路由器（多播路由器）来实现。多播路由器会识别多播数据包，并将其转发给所有属于该多播组的接收方。如果多播组的成员数量很大，多播路由器会在网络节点上复制并分发数据副本，以尽可能减少网络资源的消耗。
局域网上的硬件多播：在局域网（LAN）上，多播可以利用硬件（如网络接口卡）的特性来高效地将多播数据发送给多个接收者。这需要将IPv4多播地址映射成多播MAC地址，并将IP多播数据报封装在局域网的MAC帧中。

三、应用场景

多媒体和流媒体应用：如在线直播、网络电视等，这些应用需要向大量用户同时传输相同的数据流。
远程培训和协作：如远程教育、远程医疗等，这些应用可以通过多播技术实现实时、高效的数据传输和共享。
数据仓库和金融应用：如股票和证券信息的实时更新和发布。

四、优势

节省网络资源：与单播相比，多播可以显著减少网络中数据包的复制和传输次数，从而节省网络带宽和降低网络负载。
提高数据传输效率：多播允许发送方将单一数据包同时发送给多个接收方，从而提高了数据传输的效率。
增强数据传输的安全性：与广播相比，多播仅将数据传输给需要该数据的接收者，避免了不必要的数据泄露和安全隐患。

五、IP多播的相关协议

网际组管理协议（IGMP）：IGMP用于让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机参加或退出了某个多播组。它是IP多播的重要组成部分，用于管理多播组成员的信息。
多播路由选择协议：多播路由选择协议用于确定多播数据包在网络上的传输路径。这些协议可以根据网络拓扑和多播组成员的分布情况来动态地调整传输路径，以实现最优的数据传输。