网络传输方式

网络传输方式

一、单播（Unicast）

1、单播转发方式

单播是指一种向单个目标地址传送数据的方式。（也就是单独的一对一通讯方式）发送端会将数据封装成数据包以目标地址（通常是一个单独的IP地址）为目的地进行传输。

处理过程

1. 数据包准备：源设备决定要发送的数据，并将其封装为数据包。数据包通常包括目标设备的地址、数据内容和其他控制信息。

2. 数据包传输：源设备将数据包发送到网络上，该数据包经过路由器、交换机等网络设备，以最终到达目标设备。

3. 接收数据包：目标设备在网络中接收数据包。它会检查数据包的目标地址，如果与自己的地址匹配，就会接收并处理数据。

4. 数据处理：目标设备接收到数据后，根据应用程序的要求对数据进行处理。这可以包括解析数据、显示网页内容、存储文件等。

2、优缺点

单播的优点：

1. 响应快：服务器及时响应客户机的请求。.
2. 个性化服务：服务器针对每个客户不同的请求发送不通的数据，形成不同独立的数据传送通路，容易实现个性化服务。

单播的缺点：

1. 容易占带宽：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；当需求该信息的用户量较大时，网络中将出现多份相同信息流，不仅占用处理器资源而且浪费带宽。
2. 适用场景少：单播方式较适合用户稀少的网络，当用户量较大时很难保证网络传输质量。

3 、单播应用场景

1. 网页浏览(HTTP)：当您在浏览器中输入网址并请求特定网页时，您的计算机通过单播与网络服务器建立连接，以获取所需的网页内容。

2. 电子邮件(SMTP)：当您发送电子邮件时，电子邮件服务器使用单播将邮件传递给收件人的邮箱。

3. 文件传输(FTP)：当您从一个计算机向另一个计算机发送文件时，单播用于将文件传递到目标计算机。

4. 远程桌面(telnet)：单播用于实现远程桌面连接，允许您在一个计算机上远程操作另一个计算机。

二、组播（Multicast）

1、组播转发方式

组播是一对多的通讯模式， 组播是一种允许一个或多个组播源发送同一报文到多个接收者的技术。组播源将一份报文发送到特定的组播地址，组播地址不同于单播地址，它并不属于特定某个主机，而是属于一组主机。一个组播地址表示一个群组，需要接收组播报文的接收者都加入这个群组。

处理流程

1. 数据包准备：源设备决定要发送的数据，并将其封装为数据包。数据包包括数据内容、组播组的地址和其他控制信息。

2. 组播数据包传输：源设备将组播数据包发送到网络上，该数据包经过网络中的路由器和交换机。不同于广播**,组播数据包只会被传递到已经加入特定组播组的设备。**

3. 加入组播组：接收设备需要首先加入组播组，以表明它们对特定组播数据感兴趣。设备向网络中的路由器发送加入组播组的请求。（例如需要开启组播模式）

4. 数据处理：一旦设备加入了组播组，它们就可以接收并处理组播数据包。每个设备会检查数据包的组播组地址，以确定是否需要处理该数据包。

示范:
由发送者向一个组中发送数据包。

在组播中，数据包从源地址source---> 目的地址（以组播地址形式接收来自源地址的数据表 在IPv4中，组播地址范围是224.0.0.0到239.255.255.255 以组播地址接收来自源地址的数据表）

这样，组内的所有设备都能够接收同一数据包。组播是一种更高效的传输数据的方式，因为它将数据包广播到特定的设备组中，而不是整个网络中。

2、优缺点

组播优点

1. 节省带宽： 组播方式下，单一的信息流沿树型路径被同时发送给一组用户，相同的组播数据流在每一条链路上最多仅有一份。相比单播来说，使用组播方式传递信息，用户的增加不会显著增加网络的负载，减轻了服务器和CPU的负荷。具备广播所具备的优点。

2. 适用于多对多通信: 适用于一对多通信，组播报文可以跨网段传输，不需要此报文的用户不能收到此报文（组播包）。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。IP协议允许有2亿6千多万个组播，所以其提供的服务可以非常丰富。

3. Internet传输：此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。

4. 高效性：组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送。

组播的缺点：

1. 错包处理：与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错包后难以弥补（就是没法回放等？）（可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补）

2. 复杂性：组播通信需要更复杂的路由和网络配置，相对于单播和广播更具挑战性。

3. 设备支持：不是所有网络设备都支持组播，这可能会导致兼容性问题。

4. 管理复杂性：管理组播组和维护组播路由可能需要更多的管理工作。

3、组播应用场景

1. 语音组队: 在在线游戏中，一次组播可以将游戏状态更新广播给所有参与者。

2. 多播流媒体: 在视频流中，组播可以将同一视频流同步广播到所有设备中，从而帮助节省网络带宽。

3. 多播路由协议，可以将一条路由信息通过组播发送给网络中所有的路由器，从而进行快速的路由更新。

4. 内容分发网络（CDN）：组播可以用于分发大型文件或流媒体内容，以减少网络流量和带宽需求。

三、广播（Broadcast）

1、广播转发方式

广播是指一种向本地网络中所有设备发送数据的方式。在广播中，发送端并不指定特定的接收方，而是将数据包发送到该网络中的所有设备。

数据包处理过程：

1. 数据包准备：与单播通信类似，源设备source决定要发送的数据，并将其封装为数据包。数据包包括数据内容、广播地址和其他控制信息。

2. 广播数据包：源设备将数据包发送到网络上，该数据包经过网络中的路由器和交换机，但与单播不同，数据包不仅发送给特定目标设备，而是广播给整个网络。

3. 接收数据包：网络中的所有设备都会接收到广播数据包。每台设备都会检查数据包的广播地址，以确定是否需要处理该数据包。

4. 数据处理：接收到数据包的设备，如果数据包符合与其相关的信息，就会处理数据。否则，它可能会将数据包丢弃。

2、优缺点

广播的优点：

1. 简单: 网络设备简单，维护简单，布网成本低廉。
2. 适用于一对多通信：适用于需要向多个设备广播相同信息的情况。由于服务器不用向每个客户机单独发送数据，不管是否有需求，保证报文被网段中的所有用户主机接收，且Source向本网段对应的广播地址发送且仅发送一份报文，所以服务器流量负载极低。

广播的缺点：

1. 网络拥塞：广播会占用网络带宽，可能导致网络拥塞，特别是在大型网络中。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。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。
2. 安全性问题：由于数据包发送到所有设备，可能会引发安全和隐私问题,如网络探测和广告等，这种方式也常被黑客用来进行入侵和攻击)
3. 不适合大型网络：在大型网络中，广播通信可能会导致性能问题，也就是广播禁止允许在Internet宽带网上传输。

3、应用场景

• 电视和电台节目的广播。

• 在某些网络环境下，黑客使用UDP广播包来进行DoS攻击。

• ARP（地址解析协议）：在局域网中，设备使用ARP广播来查找目标设备的MAC地址，以便在网络上进行通信。

  DHCP（动态主机配置协议）：DHCP服务器可以使用广播来提供IP地址和其他网络配置信息给新加入网络的设备。

  网络发现：广播用于在网络中查找其他设备和服务。

组播传输和单播传输方式对比？

单播传输适用于用户稀少的网络，如果用户量较大时，网络将会出现多份相同的流量，会大量占用处理器资源而且非常浪费网络的带宽，
而通过组播方式传输，网络中每条链路中仅有一条数据流。组播相比于单播的优势在于相同的报文在每条链路上最多有一份。

组播和广播的区别是什么？
 1、广播传输数据源必须与用户在同一个网段，组播可以跨网段传输。

 2、广播传输该网段内所有主机都能收到数据报文，会导致无信息需求的主机也收到该信息，网络中存在流量冗余，组播传输只将数据流传输到有接收者的地方，网络中不存在流量冗余。组播相比于广播的优势在于组播的报文是按需发送。

四、多播（任一播）（Anycast）

1、多播转发方式

任播将一个数据包发送到一个指定的设备集合（通常是距离发送端最近的设备），而不指定任何目的地地址。通常情况下，数据包将被传输到距离源最近的任意设备，并由该设备将该数据包传输到目标设备,且其他目标设备不会处理该数据包。,如果任何一个设备都无法传递该数据包，则该数据包不会被传输，也不会被传输到其他设备中。(这种传输方式通常用于路由协议中。)

处理过程

1. 数据包的准备：针对多个具有**相同功能（服务）**的目标设备准备等效的数据包，这些设备分布在网络的不同位置。

2. 数据包的传输：源设备将数据包发送到网络上，数据包经过网络中的路由器和交换机。路由器将数据包转发到离源设备最近的目标设备。

3. 接收数据包：最接近源设备的目标设备接收并处理数据包。其他目标设备不会处理该数据包。

4. 数据处理：接收到数据包的目标设备处理数据，执行相同的服务或任务。

2、优缺点

组播的优点：

1. 负载均衡：任播可用于实现负载均衡，确保服务可用性和性能。

2. 容错性：如果一个最近的目标设备不可用，路由器可以将流量路由到下一个最近的设备，提高了冗余和容错性。

3. 性能提升：通过将请求路由到最近的设备，可以提高性能和响应时间。

组播的缺点：

1. 配置复杂性：配置任播地址和路由需要一定的复杂性，特别是在大型网络中。

2. **不适用于所有应用：**任播适用于特定类型的应用，而不适合所有通信需求。

3. **可能引发路由问题：**不正确配置的任播可能导致路由问题，因此需要小心配置和管理。

任播则用于识别同一“服务”的多个设备中的最近者。

3、任意播应用场景

• 在DNS服务器中，DNS服务器通常配置为使用任播地址，以提供域名解析服务。当用户请求域名解析时，最接近用户的DNS服务器将响应请求。如果有多个具有相同IP地址的服务器，则每个请求将被任播给离它最近的服务器。

• 在云服务器中，任播可以将机器信息和服务请求发送给离服务器最近的服务器，从而提高系统的响应速度和效率。

• 在路由系统中，任播可以向基于距离向量路由协议的网络发送路由信息更新。

• 内容分发网络（CDN）：CDN节点也可以使用任播地址。用户请求内容时，CDN将其路由到最接近用户的节点，以提供更快的内容传递。
  相同IP地址的服务器，则每个请求将被任播给离它最近的服务器。

• 负载均衡：任播可以用于负载均衡应用程序和服务。多个服务器可以配置为提供相同的服务，并使用任播来分发流量，以平衡服务器的负载。