计算机网络的三种通讯模式(单播,广播,组播)小结

本文详细介绍了网络传输中的三种主要方式:单播、广播和组播。对比了它们各自的优缺点,并探讨了组播如何结合单播和广播的优点,成为更高效的数据传输方式。

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1.单播(Unicast)

单播在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。 如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同
的数据,也必须相应的复制多份的相同数据包。如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时, 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。

“单播”可以理解为一个人对另外一个人说话,,此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行,参见图1。


这里写图片描述

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通的请求发送不通的数据,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。
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之和的5%。如果全部使用单播协议,将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞。而将主干扩展20倍几乎是不可能。


2.广播(Broadcast)

广播是指在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
网每一个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。所以广播的使用范围非常小,
 只在本地子网内有效,通过路由器和交换机网络设备控制广播传输。

“广播”可以理解为一个人通过广播喇叭对在场的全体说话,这样做的好处是通话效率高,信息一下子就可以传递到全体,如图2所示。


这里写图片描述

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)广播禁止允许在Internet宽带网上传输。


3.组播(Multicast)

组播在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。 如果一台发送者同时给多个的接收者传输
相同的数据,也只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率。减少了骨干网络出现拥塞的
可能性。

“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,这样能够提高通话的效率。如果你要通知特定的某些人同一件事情,但是又不想让其他人知道,使用电话一个一个地通知就非常麻烦,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。多播如图3所示。


这里写图片描述

组播的优点:
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。具备广播所具备的优点。
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。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)此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。

组播的缺点:
1)与单播协议相比没有纠错机制,发生丢包错包后难以弥补,但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。
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。


IP网络的多播一般通过多播IP地址来实现。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。IP组播地址前四位均为1110。
八位组(1) 八位组(2) 八位组(3) 八位组(4)
1110XXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
单播可以看作仅包括一台机器群组的组播;广播可以看作包含了所有机器群组的组播.组播出现时间最晚但同时具备单播和广播的优点,最具有发展前景。

### VLAN 的基本概念 VLAN(Virtual Local Area Network),即虚拟局域网,是一种通过软件方式将物理网络划分为多个独立逻辑子网的技术[^3]。这种技术允许在同一物理网络基础设施上创建不同的广播域,从而提高网络安全性和性能。 #### 广播域的作用 每个 VLAN 被视为一个单独的广播域,在该广播域中的设备能够直接相互通信,而不同 VLAN 之间的设备无法直接通信,除非经过路由器或其他三层设备转发数据包。 --- ### VLAN 的配置方法 在实际实验中,通常会涉及以下几个方面的配置: #### 划分 VLAN 可以通过命令行界面(CLI)来定义新的 VLAN,并将其关联到特定端口。例如,在 Cisco 设备上的典型配置如下所示: ```cisco-ios Switch(config)# vlan 10 Switch(config-vlan)# name Sales ``` 上述代码片段表示创建了一个编号为 `10` 的 VLAN,并命名为 `Sales`[^1]。 #### 设置 Trunk 接口 Trunk 是一种特殊的链路类型,用于允许多个 VLAN 数据流共存于同一条物理连接之上。启用 trunk 功能时需指定支持哪些 VLAN 或者全部 VLAN: ```cisco-ios Switch(config-if)# switchport mode trunk Switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan 10,20 ``` 这里设置了当前接口工作模式为 trunk,并仅允许 VLAN ID 为 `10` 和 `20` 的流量传输。 #### 测试连通性 完成初步配置之后,应验证各终端之间能否按照预期正常通讯。这可通过 ping 工具或者更复杂的抓包分析工具来进行检测确认。 --- ### VLAN 配合生成树协议的应用场景 除了简单的 VLAN 划分外,为了增强企业级网络架构稳定性与可靠性,还会引入 **Spanning Tree Protocol (STP)** 协议。它主要负责消除因多条路径存在可能引发循环而导致广播风暴等问题的同时保留一定层次结构下的备份线路可用性[^2]。 当两个交换机间有多重互联链路作为冗余设计考虑因素之一时,则需要启动 STP 来动态决定哪几条应该处于阻塞状态以阻止潜在回路形成;而在发生故障切换期间又能迅速重新计算拓扑关系恢复服务连续性。 --- ### 小结 综上所述,掌握 VLAN 技术及其具体实施过程对于构建高效安全的企业内部网络至关重要。从基础理论学习再到动手实践环节都不可或缺,只有这样才能真正理解并灵活运用这些知识点解决实际问题。
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