📖 IP 多播技术的相关基本概念

🎯 课程摘要：本节介绍 IP 多播（multicast）的基本概念、相较于单播的优势，以及 IPv4 D 类多播地址与多播组的定义，为后续硬件多播与因特网多播协议的学习奠定基础。

📝 详细笔记

1. 多播的基本概念

• 多播（multicast）：也称组播，是一种实现一对多通信的技术。
• 与传统单播（一对一通信）相比，多播可以极大地节省网络资源。
• 在因特网上进行的多播称为 IP 多播。

2. 单播 vs 多播 vs 广播

以视频服务器向 60 个主机发送同一视频节目为例：

多播方式的工作过程：

• 将 60 个主机看作同一个多播组的成员，视频服务器只需向该多播组发送 1 个视频节目。

• 路由器 R1 支持 IP 多播，在转发时把视频节目复制成两个副本，分别向 R2 和 R3 转发。

• 当视频节目到达局域网时，由于局域网具有硬件多播功能，不需要复制，该多播组成员都能收到。

• ⚠️ 重点/考点：当多播组成员数量很大时，多播方式可显著减少网络中各种资源的消耗。

3. 因特网实现 IP 多播需解决的问题

要在因特网上实现 IP 多播，路由器需要解决：

1. IP 多播数据报的寻址问题
2. 多播路由选择的问题

4. IPv4 多播地址与多播组

4.1 D 类地址结构

IPv4 中 D 类地址被作为多播地址：

地址范围：

• ⚠️ 重点/考点：多播地址只能用作目的地址，不能用作源地址。

4.2 多播组的概念

• 用每一个 D 类地址标识一个多播组。
• 使用同一个 IP 多播地址接收 IP 多播数据报的所有主机构成一个多播组。
• 多播组成员可随时变动：主机可随时加入或离开多播组。
• 多播组成员的数量和所在地理位置不受限制。
• 一台主机可以属于几个多播组。
• 非多播组成员也可以向多播组发送 IP 多播数据报。
• IP 多播数据报也是尽最大努力交付，不保证一定能交付给多播组内所有成员。

4.3 IPv4 多播地址的分类

IPv4 多播地址可分为：

1. 预留的多播地址
2. 全球范围可用的多播地址
3. 本地管理的多播地址

5. IP 多播的两种形式

• 目前大部分主机都通过局域网接入因特网，因此在因特网上进行多播的最后阶段，还要把 IP 多播数据报在局域网上用硬件多播交付给多播组的所有成员。

💡 核心总结

• 多播（组播）实现一对多通信，相比单播可显著节省网络资源。
• IPv4 D 类地址（224.0.0.0 ~ 239.255.255.255）用作多播地址，共 2^28 个，只能用作目的地址。
• 每个 D 类地址标识一个多播组，成员可动态加入/离开，数量与位置不受限。
• IP 多播分局域网硬件多播和因特网多播两种，前者是后者的最后交付阶段。

❓ 课后思考 / 经典考题

1. 对比单播和多播在向多个主机发送同一数据时的资源消耗差异。
2. IPv4 D 类多播地址的范围是多少？为什么多播地址不能用作源地址？
3. 多播组成员有哪些特点？非成员能否向多播组发送数据报？
4. 在因特网上实现 IP 多播需要解决哪两个问题？