第12章 广播和多播

广播和多播仅应用于 UDP. 为了弄清广播和多播，需要了解主机对由信道传送过来帧的过滤过程。首先，网卡查看由信道传送过来的帧，确定是否接收 该帧，若接收后就将它传往设备驱动程序。通常网卡仅接 收那些目的地址为网卡物理地址或广播地址的帧。另外多数接口均被设置为混合模式，这种模式能接收每个帧的一个复制。目前，大多数的网卡经过配置都能接收目的地址为多 播地址或某些子网多播地址的帧。对于以太网，当地址中最高字节的最低位设置为1时表示该地址是一个多播地址,用十六进制可表示为 01:00:00:00:00:00（以太网广播地址ff:ff:ff:ff:ff:ff可看作是以太网多播地址的特例）。

如果网卡收到一个帧，这个帧将被传送给设备驱动程序（如果帧检验和错，网卡将丢弃 该帧）。设备驱动程序将进行另外的帧过滤。首先，帧类型中必须指定要使用的协议（IP、ARP等等）。其次，进行多播过滤来检测该主机是否属于多播地址说明的多播组。

设备驱动程序随后将数据帧传送给下一层，比如，当帧类型指定为 IP数据报时，就传往 IP层。IP根据IP地址中的源地址和目的地址进行更多的过滤检测。如果正常，就将数据报传送 给下一层（如 TCP或UDP）。

每次 UDP收到由 IP传送来的数据报，就根据目的端口号，有时还有源端口号进行数据报过滤。如果当前没有进程使用该目的端口号，就丢弃该数据报并产生一个ICMP不可达报文（TCP根据它的端口号作相似的过滤）。如果UDP数据报存在检验和错，将被丢弃。

12.2  广播

四种 IP广播地址

12.2.1  受限的广播

受限的广播地址是 255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址， 此时，主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的 IP地址也不知道。

在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅 出现在本地网络中。

一个未解的问题是：如果一个主机是多接口的，当一个进程向本网广播地址发送数据报时， 为实现广播，是否应该将数据报发送到每个相连的接口上？如果不是这样，想对主机所有接口 广播的应用必须确定主机中支持广播的所有接口，然后向每个接口发送一个数据报复制。

大多数 BSD系统将 255.255.255.255看作是配置后第一个接口的广播地址，并且不提供向 所属具备广播能力的接口传送数据报的功能。不过， routed（见 10.3节）和 rwhod（BSD rwho客户的服务器）是向每个接口发送 UDP数据报的两个应用程序。这两个应用程序均用相 似的启动过程来确定主机中的所有接口，并了解哪些接口具备广播能力。同时，将对应于那 种接口的指向网络的广播地址作为发往该接口的数据报的目的地址。

 

12.2.2   指向网络的广播

指向网络的广播地址是主机号为全 1的地址。 A类网络广播地址为 netid.255.255.255，其中 netid为A类网络的网络号。

一个路由器必须转发指向网络的广播，但它也必须有一个不进行转发的选择。

12.2.3  指向子网的广播

指向子网的广播地址为主机号为全 1且有特定子网号的地址。作为子网直接广播地址的 IP地址需要了解子网的掩码。例如，如果路由器收到发往   128.1.2.255的数据报，当 B类网络128.1的子网掩码为 255.255.255.0时，该地址就是指向子网的广播地址；但如果该子网的掩码 为255.255.254.0，该地址就不是指向子网的广播地址。

12.2.4  指向所有子网的广播

指向所有子网的广播也需要了解目的网络的子网掩码，以便与指向网络的广播地址区分 开。指向所有子网的广播地址的子网号及主机号为全      1。例如，如果目的子网掩码为 255.255.255.0，那么 IP地址 128.1.255.255是一个指向所有子网的广播地址。然而，如果网络 没有划分子网，这就是一个指向网络的广播。

12.4   多播

IP多播提供两类服务：

1) 向多个目的地址传送数据。有许多向多个接收者传送信息的应用：例如交互式会议系统和向多个接收者分发邮件或新闻。如果不采用多播，目前这些应用大多采用                TCP来完成

（向每个目的地址传送一个单独的数据复制）。然而，即使使用多播，某些应用可能继续采用

TCP来保证它的可靠性。

2) 客户对服务器的请求。例如，无盘工作站需要确定启动引导服务器。目前，这项服务 是通过广播来提供的（正如第 16章的BOOTP），但是使用多播可降低不提供这项服务主机的负担。

12.4.1  多播组地址

多播组地址包括为 1110的最高 4 bit 和多播组号。它们通常可表示为点分十进制数，范围 从224.0.0.0到239.255.255.255。

能够接收发往一个特定多播组地址数据的主机集合称为主机组 (host group)。一个主机组 可跨越多个网络。主机组中成员可随时加入或离开主机组。主机组中对主机的数量没有限制， 同时不属于某一主机组的主机可以向该组发送信息。

一些多播组地址被 IANA确定为知名地址。它们也被当作永久主机组，这和 TCP及UDP中 的熟知端口相似。同样，这些知名多播地址在 RFC最新分配数字中列出。注意这些多播地址 所代表的组是永久组，而它们的组成员却不是永久的。

12.4.2   多播组地址到以太网地址的转换

IANA拥有一个以太网地址块，即高位 24 bit 为00:00:5e（十六进制表示），这意味着该地 址块所拥有的地址范围从 00:00:5e:00:00:00到00:00:5e:ff:ff:ff。IANA将其中的一半分配为多播 地址。为了指明一个多播地址，任何一个以太网地址的首字节必须是 01，这意味着与 IP多播 相对应的以太网地址范围从 01:00:5e:00:00:00到01:00:5e:7f:ff:ff。

这里对CSMA/CD或令牌网使用的是Internet标准比特顺序，和在内存中出现的比特 顺序一样。这也是大多数程序设计员和系统管理员采用的顺序。 IEEE文档采用了这种 比特传输顺序。Assigned Numbers RFC给出了这些表示的差别。

这种地址分配将使以太网多播地址中的 23bit与IP多播组号对应起来，通过将多播组号中 的低位23bit映射到以太网地址中的低位 23bit实现，这个过程如图 12-3所示。

由于多播组号中的最高 5 bit 在映射过程中被忽略，因此每个以太网多播地址对应的多播 组是不唯一的。3 2 个不同的多播组号被映射为一个以太网地址。例如，多播地址 224.128.64.32（十六进制 e0.80.40.20）和224.0.64.32（十六进制 e0.00.40.20）都映射为同一以 太网地址 01:00:5e:00:40:20。

既然地址映射是不唯一的，那么设备驱动程序或 IP层（见图 12-1）就必须对数据报进行过 滤。因为网卡可能接收到主机不想接收的多播数据帧。另外，如果网卡不提供足够的多播数 据帧过滤功能，设备驱动程序就必须接收所有多播数据帧，然后对它们进行过滤。