三级网络技术第8章(与书本知识完全符合,个人整理,强烈推荐)

第八章网络技术应用8.1 组播技术⒈在Internet发展之初，采用的数据传输方式主要有单播和广播。

⒉流媒体网络应用成为重要的Internet应用。

这类应用常为一对多的通信。

8.1.1 IP组播的概念与特点一、单播、广播与组播1、单播（是现在通常所采用的传播方式）⑴基本特点：一对一地传输数据。

⑵数据发送方发出的信息包只能传送到一个接收方。

若发送方同时给多个接收方传输相同的数据包，发送方必须发送多份的相同数据包。

⑶①服务器针对每个客户机不同的请求发送不同的数据，容易实现个性化服务，如网络浏览。

②当客户机数量大、单机流量也大时，服务器将不堪重负，发生延迟长、网络拥塞现象。

2、广播⑴广播的特点是由路由器或交换机将同一个信息包无条件地发往每一条分支路径，由接收方自行决定接下来还是将其丢弃。

⑵服务器不用向每个用户单独发送数据，流量负载低，如有线电视网。

⑶对发送方而言，无论接收方有多少，同一个信息包均只需发送一次。

但这种方式对于路由器或交换机而言，有多少分支就要重复发送多少次，（而不论这些主机是否乐于接收该数据包，无法针对每个用户的要求和时间及时提供个性化服务。

）并且不考虑该分支上是否有该组用户。

3、4、组播⑴组播是一种允许一个或者多个发送方单一数据包到多个接收方的网络传输方式。

⑵原理是不论组成员的数量是多少，数据源只发送一次数据包，并且组播采用组播地址寻址，只向需要数据包的主机和网络发送数据包。

二、IP组播的特点⒈组播使用组地址。

在组播网中，每个组播组拥有唯一的组播地址（D类IP地址），组播数据包可以送到标识目的主机的组地址，而不必关心有哪些成员，对组成员中主机的数目和位置也没有限制。

⒉动态的组成员。

组播组中的成员是动态的，一个主机可以参加某个特定的组，也可以在任意时间退出该组。

⒊底层硬件支持的组播。

Internet中的有些网络可能是以太网，这些以太网本身就具有硬件组播能力。

8.1.2 组播技术基础一、IP组播地址：⒈Ipv4地址有5类，其中A、B、C三种类型地址为单播地址，E类地址为保留地址，IP组播使用的是D类IP地址。

D类型IP地址的最高位规定为1110，其余28位作为组播地址。

⒉组播地址的范围是224.0.0.0~239.255.255.255，并不是所有的D类地址都可以分配给用户。

IANA（Internet号码指派管理局）控制着IP组播地址的分配。

二、组播相关协议根据协议的作用范围，组播协议分为组播组管理协议和组播路由协议。

①组播管理协议是主机和路由器之间的协议，又包括Internet组管理协议（IGMP）和Cisco 专用的组管理协议（CGMP）；②组播路由协议是路由器与路由器之间的协议，又分为域内组播路由协议以及域间组播路由协议。

⒈IP组播组管理协议⑴IGMP协议运行于主机和主机直接连接的组播路由器之间，其功能是：①一方面通过该协议，主机通知本地路由器希望加入并接收某个特定组播组的消息；②另一方面，路由器通过IGMP协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态，实现所连接网络组成员关系的收集与维护。

⑵IGMP协议的发展经过了IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3，目前通用的是IGMPv3。

①IGMPv1定义了基本的组成员查询和报告过程；②IGMPv2在IGMPv1的基本上添加了组成员快速离开的机制；（当同一个网段内有多个组播路由器时，IGMPv2 通过查询器选举机制从中选举出唯一的查询器（某一个组播路由器））③IGMPv3中增加的主要功能是成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文。

⒉IP组播路由协议⒈组播路由协议是IP组播协议体系中最核心的功能。

⒉组播路由由源地址、组地址、入接口列表和出接口列表4部分组成。

⒊组播路由协议分为域内组播路由协议以及域间组播路由协议两类。

⑴域内组播路由协议又分为密集模式和稀疏模式。

①密集模式组播路由协议是指组播成员密布在整个网络上，即许多子网至少包含一个成员，带宽很充裕。

它采用“洪泛”技术把信息传播到网络的所有路由器上，因而不适用于大规模的网络。

该模式包括距离矢量组播路由协议DVMRP、开放最短路径优先的组播扩展MOSPF 协议和协议独立组播-密集模式PIM-DM协议。

②稀疏模式组播路由协议适用于组播组成员稀疏地分布在整个网络。

该模式包括基于核心的树CBT和PIM-SM。

⑵各种组播路由协议都需要获得网络的单播拓扑结构。

从这个意义上，组播路由协议也可以分为协议独立组播路由协议和协议相关组播路由协议。

目前，网络上使用较多的域内组播路由协议有DVMRP、MOSPF协议和PIM协议。

⑶用于域间组播路由的协议主要有多协议边界网关协议（MBGP）和组播源发现协议（MSDP）。

8.2 P2P网络8.2.1 P2P网络的概念•Peer to Peer ，对等网，端对端。

•计算机都处于对等地位•整个网络一般不依赖于专用的集中服务器•P2P网络的特点主要表现在如下3个方面：①P2P网络以扩大互联网网络资源共享的范围与深度，使信息共享达到最大化为目标，是一种“非集中式”的网络结构。

②P2P网络不依赖于互联网域名服务，具有适应网络拓扑动态变化的独立路由寻址能力。

③P2P网络的“非集中式”共享网络资源与服务（通常这些资源和服务包括：信息的共享与交换、计算资源（如CPU的共享）、存储资源（如缓存和磁盘空间的使用）），与互联网中已有的“集中式”共享网络资源的结构是共存互补的。

8.2.2 P2P网络的基本结构目前P2P网络主要有4种结构：⒈集中式拓扑结构的P2P网络。

（以Napster为代表）⒉分布式非结构化拓扑结构的P2P网络。

（以Gnutella为代表）⒊分布式结构化拓扑结构的P2P网络。

（Pastry、Tapestry、Chord、CAN）⒋混合式结构的P2P网络。

（Skype、eDonkey、BitTorent、PPlive）一、集中式拓扑结构的P2P网络⒈集中式拓扑结构的P2P网络形式上有一个中心服务器来负责记录共享信息以及回答对这些信息的查询。

每一个对等实体对它将要共享的信息以及进行的通信负责，根据需要下载它所需要的其他对等实体上的信息。

这种形式具有中心化的特点，但是它不同于传统意义上的客户机/服务器模式。

①传统意义上的客户机/服务器模式采用的是一种垄断的手段，所有资料都存放在服务器上，客户机只能被动地从服务器上读取信息，并且客户机之间不具有直接交互能力。

②集中式拓扑结构的P2P网络则是网上提供的所有资料都分别存放在客户机上，服务器只保留索引信息，并且服务器与对等实体以及对等实体之间都具有交互能力。

⒉Napster是一种典型的代表软件⒊要求服务器要持续运转二、分布式非结构化拓扑结构的P2P 网络⒈分布式非结构化拓扑结构的P2P 网络采用随机图的组织方式形成一个松散的网络， 这种结构对网络的动态变化有较好的容错能力，因此具有较好的可用性。

同时，这种结构支持复杂查询，如带有规则表达式的关键字查询、模糊查询等。

⒉ 代表软件有：Gnutella 、Shareaza 、Lime Wire 和BearShare⒊ 每个结点都具有相同的功能，既是客户机又是服务器，因而结点也被称为对等点。

⒋ 多采用洪泛方式查询和定位资源⒌ 缺点：可扩展性差。

⒍ 优点：网络配置简单，不需要服务器的支持，在网络规模较小的时候具有很高的查询效率。

三、分布式结构化拓扑结构的P2P 网络⒈这类拓扑结构的P2P 网络的研究重点在于如何有效地查找信息，最新成果是基于分布式散列表（DHT ）的分布式发现和路由算法。

⒉ 代表软件：Pastry 、Tapestry 、Chord 、CAN⒊ DHT 是由广域范围的大量结点共同维护的巨大散列表⒋ DHT 的结点是动态的，且数量巨大，非中心化和自组织成为两个重要的设计目标。

⒌ DHT 类结构能够自适应结点的动态加入和退出，有着良好的可扩展性、健壮性、结点ID 分配的均匀性和自组织能力。

⒍ DHT 的维护机制较为复杂，尤其是结点的频繁加入和退出造成的网络波动会极大地增加DHT 的维护代价。

四、混合式结构的P2P 网络⒈混合式结构的P2P 网络结合子集中式和分布式拓扑结构的P2P 网络的优点，在设计思想和处理能力上都得到进一步的优化。

混合式结构的P2P 网络在分布式模式的基础上将用户结点按能力进行分类，包括用户结点、搜索结点和索引结点，使某些结点担任特殊的任务。

⒉ 目前使用混合式结构的P2P 网络系统有：Skype 、Kazaa 、eDonkey 、BitTorent 和PPLive网络结点查询流下载流8.2.3 P2P 网络的应用⒈分布式科学计算⒉文件共享⒊协同工作⒋分布式搜索引擎⒌流媒体直播8.3 即时通信系统⒈1996年11月，以色列Mirabils 公司推出了世界上第一个即时通信软件⒉目前，国内使用较多的IM 软件有QQ 、网易泡泡、新浪UC 。

国外知名的即时通信软件有MSN Messenger 和Yahoo Messenger 等。

8.3.1 即时通信系统概述⒈定义：⑴即时通信（IM ）是一种基于Internet 的通信服务，它提供近实时的信息交换和用户状态跟踪。

⑵RFC 2778文件描述了即时通信息系统的功能，正式为通信系统勾勒出了模型框架。

在RFC 2778中，即时消息系统被定义为：允许用户相互订阅并获取彼此的状态变更信息，以便用户间相互收发短信。

⒉ 功能：除了提供实时消息交换和状态跟踪服务外，即时通信（IM ）系统一般还包括以下附加功能：①音频/视频聊天②应用共享③文件传输④文件共享⑤游戏邀请⑥远程助理⑦白板。

8.3.2 即时通信系统的基础通信模式一、P2P 通信模式该模式在即时通信系统中体现为消息交换时不通过服务器进行处理。

该过程也有两种模式：1)客户端获得好友消息的时候，服务器端已经将每个好友的端口和远程地址发送到了客户端。

2)客户端在试图建立与好友之间的连接时，需要服务器端询问好友的远程地址和端口。

在得到上述的好友远程地址与端口后，客户端直接连接另一客户端，实现点到点的通信。

其结构模式图入下：查询流下载流二、中转通信模式在该模式中，当一个客户端与另一个客户端之间进行消息交互时，其携带了被请求方的唯一标识ID ，由服务器端根据数据包中包含的来源（From ）、目的地（To ）信息查询通信地址表，并将信息进行组织，然后再转发到目的地。

8.3.3即时通信实例即时通信软件QQ 的通信过程如下：⒈QQ 用户登录过程⒉QQ 聊天通信过程⒊QQ 文件传输过程8.3.4 即时通信系统的通信协议目前，IM 通用的协议主要有两个代表：⒈ 基于SIP 协议框架的SIMPLE 协议集(SIMPLE 协议集是对SIP 协议的扩展，以使其更好的支持IM 服务)⒉ 基于JABBER 协议框架的XMPP 协议集（XMPP 协议集是基于XML 语言定义描述的IM 协议）一、SIP 协议客户端1客户端22的远程地址和端口2的远程地址和端口DNS 服务器DNS 服务器⒈称为会话初始化协议，所谓会话就是指用户之间的数据交换。