在计算机网络中，广播是指一种通信方法，其中消息从一个节点发送到网络内的所有其他节点。
这一概念在网络领域至关重要，并延伸至其他领域，如无线电和电视，其中信号被传输到一定范围内的所有接收器。
在本文中，我们将探讨计算机网络中广播的复杂性、其类型、优点和缺点，以及它与多播等类似通信方法的比较。
了解计算机网络中的广播
在计算机网络中，广播是一种通信过程，它使数据能够从一个发送者传输到网络内所有可能的接收者。
与单播（一对一）或多播（一对多）不同，广播可确保网络中的每个节点都能收到消息。
这对于发送需要普遍确认的信息（例如网络公告或更新）特别有用。
广播机制涉及将数据包的目标地址设置为特殊的广播地址。
对于 IPv4 网络，此地址通常为 255.255.255.255，这表示应将消息传递到本地网络上的所有节点。
广播示例
广播通常用于各种网络协议和场景：
地址解析协议 (ARP) 请求：当设备需要将 IP 地址解析为其对应的 MAC 地址时，它会以广播消息的形式发送 ARP 请求。网络上的每个设备都会收到此请求，但只有具有匹配 IP 地址的设备才会响应。
动态主机配置协议 (DHCP) 请求：当设备连接到网络并需要分配 IP 地址时，它会广播 DHCP 请求。DHCP 服务器会以适当的 IP 配置进行响应。
广播类型
根据广播的范围和应用，广播可分为三类主要类型：
1. 有限广播
在有限广播中，消息会发送到同一本地网络内的所有节点。广播不会超出此本地域。
此类型的 IPv4 广播地址为 255.255.255.255。此方法通常用于不需要全球覆盖的本地网络通信。
2. 定向广播
定向广播涉及向特定子网而不是整个本地网络内的所有节点发送消息。
这是通过将目标 IPv4 地址的主机位设置为 1 来实现的（例如，192.168.1.255）。当通信需要限制在更广泛的网络的特定部分时，定向广播非常有用。
3.子网广播
子网广播针对的是更广泛的网络架构中的特定子网。每个子网都有自己的广播地址，即该子网范围内的最高可能地址。
例如，如果子网地址为 192.168.1.0，子网掩码为 255.255.255.0，则其广播地址为 192.168.1.255。
广播的优势
广播具有多种优势，使其成为联网中的重要工具：
沟通便利
广播的主要优势之一是其简单性。它无需与每个节点建立单独的连接（点对点通信），即可向所有节点传递消息，从而大大减少了时间和处理开销。
网络故障排除
广播可以让管理员向整个网络发送诊断消息，从而帮助识别网络问题或安全威胁。
减少网络流量
虽然这看起来似乎违反直觉，但当需要通用消息传递时，与单播或多播方法相比，广播可以减少总体网络流量。它消除了多次单独传输的需要。
广播的缺点
尽管广播有诸多优点，但它也存在一些缺点：
广播风暴
当太多设备同时发送额外广播来响应广播消息时，就会发生广播风暴。这可能会导致网络流量过大和潜在的网络故障。
控制有限和安全问题
广播无法控制谁接收消息，因为它会无差别地发送到所有节点。如果不考虑安全隐患，不应广播敏感信息。
可扩展性问题
当网络规模较大或者涉及大量设备时，广播的扩展性较差，因为它可能导致拥塞和效率低下。
广播的工作原理：分步过程
从技术层面理解广播的功能涉及几个关键步骤：
启动：发送方将目标地址设置为目标网络的广播地址。
封装：将报文封装到网络帧中，其目标MAC地址设置为广播MAC地址。
传输：封装的消息通过网络传输。
接收：网络上的所有设备接收此消息并检查其是否与其 IP 地址匹配。
处理：识别为预期接收者的设备将处理该消息；其他设备则丢弃该消息。
计算广播地址
计算广播地址需要了解 IP 寻址和子网划分：
A 类示例：对于具有默认子网掩码 255.0.0.0 的 IP 地址（如 10.20.15.3），对每个八位字节级别的反转子网掩码执行按位或运算，以确定广播地址（例如，10.255.255.255）。
C 类示例：对于子网掩码为 255.255.255.248 的 IP 地址 192.168.3.33，使用按位运算进行计算，直到八位字节中出现非零值，然后应用其他步骤进行最终八位字节计算（例如，得到 192.168.3.39）。
广播与多播的比较
虽然广播和多播都涉及从一个发送者向多个接收者发送消息，但它们有着根本的不同：
| 范围 | 广播 | 多播 |
| 定义 | 消息发送到网络中的所有节点 | 网络中的所有设备 |
| 网络开销 | 由于普遍配送，因此价格较高 | 由于定向投放而降低 |
| 寻址 | 使用广播地址（例如 IPv4：192…10） | 使用特殊的多播地址 |
| 收件人 | 网络中的所有设备 | 消息仅发送给特定的一组节点 |
| 例子 | ARP 请求 | 与特定客户进行视频流/会议 |
广播仍然是网络的一个重要组成部分，因为它能够有效地在整个网络中传播信息，而不需要复杂的基础设施变更或单播或多播系统典型的配置——尽管今天所见的开放式传送方法存在潜在的安全问题！
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