网络层协议多播实现：让数据高效“群发”

你有没有想过，为什么直播平台能同时让成千上万人看到同一个画面，而服务器不会瞬间崩溃？其实背后有个关键技术在默默支撑——网络层协议的多播实现。它不像单播那样一对一传输，也不像广播那样无差别“喊话”，而是精准地把一份数据“群发”给所有需要的设备。

多播是怎么工作的？

想象你在公司群里发一条通知：“下午三点开会”。如果用单播，就得挨个私聊每个人，效率低还容易漏掉。而多播就像是往一个特定的“会议室频道”里发消息，所有加入这个频道的人自动收到，没进来的也打扰不到。

在网络世界里，这个“会议室”就是多播地址。IPv4 中有一段专门保留的地址范围（224.0.0.0 到 239.255.255.255），用于标识不同的多播组。比如 224.0.0.1 表示本地网络中的所有主机，而 239.192.1.1 可能是某个视频会议系统的专用频道。

IGMP 协议：加入多播组的“入场券”

主机想接收多播数据，得先告诉本地路由器：“我要加入这个组。”这个过程靠的是 IGMP（Internet Group Management Protocol）。当你打开一个直播页面，播放器会触发系统发送 IGMP 加入报文，路由器就知道要给你转发对应组的数据流了。

路由器之间则通过 PIM（Protocol Independent Multicast）这类协议协调转发路径，构建一棵从源到多个接收者的“分发树”，避免重复传输浪费带宽。

简单代码看多播通信

下面是一个简单的 UDP 多播发送端示例，用 Python 实现：

import socket

# 创建UDP套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 设置TTL，控制多播范围（例如：1表示只在本地网络）
ttl = 1
sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_MULTICAST_TTL, ttl)

# 多播组地址和端口
multicast_group = ('224.1.1.1', 5007)

# 发送数据
message = b'Hello, multicast world!'
sock.sendto(message, multicast_group)
sock.close()

对应的接收端需要绑定到多播地址，并加入组：

import socket

# 创建UDP套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind(('', 5007))

# 加入多播组
group = socket.inet_aton('224.1.1.1')
mreq = group + socket.inet_aton('0.0.0.0')
sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_ADD_MEMBERSHIP, mreq)

# 接收数据
while True:
    data, addr = sock.recvfrom(1024)
    print(f'Received from {addr}: {data.decode()}')

多播在现实中的应用

除了在线直播，企业内部的远程培训、校园里的同步授课、金融行情推送，甚至智能家居中多个设备同步状态更新，都在悄悄使用多播技术。它减轻了服务器压力，也节省了网络资源。

不过多播也有局限。公网环境对多播支持并不普遍，很多运营商默认不转发多播流量，所以大规模互联网服务更多采用“伪多播”——用单播模拟群发，或者借助 CDN 分发。

但在局域网这种可控环境中，多播依然是提升效率的好帮手。了解它的原理，能帮你更清楚地判断哪些场景适合部署，也能在排查网络延迟或丢包时多一个思考方向。