组播基本概念、IGMP、IGMP监听学习笔记

前言

一直对组播这个概念迷迷糊糊，特别是交换机处理组播的方式，非常想搞懂但是懒癌发作。这几天终于耐心地看了下有关组播的资料，大致了解了一下同一广播域内组播的相关知识。组播占了计算机网络的一大部分，特别是组播路由这一块，知识点、名词非常多，要完全掌握并不是一件容易的事情。下面跟大家分享一下我的学习经验，如有错误请提出，谢谢。

还有，此文全部组播均为IPv4环境下的组播，IPv6的组播跟IPv4完全不同，请注意区分。

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为什么需要组播

简单来说，就是因为在一些诸如视频点播的应用时，单播对主机的压力太大、而广播又对网络链路的压力太大。所以……

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组播IP地址

• 224.0.0.0～239.255.255.255 所有组播地址
• 224.0.0.0～224.0.0.255 有特殊用途的组播地址（不能被路由）
• 224.0.0.1 同一网段所有主机
• 224.0.0.2 同一网段所有组播路由器
• 224.0.1.0～238.255.255.255 公网组播地址
• 239.0.0.0～239.255.255.255 私网组播地址

摘自：维基百科

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组播IP地址和MAC地址的关系

组播MAC地址的高24bit位是以01-00-5E开头，低23bit为组播IP地址的低23bit。
由于IP组播地址的高4bit是1110，标识了组播组，而低28bit中只有23bit被映像到组播MAC地址上，这样IP组播地址中就会有5bit没有使用，从而出现了32个IP组播地址映像到同一MAC地址上的结果。

 

组播IP、MAC映射

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IGMP简介

网路群组管理协议（Internet Group Management Protocol或简写IGMP)是用于管理网路协议多播组成员的一种通信协议。IP主机和相邻的路由器利用IGMP来创建多播组的组成员。像ICMP用于单播连接一样，IGMP也是IP多播说明的一个完整部分。 IGMP为互联网协议的一种，属于开放系统链接(OSI) 模块的第三层协议，IP主机用它将主机的多点发送成员人数报告给临近的多点发送路由器。

摘自：维基百科

IGMP目前有三个版本，目前用的最多的是IGMPv2。IGMPv1主要基于查询和响应机制来完成对组播组成员的管理；IGMPv2增加了查询器选举机制和离开组机制；IGMPv3在兼容和继承IGMPv1和IGMPv2的基础上，进一步增强了主机的控制能力，并增强了查询和报告报文的功能。

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IGMPv2报文分类和详解

一、查询报文

该报文由组播路由器发出。可细分为通用查询报文和特定组查询报文。组播路由器定时发出通用查询报文（下图的组播路由器每125s发送一次）。通用查询报文的目标IP为224.0.0.1（所有主机），IGMP报头内的组播IP为0.0.0.0。用来查询该网段有哪些组播组的成员。特定组查询报文的目标IP则是要查询的组播组地址。

 

查询报文抓包

二、报告报文

该报文由主机发出。可对组播路由器发出的查询报文进行回应，同时主机在主动加入特定组的时候，也会主动发送该报文报告。报告报文的目标IP和IGMP报头内的组播IP均为主机加入的组播组地址（注意！这里虽说是回应路由器的，但是数据包的目标IP不是路由器）。

 

报告报文抓包

三、离开报文（仅限IGMPv2和v3）

该报文由主机发出。当主机离开组播组时发送此报文，向组播路由器报告离开了特定的组播组。离开报文的目标IP为224.0.0.2（所有组播路由器），IGMP报头内的组播IP为特定离开组的IP。

 

离开报文抓包

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交换机处理组播的方式

1、一切没有开启或不支持IGMP监听功能的交换机，组播数据包都以广播的形式在广播域内泛洪。
2、开启IGMP监听功能的交换机的每个VLAN会维护一个组播地址表。当收到组播数据包时，如果表中含有该数据包组播IP的条目，则按照表中的组播IP向对应的端口进行转发，否则以广播的形式在广播域内泛洪。

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交换机的组播地址表样式

包类型	组播IP	所在端口
IGMP	224.0.0.251	1
IGMP	224.0.0.251	2, 3, 4

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交换机组播地址表的学习和维护（IGMP监听过程）

(假设当前只有一个VLAN)
1、当组播路由器发出IGMP通用查询报文然后收到主机回应的IGMP报告报文时，交换机会把收到回应的端口和对应的组播地址学习到组播地址表中（其实只要是IGMP报告报文，都会学习，不管有没有事先查询）。如下图所示：

 

图解

2、当主机发出IGMP离开报文时，组播路由器会发送IGMP特定组查询报文。如果该端口在一定时间内得不到回应，则删除条目对应的端口；如果得到回应则不删除。当开启端口快速离开功能时，一旦该端口收到离开报文，交换机将立即删除条目对应的端口。
3、和MAC地址表一样，自动学习到的条目都有老化时间。若在一定时间内没有收到对应组播地址某个端口上的IGMP报告报文，条目上相应的端口会自动删除。当所有端口都被删除时，条目则自动删除。
4、组播地址表的学习和维护全靠IGMP监听（不考虑CGMP）。
5、如果网络中没有组播路由器，也就没有IGMP查询报文，组播地址表的建立将会变得十分困难（思科2960可以配置定期发送IGMP查询报文）。
6、除非把交换机配置成IGMP查询器，否则交换机不会发送任何IGMP报文，只会静静地监听。

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思科交换机的简单设置

1、全局开启IGMP监听（默认已开启）

switch(config)# ip igmp snooping

执行完上述命令之后所有VLAN都会开启IGMP监听。
2、为某个VLAN开启快速离开功能（可选）

switch(config)# vlan <VLAN ID>

switch(config-vlan)# ip igmp snooping fast-leave

作者：余泽楠
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來源：简书
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