有小伙伴留言，表達(dá)了對(duì)于組播知識(shí)的渴求，那今天小老虎就再次化身知識(shí)傳播的使者給大家講一講組播的基礎(chǔ)架構(gòu)以及IGMP的概念。

組播multicast：在一個(gè)或跨越多個(gè)廣播域，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信需求，不存在強(qiáng)制性；比單播技術(shù)更加靈活、比廣播技術(shù)更加高效；廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)電視、在線直播、遠(yuǎn)程教育、視頻會(huì)議等對(duì)帶寬和數(shù)據(jù)交互實(shí)時(shí)性較高的信息服務(wù)。

單播unnicast：在一個(gè)或跨越多個(gè)廣播域，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信需求。

廣播broadcast：在同一個(gè)廣播域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信需求，存在強(qiáng)制性。

組播特點(diǎn)

1、?高效性：克服了廣播發(fā)送數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到多點(diǎn)之間高效的數(shù)據(jù)傳輸。

2、?節(jié)省資源：更好的帶寬利用，只針對(duì)組播組成員發(fā)送且不存在強(qiáng)制性，可以節(jié)省了信源主機(jī)和非組播組成員不必要的CPU和內(nèi)存消耗。

3、?時(shí)效性：發(fā)送源只需要發(fā)送一份數(shù)據(jù)，而目的地就可以同時(shí)接收到該數(shù)據(jù)。

4、 發(fā)送源主機(jī)和中間路由器都不必知道接收者的存在就可以直接發(fā)送。

5、 組播可以實(shí)現(xiàn)多對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的應(yīng)用。

注：組播只能基于UDP封裝且不能提供可靠傳輸機(jī)制；沒(méi)有序列號(hào)，報(bào)文發(fā)送容易亂序，一般需要通過(guò)添加實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蛄行?；組播在發(fā)送時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生環(huán)路和重復(fù)包。

組播源：信息的發(fā)送者稱(chēng)為"組播源"或"信源"。

組播路由器：提供組播功能的路由器稱(chēng)為"組播路由器"；組播路由器不僅提供組播路由功能，也提供組成員管理功能；同時(shí)也可以是一個(gè)或多個(gè)組播組的接收成員；同一組播組的成員可以廣泛分布在網(wǎng)絡(luò)中的任何地方，即"組播組"關(guān)系沒(méi)有地域限制；

組播組成員：相同信息的接收者構(gòu)成一個(gè)組播組，每個(gè)接收者都是"組播組成員"。

組播設(shè)計(jì)架構(gòu)

L3組播：信源/組播應(yīng)用程序--研發(fā)工程師

L2組播：組播路由器/組播動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議--網(wǎng)絡(luò)工程師

-IGP：PIM（協(xié)議無(wú)關(guān)組播）、DVMRP、MOSPF、CBT

注：PIM對(duì)IGP無(wú)要求，路由可達(dá)即可；而MOSPF基于單播OSPF基礎(chǔ)上運(yùn)行的。

-EGP：MSDP（組播源發(fā)現(xiàn)協(xié)議）、MP-BGP（BGP v4+）

注：MSDP可以實(shí)現(xiàn)跨越不同的AS發(fā)送和接收組播報(bào)文，結(jié)合MPBG一起使用；

L1組播：組播組成員/因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP--網(wǎng)絡(luò)工程師

注：通過(guò)交互IGMP報(bào)文，讓最后一跳路由器知道自己身后是否存在組播組成員；不存在就不發(fā)送；存在就延伸樹(shù)形結(jié)構(gòu)并將組播發(fā)送給組播組成員。

組播報(bào)文封裝：針對(duì)不同的應(yīng)用進(jìn)行不同的封裝

組播地址：標(biāo)識(shí)一組接收者，不能分配給某個(gè)網(wǎng)卡使用，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)位和主機(jī)位的說(shuō)法，也沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址（扁平化地址/32）；標(biāo)準(zhǔn)組織IANA將D類(lèi)地址空間分配給IPv4組播使用，范圍224.0.0.0 -- 239.255.255.255；

IPv4組播MAC地址：前24位地址位為01005E，第25位恒為0；后23位地址位是IP地址的后23位地址（32:1）；

IPv6組播MAC地址：將組播地址的后32提取出來(lái)，然后在前邊添加3333

因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP：運(yùn)行在最后一跳組播路由器和主機(jī)之間，用于建立、維護(hù)組播組成員關(guān)系；通過(guò)IGMP在路由器中記錄的信息判斷某個(gè)組播組是否在本地有組播組成員，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)功能：

1、主機(jī)通過(guò)發(fā)送IGMP報(bào)文通知路由器希望接收某個(gè)特定組播組的信息；

2、路由器通過(guò)IGMP報(bào)文周期性地查詢(xún)局域網(wǎng)內(nèi)的組播組成員是否處于活動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)所連網(wǎng)段組播組成員關(guān)系的收集與維護(hù)。

IGMP

IGMP報(bào)文封裝：

Ethernet2|IPv4|IGMP|FCS IP協(xié)議號(hào)為2

IGMPv1

IGMPv1（RFC 1112）中定義了基本的組成員查詢(xún)和報(bào)告過(guò)程；支持ASM模型

版本：IGMP版本為1

類(lèi)型：成員關(guān)系查詢(xún)報(bào)文Query（0x11）和成員關(guān)系通告報(bào)文Report（0x12）

校驗(yàn)和：防止報(bào)文被篡改、沖突。

組地址：當(dāng)用于成員關(guān)系通告時(shí)，組地址字段包含該組組播地址。

當(dāng)用于成員關(guān)系查詢(xún)時(shí)，本字段為0，并被主機(jī)忽略。

查詢(xún)報(bào)文Query：由最后一跳路由器60s/次周期發(fā)送，目的地址為224.0.0.1，TTL值為1；路由器給主機(jī)發(fā)送Query報(bào)文會(huì)形成一個(gè)IGMP查詢(xún)表，老化時(shí)間為180s，超過(guò)180s沒(méi)有收到通告報(bào)文就會(huì)刪除對(duì)應(yīng)的IGMP表項(xiàng)。

通告報(bào)文Report：由PC主機(jī)發(fā)送，分為主動(dòng)通告和針對(duì)查詢(xún)報(bào)文的通告。

IGMP離組：PC會(huì)靜悄悄的離組，不會(huì)通知路由器，最后一跳路由器在3個(gè)hello周期內(nèi)沒(méi)有收到Report報(bào)文會(huì)將該主機(jī)從IGMP查詢(xún)列表中刪除。

IGMP report supress優(yōu)化機(jī)制：一臺(tái)PC收到了路由器發(fā)送的Query報(bào)文，不能立馬去做Report確認(rèn)，PC開(kāi)啟一個(gè)隨機(jī)計(jì)時(shí)器，范圍為1-10s，取值為整數(shù)，在計(jì)時(shí)器過(guò)期后，其中的一臺(tái)PC會(huì)發(fā)送目的地址為該組組播地址的Report報(bào)文，最后一跳路由器和組內(nèi)其他成員收到這個(gè)Report報(bào)文后就會(huì)抑制報(bào)告發(fā)送。

當(dāng)一個(gè)域內(nèi)有多臺(tái)最后一跳路由器時(shí)，需要選舉出一臺(tái)路由器作為IGMP查詢(xún)者在IGMPv1中就需要由組播動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議(如PIM)選舉出唯一的指定路由器DR作為IGMP查詢(xún)者。

IGMPv2

IGMPv2（RFC 2236）在IGMPv1的基礎(chǔ)上添加了指定組查詢(xún)、組成員快速離開(kāi)的機(jī)制和最大響應(yīng)時(shí)間等機(jī)制；只支持ASM模型

類(lèi)型：

1）成員關(guān)系查詢(xún)（0x11）

-常規(guī)查詢(xún)：用于確定組播組有哪些成員，常規(guī)查詢(xún)地址由全零表示；

-指定組查詢(xún)：用于查詢(xún)特定的組播組是否還有組成員。

2）版本2成員關(guān)系通告報(bào)文（0x16）

3）版本1成員關(guān)系通告報(bào)文（0x12）

4）離組報(bào)文Leave Group message（0x17）

最大響應(yīng)時(shí)間：最大響應(yīng)時(shí)間為10s，響應(yīng)時(shí)間間隔為0.1s

校驗(yàn)和：防止報(bào)文被篡改、沖突。

組地址：在查詢(xún)消息中，發(fā)送一個(gè)常規(guī)查詢(xún)報(bào)文時(shí)組地址域設(shè)為0；發(fā)送一個(gè)特定組查詢(xún)報(bào)文時(shí)，則用該組的組播組地址；發(fā)送成員報(bào)告或離開(kāi)組的報(bào)文時(shí)，組地址保留了要報(bào)告或要離開(kāi)的組播組地址。

查詢(xún)者選舉：當(dāng)有多個(gè)最后一跳路由器時(shí)，路由器會(huì)互相發(fā)送Query報(bào)文進(jìn)行查詢(xún)者選舉（224.0.0.1），比較路由器的接口地址，地址小的路由器會(huì)被選舉為查詢(xún)者，查詢(xún)者周期性60s/次發(fā)送Query報(bào)文，鄰居路由器超過(guò)120s沒(méi)有收到Query報(bào)文，接口地址第二小的路由器成為查詢(xún)者（和PIM選舉的DR無(wú)關(guān)）

離組過(guò)程：主機(jī)在關(guān)閉組播應(yīng)用的時(shí)候會(huì)通過(guò)224.0.0.2給路由器發(fā)送離組報(bào)文Leave Group message，路由器收到離組報(bào)文后會(huì)立即發(fā)送Group-specific query（目的地址為離組報(bào)文發(fā)送的組播組地址）并將最大響應(yīng)時(shí)間修改為2s（思科只發(fā)送一次），路由器在2s內(nèi)收到主機(jī)的Report報(bào)文，會(huì)保留組播查詢(xún)表項(xiàng)。

路由器在2S內(nèi)沒(méi)有收到Report報(bào)文就會(huì)立即刪除對(duì)應(yīng)的IGMP表項(xiàng)。

Router#show ip igmp group（查看igmp表項(xiàng)）

Router#show ip igmp int e0/0查詢(xún)路由器接口igmp配置

IGMPv3

IGMPv3（RFC 3376）中增加的主要功能是成員可以指定接收或拒絕來(lái)自某些組播源的報(bào)文，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SSM模型的支持。

1、保留（Resv）：發(fā)送的時(shí)候以0填充，接收的時(shí)候不做處理，被忽略。

2、標(biāo)志位S（禁止路由器處理）：當(dāng)被設(shè)置成1時(shí)，表示任何接收路由器禁止更新它們?cè)谑盏讲樵?xún)時(shí)要更新的那些定時(shí)器。但它不禁止查詢(xún)者選舉或者普通的在路由器上執(zhí)行的(當(dāng)路由器作為一個(gè)組成員的時(shí)候)主機(jī)端的查詢(xún)處理。

3、查詢(xún)者的健壯變量(QRV)：如果不為0，QRV中包含中一個(gè)被查詢(xún)者使用的[健壯變量]的值，如果查詢(xún)者的健壯變量的值超過(guò)7，即QRV字段的最大值，那么QRV被設(shè)成0。路由器取最近收到的查詢(xún)中的QRV值作為它們自己的健壯性變量的值，除非最近收到的QRV是0，在這種情況下，接收者使用缺省的健壯性變量值，或者是一個(gè)靜態(tài)配置的值。

4、查詢(xún)者的查詢(xún)間隔代碼(QQIC)：指定查詢(xún)者使用的查詢(xún)間隔。

5、源數(shù)量Number_of_Source：表明該查詢(xún)中存在多少個(gè)源地址，在普通查詢(xún)或指定組查詢(xún)中這個(gè)值是0，在指定多個(gè)源的查詢(xún)中，這個(gè)值為非0值。

6、源地址Sourceaddress：n個(gè)IP單播地址的數(shù)組，n就是源數(shù)量字段的值。

在IGMPV3中它有了以下的改進(jìn)功能：

1、增加了組播組成員的控制能力；IGMP V3不僅可以指定要加入哪個(gè)組播組，還能明確要求從哪個(gè)指定組播源接受信息，這也是指定源組播功能。

2、響應(yīng)消息包含多組記錄：IGMP V3響應(yīng)消息包含的組地址為224.0.0.22，可以攜帶1個(gè)或多個(gè)組記錄，可以包含組播組地址、數(shù)目不等的源地址信息。

3、取消了Report的抑制機(jī)制、增加了指定源組查詢(xún)報(bào)文；取消了離組報(bào)文，需要結(jié)合第三方協(xié)議配合離組。