IGMP协议原理与配置

IGMP协议：因特网组管理协议
(在路由器与客户端间，不属于组播路由协议；组播路由协议：应用与路由器之间，传播路由，维护组播路由表)

作用：是TCP/IP协议族中负责IP组播成员管理的协议，用来在接收者和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系

接收端如何接收组播数据：
接收者与路由器间需要交换哪些信息？
接收者需声明自己要接收哪个组的数据
路由器需了解哪些组播组存在接收者

  人工静态配置这些信息，有哪些问题？
       1. 实时性差。
        2. 灵活性差。
        3.工作量大、易出错。

实现高效转发、灵活加组的网络，该如何部署？

组成员管理 - IGMP：IGMP协议运行于主机与组播路由器之间，建立、维护组播组成员关系

  IGMP协议的作用：
               主机侧：通过IGMP协议向路由器通告组成员关系
               路由器侧：通过IGMP协议维护组成员关系

       所有报文TTL值默认为1

   IGMP协议的版本：
          1.IGMPv1：
               工作机制：
                       1.普遍组查询与响应：周期60
                       2.响应抑制机制：组成员收到普遍组查询报文后启动本地所属组定时器（0-10s随机值，单位为1s，最大响应时间默认10s），到时后发送成员关系报告，同组内成员监听到有成员发送了成员关系报告，停止组定时器，且不再发送针对本组的成员报告报文
                           作用：可以减少网段上的协议流量（重复的成员关系报告）

                报文：
                      1.普遍组查询报文：是组播路由器周期性（60s）向局域网内所有主机以组播的形式发送查询报文，本地网段所有路由器和主机都能识别并接收；任何组播组成员都回应成员关系报告，查询报文中的组地址字段为0.0.0.0，代表所有查询的任意组，收到该报文的主机把自己所属组发送成员关系报告给组播路由器
                       2.成员关系报告报文：包含所属组的所有成员信息（只能携带一个组的组播组信息）
                             分两种：
                                    1.主机主动发给组播路由器，用于主动申请加入某个组播组的报文
                                     2.是收到IGMP的普遍组查询报文后，被动响应请求，而告知组播路由器所属组的报文，目的组地址字段是D类非224.0.0.X

                 IGMPv1成员加入：
                                1.主机主动申请加组：为了快速接收组播数据，不等待普遍组查询报文，主动发送成员关系报告
                                2.被动：收到IGMP的普遍组查询报文后，被动响应请求（等待0-60s）

                  IGMPv1问题：
                       1.组成员离开：静默离开；因此会导致组播路由器不知道组成员离开，会继续向下转发该组的组播数据，造成设备带宽浪费。
                                      解决办法：用普遍组查询报文，每60s发送一次，查询所有的组是否还存在成员，普遍组查询130s（60*2+10）没有收到响应，则路由器认为该组不存在组播成员，删除对应的组播转发项。（IGMPv1中没有专门定义离开组的消息）
                        2.查询器选举：依赖于组播路由协议
                               查询器是负责发送普遍组查询报文，如果出现多个组播路由器，那么谁发送普遍组查询报文？
         IGMPv1无查询选举机制，需要借助组播路由协议，就是依赖于上层协议PIM协助选举查询器
            
          2.IGMPv2（最常用）：
                 报文：
                     1. 查询报文：
                              普遍组查询报文：查询地址是0.0.0.0
                              特定组查询报文：被查询的组播地址，查询该组是否还有其他组成员s，目的IP：224.0.0.1
                      2.成员报告：成员关系报文（与V1一样），组地址为要加入的组播组地址（只能携带一个组的组播组信息）
                      3.离开报文：成员离开报文（V1不存在），组地址为主机要离开的组播地址

                IGMPv2对IGMPv1的改进：
                      1. 组成员离开 ：
                               1.组成员主动向查询器发送离开消息（该组最后一个组成员离开发送）
                                2.查询器向该组地址发送特定组查询，缺省间隔1s，发送2次（健壮系数）
                                3.若发送2次特定组查询之后仍没有收到成员报告，则认为该组播组不存在组播成员
                        2.查询器选举：独立的查询器选举机制
                                  选举：所有IGMPv2路由器在初始状态时都认为自己是查询器，向本地网段内的所有主机和路由器发送普遍组查询报文。其他路由器在收到该报文后，将报文的源IP地址与自己的接口地址作比较。IP地址最小的路由器将成为查询器，其他路由器成为非查询器
                                 IGMP的查询器和非查询器都会处理IGMP组加入信息，但是只有查询器负责发送查询报文。IGMP非查询器不处理IGMPv2离开报文 
                             非查询器：所有非查询器上都会启动一个定时器。若在该定时器超时前收到了来自查询器的查询报文，则重置该定时器；否则就认为原查询器失效并发起新的查询器选举

                  IGMPv1和IGMPv2报文比较：

        IGMPv1报文：
               版本：包含IGMP版本标识，因此设置为1。
               类型：普遍组查询 （0x11），成员关系报告 （0x12）。
               组地址：普遍组查询报文中，组地址为0；成员关系报告报文中，组地址为成员想要加入的组播组的地址。

IGMPv2报文：IGMPv2报文与IGMPv1报文略有不同，它取消了版本字段，增加了最大响应时间字段。
类型：相比于IGMPv1，IGMPv2新增了两种报文：
特定组查询报（0x11）：查询器向共享网段内指定组播组发送的查询报文，用于查询该组播组是否存在成员。
成员离开报文（0x17）：成员离开组播组时主动向路由器发送的报文，用于宣告自己离开了某个组播组。
最大响应时间：表示主机响应查询返回报告的最大时间。
对于普遍组查询，最大响应时间默认为10秒。
对于特定组查询，最大响应时间默认为1秒。
组地址：
普遍组查询报文中，组地址设置为0。
特定组查询报文中，组地址为需要查询的组地址。
在成员报告或离开组的消息中，组地址为需要报告或离开的组地址
3.IGMPv3：应用SSM的新需求：指定组播源，提供了在报文中携带指定组播源信息的能力
SSM模型中的新需求：只接收特定源发送的组播数据
工作机制：
接收端发送成员报告，指出希望加入或拒绝某些组播源发送的数据
报文：
查询报文：
普遍组查询报文：查询地址是0.0.0.0
特定组查询报文：被查询的组播地址，查询该组是否还有其他组成员
特定源组查询报文：查询该组成员是否愿意接收特定源发送的数据
成员报告报文：
成员关系报告：不仅包含了主机想要加入的主播组，还包含了主机想要接收来自哪个组播源的组播数据（可以携带多个组播组信息）
IGMPv3没有专门定义成员离开报文，成员离开报文是通过特定类型的报告报文来传达

IGMP各版本间的差异

二层中组播数据转发的问题：
组播数据在二层被泛洪 ：
IGMP报文是封装在IP报文内，属于三层协议报文，而二层设备不处理报文的三层信息，所以主机加组的过程二层设备并不知道，而且通过对数据链路层数据帧的源MAC地址的学习也学不到组播MAC地址（数据帧的源MAC地址不会是组播MAC地址），所有当二层设备在接收到一个目的MAC地址为组播MAC地址的数据帧时，在MAC地址表中就不会找到对应的表项。那么它就会采用广播方式发送组播报文

造成：网络资源浪费
存在安全隐患
解决：IGMP Snooping机制
IGMP Snooping工作原理：
使能IGMP Snooping机制后，查询响应仅向路由器接口转发

IGMP Snooping可以实现组播数据帧在数据链路层的转发和控制：
实现原理：使能IGMP Snooping功能后，二层设备通过侦听主机和路由器之间交互的IGMP报文建立和维护二层组播转发表，从而管理和控制组播数据帧在数据链路层按需转发。（通过分析报文中携带的信息：报文类型、组播组地址、接收报文的接口等），

IGMP Snooping建立和维护二层组播转发表的过程：
1.查询器周期性的发送普遍组查询，该报文被扩散到交换机的所有端口，包括与交换机CPU相连的内部接口0。交换机CPU收到查询报文后，判断1号接口为连接路由器的接口
2.Client B希望加入组播组224.1.2.3，因此以组播方式发送一个IGMP成员报告报文，报告中具有目的MAC地0x0100.5e01.0203。该报文将被发往路由器的接口以及交换机CPU相连的内部接口0；当CPU收到Client B的IGMP报告时，CPU利用IGMP报告中的信息将该接口加入二层组播转发表中，此时表项包括Client B的接口号，连接路由器的接口号和连接交换机内部CPU的接口号
3.形成此转发表项的结果是使后面任何目的地址为0x0100.5e01.0203的组播帧都被控制在端口0、1和3，而且不向交换机其他端口扩散

 加入组：主机主动发一个IGMP报告，交换机CPU收到此报告，它在转发表项上为该主机MAC地址增加一个端口