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Hale Waihona Puke 二层组播转发原理与 IGMP Snooping 介绍
目录
1. IP 组播概述..................................................................................................................................2 1.1 IP 组播的必要性................................................................................................................2 1.2 组播 IP 地址......................................................................................................................2 1.3 组播地址划分....................................................................................................................3 1.4 组播地址映射....................................................................................................................3 1.5 组播通信与相关协议框架...............................................................................................4
图 1 IP 组播与单播转发模型对比
1.2 组播 IP 地址
IP 组播地址用于标识一个 IP 组播组。IANA 把 D 类地址空间分配给 IP 组播，其范围是从 224.0.0.0 到 239.255.255.255。IP 组播地址前四位均为 1110。见表 1
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八位组（1） 1110XXXX
2. 二层组播转发原理 ....................................................................................................................5 3. IGMP 与 IGMP Snooping ............................................................................................................5
239.255.255.255
本地管理 组播地址
238.255.255.255
用户组播地址
224.0.0.255
预留组播地址
224.0.0.0
图 2 组播地址划分
1.4 组播地址映射
MAC 地址有 48 位，但它通常被表示为 12 位的十六进制数，如 00:0a:5a:10:c6:02、 00-0c-f1-7a-f4-72。 M A C 地址全球唯一，由 IEEE 对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成，分别 是供应商代码和序列号。其中前 24 位二进制代表该供应商代码。剩下的 24 位由厂商自己分 配。如果 48 位全是 1，则表明该地址是广播地址。如果第 8 位是 1，则表示该地址是组播地 址。IP 通信时，单播地址可根据 ARP 协议获取对应的 MAC 地址，那根据 IP 组播地址如何 获取 MAC 组播地址呢，也是有明确规定的，参见图 3。以太网和 FDDI 的 MAC 地址 01:00:5E:00:00:00 到 01:00:5E:7F:FF:FF 用于将三层 IP 组播地址映射为二层地址，即 IP 组播 地址中的低 23 位放入 IEEE MAC 地址的低 23 位。IP 组播地址有 28 位地址空间，但只有 23 位被映射到 IEEE MAC 地址，这样会有 32 个 IP 组播地址映射到同一 MAC 地址上。
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1. IP 组播概述
1.1 IP 组播的必要性
传统的 IP 通信是在一个源 IP 主机和一个目标 IP 主机之间（单播）或者一个源 IP 主机和网 络中所有的 IP 主机之间（广播）进行的。如果我们要将信息发送给网络中的多个而非所有 IP 主机，要么采用广播方式，要么由源 IP 主机分别向网络中的多个目标 IP 主机单播发送 IP 包。广播方式不仅会将信息发送给不需要的 IP 主机而浪费带宽，也可能由于路由回环引起 一场严重的广播风暴；单播方式由于 IP 包的重复发送而白白浪费掉大量带宽，也增加了服 务器的负载。可以说传统的 IP 通信技术不能有效地解决单点发送多点接收的问题。 组播是指信源将信息发向所有网络节点的某个确定子集的点到多点的通信形式。IP 组播是 指在 IP 网络中数据包以尽力传送的形式发送到所有网络节点的某个确定子集，这个子集称 为组播组。IP 组播的基本思想是源 IP 主机只发送一份数据，一个或多个接收者可接收相同 数据的拷贝。即允许源 IP 主机向网上所有 IP 主机的一部分（子集）发送 IP 分组，只有该 子集内的主机（目标主机）可以接收该分组，而网络中其它 IP 主机不能收到该分组。这种 逻辑上的子集（目标主机）就是组播组，用 D 类 IP 地址（224.0.0.0～239.255.255.255） 来标识。 IP 组播技术有效地解决了单点发送多点接收、多点发送多点接收的问题，实现了 IP 网络中 点到多点的高效数据传送,能够有效地节约网络带宽、降低网络负载。IP 组播技术在实时数 据传送、网络电视、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都有广泛的应用。组播 与单播转发模型参见图 1。
表 1 D 类 IP 地址格式 八位组（2） 八位组（3） XXXXXXXX XXXXXXXX
八位组（4） XXXXXXXX
1.3 组播地址划分
IP 组播地址划分参见图 2。224.0.0.0 保留不做分配。IANA 预留 224.0.0.1 到 224.0.0.255 的 组播地址，为路由协议以及其他低级拓扑查找及维护协议使用，如 IGMP 用到组播地址 224.0.0.1、224.0.0.2、224.0.0.22，RIPv2 的地址为 224.0.0.9，OSPF 用到组播地址 224.0.0.5 和 224.0.0.6。预留组播地址属于局部范畴，不论生存时间字段（TTL）值是多少，都不会被 IP 路由器转发。239.0.0.0 到 239.255.255.255 被用作本地组播管理地址。其余组播地址作为 用户组播地址。当 IP 层收到组播数据报文（即目的 IP 为用户组播地址）时，根据组播转发 表进行转发。
3.2.1 IGMPv1 的报文格式..............................................................................................6 3.2.2 报文介绍与处理说明...........................................................................................6 3.3 IGMPv2 介绍 .....................................................................................................................7 3.3.1 IGMPv2 报文格式说明..........................................................................................7 3.3.2 报文介绍与处理说明...........................................................................................7 3.4 IGMPv3 介绍 .....................................................................................................................8 3.4.1 IGMPv3 报文格式说明..........................................................................................8 3.4.2 IGMPv3 查询报文介绍..........................................................................................8 3.4.3 IGMPv3 报告报文介绍........................................................................................10 3.4.4 IGMPv3 报文处理说明........................................................................................13 3.5 IGMP 三个版本对比.......................................................................................................14 4. IGMP Snooping 介绍 ................................................................................................................14 4.1 IGMP Snooping 概述 ......................................................................................................14 4.2 IGMP Snooping 基本概念 ..............................................................................................15 4.3 IGMP Snooping 的处理过程 .........................................................................................15 后记 ................................................................................................................................................16