组播网络需要基于多种组播协议才能建立转发路径：

• 工作在成员端网络的主要是IGMP（Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议）协议

用于告知组播网络，组成员的位置与所加组播组。

• 工作在组播转发网络的协议主要有PIM，MSDP，MBGP。
  • PIM（Protocol Independent Multicast，协议无关组播）协议主要作用是生成AS域内的组播分发树。
  • MSDP（Multicast Source Discovery Protocol，组播源发现协议）主要作用是帮助生成AS域间的组播分发树。
  • MBGP（Multicast BGP，组播BGP）主要作用是帮助跨域组播流进行RPF校验。

2.IGMPv2介绍

IGMPv1在离组机制与查询器选举机制上有一定缺陷：

• IGMPv1离组使用超时机制，组成员只能静默离组。在未超时的时间内，组播流量依然会被组播路由器转发。
• IGMPv1查询器选举必须要依赖PIM协议，导致查询器选举不够灵活。

IGMPv2改善了IGMPv1的缺陷：

• IGMPv2组成员加组机制与IGMPv1基本相同

• IGMPv2增加了离开组机制
• IGMPv2增加了查询器选举机制

IGMPv2能与IGMPv1兼容。

IGMPv2报文格式

为了改善组成员离开机制，IGMPv2新增了两种报文：

• 成员离开报文（Leave）：成员离开组播组时主动向查询器发送的报文，用于宣告自己离开了某个组播组。成员离开报文目的地址为224.0.0.2。

(IGMPv1普遍组查询报文与成员关系报告报文均为组播报文，目的地址为224.0.0.1)

• 特定组查询报文（Group-Specific Query）：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。特定组查询报文目的地址为所查询组播组的组地址。

IGMPv2对普遍组查询报文格式也做了改进，添加了最大响应时间（Max Response Time）字段。此字段取值可以通过命令配置，用于控制成员对于查询报文的响应速度。

IGMPv2报文格式如下：

IGMPv2报文各字段说明：

• Type：
  • 报文类型。该字段有以下四种取值：
  • 0x11:表示查询报文。IGMPv2的查询报文包括普遍组查询报文和特定组查询报文两类。
  • 0x12:表示IGMPv1成员关系报告报文。
  • 0x16:表示IGMPv2成员关系报告报文。
  • 0x17:表示成员离开报文。
• Max Response Time：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。
• Group Address：
  • 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。
  • 在成员关系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。

IGMPv2查询器选举机制

IGMPv2组成员加组机制与IGMPv1一致，不再赘述。

IGMPv2查询器选举机制与IGMPv1有较大差异。IGMPv2使用独立的查询器选举机制，当共享网段上存在多个组播路由器时，IP地址最小的路由器成为查询器。

非查询器上都会启动一个定时器（即其他查询器存在时间定时器Other Querier Present Time默认125s）。在该定时器超时前，如果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过程。

IGMPv2组成员离开机制

组播组成员向本地网段内的所有组播路由器（目的地址为224.0.0.2）发送针对组G1的离开报文。

• 查询器收到离开报文，会发送针对组G1的特定组查询报文。发送间隔和发送次数可以通过命令配置，缺省情况下每隔1秒发送一次，共发送两次。同时查询器启动组成员关系定时器（Timer-Membership=发送间隔x发送次数）。
• 如果该网段内还存在组G1的其他成员，这些成员在收到查询器发送的特定组查询报文后，会立即发送针对组G1的报告报文。查询器收到针对组G1的报告报文后将继续维护该组成员关系。
• 如果该网段内不存在组G1的其他成员，查询器将不会收到针对组G1的报告报文。在Timer-Membership超时后，查询器将删除（*，G1）对应的IGMP组表项。当有组G1的组播数据到达查询器时，查询器将不会向下游转发。

新组成员加入机制

图4 新组成员加入示意图

如图4所示，主机HostC加入组播组G2的过程如下：

1. 主机HostC不等待普遍组查询报文的到来，主动发送针对G2的报告报文以声明加入。
2. IGMP查询器接收到HostC的报告报文后，了解到本网段内出现了组播组G2的成员，则生成组播转发项（*，G2）。网络中一旦有G2的数据到达路由器，将向该网段转发。

3.IGMPv3介绍

出于安全考虑，组播组成员可以只选择接收从特定组播源发来的组播数据。组成员需要告知组播网络，接收来自哪些特定组播源的组播流量。

IGMPv1与IGMPv2的报文中均无法携带组播源的信息，因此无法配合SSM使用（可使用SSM Mapping功能解决这个问题）。

IGMPv3主要是为了配合SSM（Source-Specific Multicast）模型发展起来的，提供了在报文中携带组播源信息的能力，即主机可以对组播源进行选择。

IGMPv3大部分工作机制与IGMPv2类似：

• 查询器选举机制一致：IP地址小的为查询器。

• 使用普遍组查询报文查询组成员加组信息。

• 使用特定组查询报文查询特定组播的成员存活情况。

IGMPv3需要支持上报组播源信息，与IGMPv2相比IGMPv3的变化如下：

• IGMPv3查询报文除了包含普遍组查询报文和特定组查询报文，还新增了特定源组查询报文（Group-and-Source-Specific Query）。
• IGMPv3成员关系报告报文不仅包含主机想要加入的组播组，而且包含主机想要接收来自哪些组播源的数据。
• 由于同个组播组的不同成员可能希望接收来自不同源的组播，因此IGMPv3无需成员关系报告报文抑制机制。
• IGMPv3没有定义专门的成员离开报文，成员离开通过特定类型的报告报文来传达。

IGMPv3报文格式

查询报文

IGMPv3的查询报文共有三类：

• 普遍组查询报文（General Query）。该报文作用与IGMPv1,IGMPv2中的普遍组查询报文作用一致。
• 特定组查询报文（Group-Specific Query） 。该报文作用与IGMPv2中的特定组查询报文作用一致。
• 特定源组查询报文（Group-and-Source-Specific Query）。该报文用于查询该组成员是否愿意接收特定源发送的数据。特定源组查询通过在报文中携带一个或多个组播源地址来达到这一目的。

IGMPv3查询报文格式如下：

IGMPv3查询报文重要字段说明：

• Type：报文类型，取值为0x11。
• Max Response Code：最大响应时间。成员主机在收到IGMP查询器发送的普遍组查询报文后，需要在最大响应时间内做出回应。
• Group Address：组播组地址。在普遍组查询报文中，该字段设为0；在特定组查询报文和特定源组查询报文中，该字段为要查询的组播组地址。
• Number of Sources：报文中包含的组播源的数量。对于普遍组查询报文和特定组查询报文，该字段为0；对于特定源组查询报文，该字段非0。此参数的大小受到所在网络MTU大小的限制。
• Source Address：组播源地址，其数量受到Number of Sources字段值大小的限制。

成员关系报告报文

IGMPv3成员关系报告报文除了通告组成员的加组信息外，还能通告组成员希望接收的组播源信息。通告组播源主要有两种模式：

• INCLUDE：希望接收来自特定组播源的组播流量
• EXCLUDE：希望过滤来自特定组播源的组播流量

成员关系报告报文中的组播组信息和组播源信息的关系会记录在组记录（Group Record）字段，发送给IGMP查询器。IGMPv3成员关系报告报文的目的地址为224.0.0.22，报文格式如下：

在IGMPv3中一个成员关系报告报文可以携带多个组播组信息，而之前的版本一个成员关系报告只能携带一个组播组。这样在IGMPv3中报文数量大大减少。

IGMPv3成员关系报告报文重要字段说明：

• Type：报文类型，取值为0x22。
• Number of Group Records：报文中包含的组记录的数量。
• Group Record：组记录。

Group Record重要字段说明：

Record Type：组记录的类型。共分为三大类。

• 当前状态报告。用于对查询报文进行响应，通告自己目前的状态，共两种：一种是MODE_IS_INCLUDE，表示接收源地址列表包含的源发往该组的组播数据。如果指定源地址列表为空，该报文无效；另一种是MODE_IS_EXCLUDE，表示不接收源地址列表包含的源发往该组的组播数据。
• 过滤模式改变报告。当组和源的关系在INCLUDE和EXCLUDE之间切换时，会通告过滤模式发生变化，共两种：一种是CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，表示过滤模式由EXCLUDE转换到INCLUDE，接收源地址列表包含的新组播源发往该组播组的数据。如果指定源地址列表为空，主机将离开组播组；另一种是CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，表示过滤模式由INCLUDE转换到EXCLUDE，拒绝源地址列表包含的新组播源发往该组的组播数据。
• 源列表改变报告。当指定源发生改变时，会通告源列表发生变化，共两种：一种是ALLOW_NEW_SOURCES，表示在现有的基础上，需要接收源地址列表包含的组播源发往该组播组的组播数据。如果当前对应关系为INCLUDE，则向现有源列表中添加这些组播源；如果当前对应关系为EXCLUDE，则从现有阻塞源列表中删除这些组播源；另一种是BLOCK_OLD_SOURCES，表示在现有的基础上，不再接收源地址列表包含的组播源发往该组播组的组播数据。如果当前对应关系为INCLUDE，则从现有源列表中删除这些组播源；如果当前对应关系为EXCLUDE，则向现有源列表中添加这些组播源。

Number of Sources：本记录中包含的源地址数量。

Multicast Address：组播组地址。

Sources Address：组播源地址。

IGMPv3普遍组查询

• IGMPv3的成员关系报告报文能够携带组播源信息(想要接收来自哪些组播源的数据)。
• IGMPv3成员关系报告报文没有成员关系报告报文抑制机制。

IGMPv3组成员离组机制

IGMPv3没有专门的成员离开报文，成员离开需要借助组成员关系报告实现。

IGMP查询器在收到改变源组对应关系的成员关系报告后，会发送特定源组查询报文，确认是否还有组成员存在。

改变源组关系的成员关系报告报文很多，比如：设备原来接收来自S1的组播数据，那么通过发布（G1，EXCLUDE，S1）报文或（G1，CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，S1）报文都可以改变源组关系 

特定源组加入

IGMPv3的成员报告报文的目的地址为224.0.0.22（表示同一网段所有使能IGMPv3的路由器）。通过在报告报文中携带组记录，主机在加入组播组的同时，能够明确要求接收或不接收特定组播源发出的组播数据。如图4所示，网络中存在S1和S2两个组播源，均向组播组G发送组播数据，Host仅希望接收从组播源S1发往组播组G的信息。

图4 特定源组的组播数据流路径

如果Host和组播路由器之间运行的是IGMPv1或IGMPv2，Host加入组播组G时无法对组播源进行选择，无论其是否需要，都会同时接收到来自组播源S1和S2的数据。如果采用IGMPv3，成员主机可以选择仅接收S1组播数据。

• 方法一：Host发送IGMPv3报告（G，INCLUDE，(S1)），仅接收源S1向组播组G发送的数据。
• 方法二：Host发送IGMPv3报告（G，EXCLUDE，(S2)），不接收指定源S2向组播组G发送的数据，从而仅有来自S1的组播数据才能传递到Host。

IGMP各版本间的差异