IGMP使用详解.doc

IGMP一、 Internet 组管理协议IGMP 是Internet 组管理协议(Internet Group Management Protocol)的缩写。IGMP 在TCP/IP 协议中的位置:应用层协议（FTP,HTTP,SMTP）TCP UDP ICMP IGMPIPARP RARPMACPHY在了解 IGMP 协议的之前，我们首先看看以太网对报文的处理方法。我们知道，目前使用的以太网（ethernet）有一个特点，当一个报文在一条线路上传输时，该线路上的所有主机都能够接收到这个报文。只是当报文到达MAC 层时，主机会检测这个报文是不是发送给自己的，如果不是该报文就会被丢弃。常用的抓包软件ethereal, sniffer 都可以捕获当前物理线路上的所有报文，不管该报文的目的地址是不是自己。以太网中有一种特殊的报文广播包其目的mac 地址全为0xff，所有的主机都必须接收。说到 IGMP 不能不提“组播”的概念。假如现在一个主机想将一个数据包发给网络上的若干主机，有什么方法可以做到呢？一个方法是采用广播包发送，这样网络上的所有主机都能够接收到，另一种方式是将数据包复制若干份分别发给目的主机。这两个方法都存在问题：方法一，广播的方法导致网络上所有的主机都能接收到，占用了网络上其他主机的资源。方法二，由于所有目的主机接收的报文都是相同的，采用单播方式显然效率很低。为了解决上面所述的问题，人们提出了“组播”的概念，控制一个报文发送给对该报文感兴趣的主机，IGMP 就是组播管理协议。我们来看一个简单的组播应用场景 PC，如何处理呢？首先STB 要发起一个连接请求，也就是IGMP report 报文，加入到电视直播的组播组中。同样当STB 要断开连接的时候就发送一个IGMP leave 报文。Router 也需要知道当前有哪些STB 加入了组播组，防止有的STB 异常掉线了，却依然占用系统资源。Router 周期性的发送IGMP query 报文查询组播组情况，STB 接到query 报文后发送report消息到router。当然还有一种报文就是IGMP data，用来传输组播数据。这基本上就是IGMP协议的基本流程了。二、 组播实现1. IP 组播组与组播MAC二层组播MAC 定义为：01:00:5e:xx:xx:xx，其中xx 由三层的IP 组播组确定。三层地址：组播流使用的IP 是D 类IP 地址（二进制1110 开始），从224.0.0.0239.255.255.255。由于组播MAC 地址是一个虚拟的地址，并不是真实网卡的MAC 地址，那么网卡在发送报文是二层MAC 地址怎么确定呢？答案是采用地址映射的方法将三层IP 地址映射到MAC 地址。映射关系如下。从上面的映射关系可以看出 IP 地址的五个bit 无法映射到MAC 层，因为MAC 层的这五个bit 已经确定。也就是说有32 个IP 组播组会被映射为同一个MAC 地址。（在这里不能不说一个面试常问的问题：一个网卡的 MAC 地址是53:10:10:10:10:10，问这是一个合法的MAC 地址吗？原因？）2. 报文格式：IGMP 报文封装在IP 层上，在IP 层的协议类型码是0x02。IGMPv2 有report, query 和leave 有三种类型的报文，IGMP report：type 为0x16(IGMPv2)或0x12(IGMPv1)IGMP leave：type 为0x17IGMP query：type 为0x11，query 报文有两种情况，一种是针对特定组播组的查询，例如router 要查询属于组播组225.225.100.3 的所有成员，另一种是通用查询，查询所有主机加入组播组的情况，两者的主要区别是在Group Address 上。IGMP data：与通常的报文相同，主要区别是MAC 地址使用的是组播MAC。三、 IGMP 协议的应用问题1. IGMP snooping首先我们来看这样一种情况，交换机的A 端口(port)有一个组播包需要送到主机D。通常交换机会将这个报文flood 到每一个端口，确保报文能够送到主机D。但这样处理存在问题，主机D 挂在port C 上，switch 没有必要将报文发往每一个端口，占用其他端口的网络资源，同时也占用CPU 的资源。Linux 源码中也没有对组播报文进行特殊处理，linux-2.4.33netbridgebr_input.c 行79 br_handle_frame_finish()if (dest0 & 1) br_flood_forward(br, skb, !passedup);/*flood 报文到其他端口*/if (!passedup)br_pass_frame_up(br, skb);/*向local IP stack 发送数据*/goto out;针对上面所说的问题，人们提出了IGMP snooping 技术，该技术的主要思想是侦听每一个端口上的IGMP 报文，通过解析报文获得其组播地址，将组播地址与交换机的端口联系起来。当关系建立后，就可以通过组播组查到目的port，从而不需要flood 报文到每一个端口上。交换机的桥模块维护这样一张表，以组播组为索引，组播组下记录了属于该组播组的所有端口。当一个组播报文从A 口送到交换机时，交换机从报文中获取组播组地址，然后从表中找出该组播组，将报文直接发送到下属的C 端口。而E，F，H 端口不会有数据送到。组播索引表采用这样的管理，桥接收到一个 IGMP report 报文解析report 报文中的组播组，创建组播索引，将report 报文的端口记录下来。当然当组播组已经存在了就不需要重新创建组播索引了，只需要检查端口确认是否要添加端口。当桥收到一个IGMP leave 报文时，根据报文中的组播地址和报文端口从表中找到要离开的端口，删除端口。是不是经过这样处理就没有问题了呢？答案是否定的。假如交换机的 C 端口连接的不是主机而是一个HUB，HUB 下挂了两台主机，并且两台主机都加入了同一个组播组，也就是说C 端口下有两台主机，当其中一台主机发送IGMP leave 后，会导致C 端口被删除，结果另一台主机也无法接收到组播数据了。基于端口的组播报文转发是有问题的，一个解决方法是基于MAC 的组播转发，组播组下面记录的不是port 而是MAC。当组播组有报文时需要处理时，首先查找MAC，然后从桥中根据MAC 找到port，最后将报文转发到该port。其实许多支持 IGMP snooping 的交换机中组播组n 的最大值是确定的，一般是256，我们可以让一台主机加入到256 个组播组中，把所有的组播组资源占尽，后续的其他主机的组播报文将无法得到处理。这也算是一种攻击吧。2. IGMP proxy简单一句话：设备的上行端口担任主机的角色发送report 和leave 报文，下行端口执行路由器的角色发送query 报文。3. IGMP report/leave 报文