计算机网络：网络层 —— 网际组管理协议 IGMP

要在因特网上进行IP多播，就必须要考虑IP多播数据报经过多个多播路由器进行转发 的问题。多播路由器 必须根据 IP多播数据报首部中IP多播地址 ，将其转发到有该多播组成员的局域网。

网际组管理协议 （Internet Group Management Protocol，IGMP）是 TCP/IP 体系结构网际层中的协议，其作用是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上，是否有主机(实际上是主机中的某个进程)加入或退出了某个多播组。

IGMP 仅在本网络有效 ，使用 IGMP 并不能知道多播组所包含的成员数量 ，也不能知道多播组的成员都分布在哪些网络中。

网际组管理协议 IGMP 目前的最新版本是2002年10月公布的 IGMPv3 [RFC 3376]。

IGMP 有三种报文类型：

IGMP 报文被封装在 IP 数据报中传送，TCP/IP 的网际层会为其添加一个 IP 首部，使之成为 IP 数据报：

加入多播组 ：希望加入多播组的主机（即希望接收多播数据的设备）向以太网发送IGMP成员报告报文。

假设主机B 首先以太网发送 IGMP 成员报告报文，主机A 也要发送 IGMP 成员报告报文，接收到主机B 发送的成员报告报文后，就取消发送自己的成员报告报文：

主机B发起请求：
- 主机B首先决定它想要加入一个具有 IP 地址 226.0.9.26 的多播组。
- 它通过发送一个 IGMP 成员报告报文来表达这一意图。这个报文被封装在 IP 多播数据报中，再进一步封装在以太网多播帧里。
- 报文中指定了目标多播地址 226.0.9.26，以及对应的以太网多播地址 01-00-5E-00-09-1A。
路由器R1接收到请求 ：当路由器 R1 收到这个 IGMP 成员报告报文时，它解析出相关信息，并将其添加到内部维护的多播组列表中。此时，R1 知道至少有一台主机（B）对该多播组有兴趣。
其他主机的行为：其他主机（如 A, C 和 D）也可能尝试加入不同的多播组。
- 主机A 同样希望加入 226.0.9.26 组，但它发现 B 已经发送了请求，于是选择不发送自己的 IGMP 成员报告报文。
- 主机C 想加入另一个多播组 228.1.1.1，但它的请求在 MAC 层就被丢弃了，可能是由于某种原因（例如，该组不在其配置范围内）。
- 主机D 不打算加入任何多播组，因此不会发送 IGMP 成员报告报文。
结果：
- 最终，路由器 R1 的多播组列表中记录了两个组：226.0.9.26 和 228.1.1.1。
- 对于每个组，R1 会根据成员情况调整其多播数据的转发策略，确保仅将数据发送给已知的感兴趣成员所在的子网。

监视多播组的成员变化 ：多播路由器默认每隔125秒 就向其直连网络发送一个封装有 IGMP 成员查询报文的 IP 多播数据报

IGMP成员查询报文的封装 ：查询报文被封装在 IP 多播数据报中，然后再封装在以太网多播帧中。IP 多播数据报的目标地址通常是 224.0.0.1（所有系统组），这是标准的多播地址，用于向网络中的所有主机发送消息。
查询报文的内容 ：查询报文中包含多播组的IP地址 226.0.9.26，说明路由器正在询问是否有主机想要加入这个特定的多播组。
主机响应查询：
- 主机A 和主机B 分别在收到查询后的 2 秒和 8 秒内回应了 IGMP 成员报告报文，表明它们有意加入指定的多播组。
- 主机C没有回应，这意味着它不想加入该多播组。
- 主机D也不在任何多播组中，因此也不会回应查询。
MAC层处理：
- 主机A 和主机B 的 MAC 层接受了查询报文，并向上层传递。
- 主机C 和主机D 的 MAC 层丢弃了查询报文，因为它们没有加入相关的多播组。
多播组列表更新：根据主机的响应，路由器R1更新了其多播组列表，记录下了哪些主机对哪个多播组感兴趣。

通过这样的周期性查询和响应机制，多播路由器能够保持最新的多播组成员信息，从而更有效地管理和转发多播数据。

收到IGMP成员查询报文的被查询多播组的任何成员，将会发送IGMP成员报告报文作为应答 ，为了减少不必要的重复应答，每个多播组只需要有一个成员应答就可以了。
因此，采用了一种延迟响应 的策略，收到IGMP成员查询报文的主机并不是立即响应，而是在1~10秒的范围内，等待一段随机的时间后再进行响应。如果在这段随机的时间内，收到了同组其他成员发送的IGMP成品报告报文，就取消响应。

假设主机C 不再是多播组 228.1.1.1 的成员，多播路由器长时间收不到该多播组成员的响应，则将其从多播组列表中删除。

同一网络中的多播路由器可能不止一个，但没有必要每个多播路由器都周期性地发送IGMP成员查询报文。
只要在这些多播路由器中选择一个作为查询路由器，由查询路由器发送IGMP成员查询报文，而其他的多播路由器仅被动接收响立并更新自己的多播组列表即可。
选择查询路由器的方法：每个多播路由器若监听到源IP地址比自己的IP地址小的IGMP成员查询报文，则退出选举 。最后，网络中只有IP地址最小的多播路由器成为查询路由器。

IGMPV2 在 IGMPv1 的基础上增加了一个可选项：当主机要退出某个多播组时，可主动发送一个离开组报文 ，而不必等待多播路由器的查询。这样可使多播路由器能够更快地发现某个组有成员。

224.0.0.2 是特殊的IP多播地址，在本网络中的所有多播路由器的网际层都会接受该多播数据报。
有成员离开该多播组，暂时不删除该多播组，立即发送针对该多播组的特殊的IGMP成员查询报文 ，探测该多播组是否还有其他成员。封装该报文的IP多播数据报的目的地址,为该多播组的地址 228.1.1.1，而不是特殊的多播地址 224.0.0.1.