IGMP 与 MLD 组播侦听发现

什么是组播（Multicast）

单播是一对一（你私聊朋友），广播是一对所有（你在广场用大喇叭喊话），组播是一对多中的特定群体（你在微信群发消息，只有群成员收到）。

IP 组播的应用场景：

视频会议：1 个发言者，100 个听众
在线直播：1 路视频流，10 万观众
股票行情：服务器推送，数千客户端接收
网络克隆：机房同时给 50 台电脑装系统

如果用单播实现直播，服务器要给每个观众发一份同样的数据，带宽 = 码率 × 观众数，服务器直接爆炸。用组播，服务器只发一份，路由器负责"复制"给需要的分支，带宽与观众数无关。

IPv4 组播地址与 MAC 映射

IPv4 组播地址范围是 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255（D 类地址）。

特殊组播地址

地址	用途
`224.0.0.1`	子网内所有主机
`224.0.0.2`	子网内所有路由器
`224.0.0.5`	OSPF 路由器
`224.0.0.9`	RIPv2 路由器
`224.0.0.13`	PIM 路由器
`239.0.0.0/8`	管理范围组播（私网可用）

组播 IP 到 MAC 的映射

以太网组播 MAC 以 01:00:5e 开头，后 23 位取自组播 IP 的低 23 位：

组播 IP: 224.10.20.30
二进制:  11100000.00001010.00010100.00011110
取低 23 位:          010.00010100.00011110
                    = 0x14.0x1e
MAC: 01:00:5e:0a:14:1e

注意：32 位 IP 中只有 23 位映射到 MAC，有 9 位（第 1 位固定为 0，加上高 5 位）丢失。这意味着 32 个不同的组播 IP 可能映射到同一个 MAC，网卡收到后由 IP 层再过滤。

IGMP：IPv4 组播成员管理

IGMP（Internet Group Management Protocol）运行在主机和本地路由器之间，告诉路由器"这个子网里有人想看哪个频道"。

IGMPv1（RFC 1112）：最简版

主机加入组播组时发 Membership Report（成员报告）
路由器周期性发 General Query（通用查询）问"还有人想看吗？"
主机收到查询后回复 Report
问题：没有离开机制！主机悄悄走了，路由器继续转发流量，浪费带宽直到查询超时

IGMPv2（RFC 2236）：加入离开机制

新增 Leave Group Message（离开组消息）
主机离开组时主动通知路由器
路由器收到 Leave 后发 Specific Query（特定组查询）确认是否还有其他人想看
如果没人回复，路由器停止向该子网转发此组播流

IGMPv3（RFC 3376）：源特定组播（SSM）

主机可以指定"我只想看来自 特定源 的组播"
例如："我要加入 232.1.1.1，但只接收来自 10.0.0.1 的流"
支持 INCLUDE（只看这些源）和 EXCLUDE（不看这些源）模式
彻底解决了组播源伪造问题

IGMP 工作流程示例

主机 A 想看直播（加入 239.1.2.3）：
→ 发 IGMPv2 Membership Report（目的 239.1.2.3）

路由器收到后：
→ 记录"eth0 子网有 239.1.2.3 的成员"
→ 向上游请求 239.1.2.3 的组播流
→ 收到流后向 eth0 转发

主机 A 不想看了：
→ 发 IGMPv2 Leave（目的 224.0.0.2）

路由器收到 Leave：
→ 向 eth0 发 Specific Query："还有人看 239.1.2.3 吗？"
→ 3 秒内无人回复 → 停止向 eth0 转发 239.1.2.3

IGMPv1 与 IGMPv2+ 的关键差异就在这个状态图上：IGMPv1 没有 Leaving 机制，主机离开后路由器继续转发流量，直到查询超时（通常 3 分钟左右）。对于频繁切换频道的场景，这会造成大量带宽浪费。

MLD：IPv6 的 IGMP 替代者

IPv6 没有广播，组播更重要。MLD（Multicast Listener Discovery）集成在 ICMPv6 中：

ICMPv6 类型	对应 IGMPv2
130	Query（通用/特定查询）
131	Report（成员报告）
132	Done（离开，对应 Leave）

MLDv2（RFC 3810）对应 IGMPv3，支持源过滤。

IGMP Snooping：交换机的组播优化

如果没有 IGMP Snooping，交换机收到组播帧后会泛洪到所有端口（除了入端口），就像大喇叭广播，整个楼层都听见。

开启 IGMP Snooping 后，交换机"偷听"主机和路由器之间的 IGMP 对话，建立组播转发表：

组播 MAC: 01:00:5e:01:02:03
转发端口: eth1, eth3, eth5

只有订阅了该组播的端口才会收到流量，其他端口不受影响。

上图直观展示了 IGMP Snooping 的价值：没有它，组播流量像广播一样泛洪到所有端口；有了它，交换机只转发给订阅端口，节省带宽、降低主机 CPU 负担。

注意：IGMP Snooping 需要交换机能识别 IP 层（三层信息），严格来说是"二层设备做三层偷听"。

本篇小结

组播是一对特定群体的通信，节省服务器带宽
IPv4 组播地址 224.0.0.0/4，映射到 MAC 01:00:5e:xx:xx:xx
IGMPv1 只有加入和查询；IGMPv2 增加离开机制；IGMPv3 支持源过滤（SSM）
MLD 是 IPv6 的 IGMP，集成在 ICMPv6 中
IGMP Snooping 让交换机智能转发组播，避免泛洪

动手实践

查看本机加入的组播组：

# Windows
netsh interface ip show joins

# Linux
ip maddr

Wireshark 过滤 igmp，观察 Membership Report 和 Leave 报文
在支持组播的路由器/交换机上查看 IGMP Snooping 表：
```
# Cisco
show ip igmp snooping groups
```
思考：为什么 IGMPv1 没有离开机制会导致带宽浪费？如果 100 台主机轮流加入又离开，IGMPv1 和 IGMPv2 的表现差异有多大？