Definition Was ist IGMP (Internet Group Management Protocol)?

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Das Internet Group Management Protocol ist ein Protokoll aus der TCP/IP-Welt zur Realisierung und Organisation von Multicast-Übertragungen in einem IP-Netz. Per IGMP können Clients einem Router mitteilen, dass sie einen bestimmten Multicast empfangen möchten. Auf Layer 2 nutzen Switches das so genannte IGMP-Snooping, um Multicasts effizienter zu verteilen.

Die Abkürzung für Internet Group Management Protocol lautet IGMP. Es handelt sich um ein Protokoll aus der TCP/IP-Welt, mit dem sich die Übertragung von Multicast-Nachrichten in einem IP-Netz organisieren lässt.

Beim IP-Multicasting werden IP-Pakete mit einer bestimmten Multicast-Adresse an mehrere IP-Empfänger gleichzeitig verteilt. IGMP existiert in den Versionen 1, 2 und 3 und ist für IPv4 anwendbar. Für IPv6 ist Multicast Listener Discovery (MLD) vorgesehen. Das Internet Group Management Protocol arbeitet im ISO/OSI-Schichtenmodelle auf Layer 3 (Vermittlungsschicht). Hauptaufgabe des Protokolls ist die Verwaltung der verschiedenen IP-Multicast-Übertragungen und -Gruppen auf den Routern.

Die Router empfangen von den Multicast-Sendern die Multicast-IP-Pakete und leiten diese an die Empfänger weiter, die sich zuvor per IGMP für einen bestimmten Multicast angemeldet haben. Sind mehrere Router beteiligt, tauschen sie untereinander ebenfalls IGMP-Nachrichten aus. Multicast reduziert die Bandbreite für die gleichzeitige Übertragung von IP-Paketen an mehrere Empfänger drastisch, da der Sender die IP-Pakete nur einmal verschicken muss. Erst die Router duplizieren die Pakete in Richtung der Empfänger und senden sie an die Mitglieder einer Multicast-Gruppe.

Das Internet Group Management Protocol kommt beispielsweise für IPTV, Videokonferenzen oder Routingprotokolle zum Einsatz. IGMPv1 wurde im Jahr 1989 im RFC 1112 spezifiziert. IGMPv2 ist im RFC 2236 und IGMPv3 in den RFCs 3376 und 4604 beschreiben. Die Versionen sind abwärtskompatibel. Das bedeutet, dass ein Gerät das IGMPv3 unterstützt auch mit den Versionen 1 und 2 kompatibel ist.

Grundsätzliches zum Multicasting in IP-Netzen

IP-Netze kennen grundsätzlich drei verschiedene Übertragungsarten. Dies sind:

• IP-Unicasts: ein Sender schickt Pakete an einen Empfänger

• IP-Broadcasts: ein Sender schickt Pakete an alle erreichbaren Empfänger

• IP-Multicast: ein Sender schickt Pakete an eine Gruppe von Empfängern

IP-Multicasts sind eine besondere Form von Mehrpunktverbindungen. Sie bieten den Vorteil, dass der Sender nicht für jeden Empfänger eigene IP-Pakete versenden muss und sich seine Datenübertragungsrate mit die Anzahl der Empfänger nicht multipliziert. Der Sender schickt die IP-Pakete hier nur einmalig mit einer speziellen IP-Multicast-Adresse. Die Verteilung der Pakete und Zustellung an die Empfänger übernehmen die Router auf dem Weg zum Ziel. Für Multicasts sieht IPv4 den Adressraum von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255 vor.

Über das Internet Group Management Protocol signalisieren Clients einem Router, dass sie einen bestimmten Multicast empfangen möchten. Die höchste Effizienz bietet die Multicast-Übertragung, wenn alle Router auf dem Weg vom Sender zum Empfänger das Internet Group Management Protocol unterstützen.

Funktionsweise des Internet Group Management Protocols

Das Internet Group Management Protocol erlaubt die dynamische Verwaltung von Multicast-Gruppen. Ein Client, der einen Multicast empfangen möchte, sendet eine spezielle IGMP-Nachricht an den Router. Dieser trägt den Client in die entsprechende Multicast-Gruppe ein und merkt sich die Schnittstelle, über die der Client erreichbar ist.

Zum Anmelden oder Verlassen einer Multicast-Gruppe verwenden die Clients so genannte Join- oder Leave-Nachrichten. Die IP-Pakete eines empfangenen Multicasts dupliziert der Router und sendet sie auf all seinen Schnittstellen, über die die zuvor angemeldeten Clients erreichbar sind. Der eigentliche Sender des Multicasts kennt die Empfänger nicht und hat keine Informationen darüber, wie viele Clients seinen Multicast empfangen. Die Verteilung des Multicasts und die Verwaltung der Teilnehmer übernehmen vollständig die IGMP-Router.

Auf dem Layer 2 arbeiten Switches mit dem so genannten IGMP-Snooping, um Multicast-Daten effizienter zu verteilen. Dank Snooping werden IP-Multicast-Pakete nur auf den Switchports ausgegeben, hinter denen sich Clients befinden, die diesen Multicast empfangen möchten. Dadurch verhindert der Switch, dass Multicasts auf all seinen Ports gesendet werden müssen und der Switch oder angeschlossene Netzwerke überlastet werden.

IGMP-Snooping erlaubt Layer-2-Geräten das Mitlesen und verstehen der IGMP-Nachrichten des Layers 3. Der Switch belauscht den Datenverkehr nach IGMP-Nachrichten. Erkennt er Nachrichten des Internet Group Management Protocols, merkt sich der Switch, welches Endgerät an welchem Port welchen Multicast empfangen möchte. Dank dieser Information muss der Switch die Multicast-Daten nur auf den Ports senden, über die Gruppenmitglieder eines Multicasts erreichbar sind.

Anwendungsbereiche des Internet Group Management Protocols

Das Internet Group Management Protocol kommt für verschiedene Anwendungen zum Einsatz. Die Verwendung ist immer dann sinnvoll, wenn Daten in Form von Multicasts nur an einen bestimmten Empfängerkreis übertragen werden sollen. Typische Anwendungsbereiche sind beispielsweise:

• IPTV (Fernsehen über das Internet Protokoll)

• Videokonferenzen über IP-Netze

• Streaming in IP-Netzen

• Routingprotokolle wie Open Shortest Path First (OSPF) oder Routing Information Protocol Version 2 (RIPv2)

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