为什么需要IGMP Snooping？
在很多情况下，组播报文要不可避免地经过一些二层交换设备，尤其是在局域网环境里。如下图所示，在组播用户和三层组播设备Router之间，组播报文要经过二层交换机Switch。
IGMP Snooping组网图
当Router将组播报文转发至Switch以后，Switch负责将组播报文转发给组播用户。由于组播报文的目的地址为组播组地址，在二层设备上是学习不到这一类MAC表项的，因此组播报文就会在所有接口进行广播，和它在同一广播域内的组播成员和非组播成员都能收到组播报文。这样不但浪费了网络带宽，而且影响了网络信息安全。
IGMP Snooping有效地解决了这个问题。配置IGMP Snooping后，二层组播设备可以侦听和分析组播用户和上游路由器之间的IGMP报文，根据这些信息建立二层组播转发表项，控制组播数据报文转发。这样就防止了组播数据在二层网络中的广播。
IGMP Snooping应用场景有哪些？
组网描述
如下图所示，PIM网络中有多个组播源（如Source1和Source2）向局域网提供组播视频服务，局域网中部分用户（如HostA和HostC）希望通过组播方式接收视频数据。为了避免组播数据在局域网中广播而引起的网络带宽浪费和无法预知的网络信息安全问题，可以在二层组播设备上部署IGMP Snooping，实现组播数据在二层网络中的精确转发。
IGMP Snooping应用组网图
部署特性
可以在上图所示组网中部署以下特性来实现组播数据在网络中的精确转发。
在三层组播设备Router上部署PIM和IGMP，将组播数据引流到用户网段。
在二层组播设备Switch上部署IGMP Snooping，使得Switch可以建立和维护二层组播转发表，指导组播数据只转发给有组播数据需求的用户。
Switch上部署IGMP Snooping后，还可以部署IGMP Snooping Proxy，减轻大量IGMP报文交互给Router带来的处理压力。
当成员主机只能运行IGMPv1/IGMPv2又想使用SSM服务时（即想指定接收哪些组播源的组播数据），可以在Switch上部署IGMP Snooping SSM Mapping，为这部分用户提供SSM服务。二层SSM Mapping功能需要与IGMP查询器的三层SSM Mapping功能配合使用（配置相应的映射规则），才能实现组播数据的正常转发。
IGMP Snooping是如何工作的？
IGMP Snooping是二层组播的基本功能，可以实现组播数据在数据链路层的转发和控制。当主机和上游三层设备之间传递的IGMP协议报文通过二层组播设备时，IGMP Snooping分析报文携带的信息，根据这些信息建立和维护二层组播转发表，从而指导组播数据在数据链路层按需转发。
如下图所示，当组播数据从三层组播设备Router转发下来以后，处于接入边缘的二层组播设备Switch负责将组播数据转发给用户主机，使用户收看所点播的节目。当Switch没有运行IGMP Snooping时，组播数据在二层被广播；当Switch运行了IGMP Snooping后，组播数据不会在二层广播，而是会被Switch发送给指定的接收者。
使能IGMP Snooping功能后，Switch会侦听主机和上游三层设备之间交互的IGMP报文，通过分析报文中携带的信息（报文类型、组播组地址、接收报文的接口等），建立和维护二层组播转发表，从而指导组播数据在数据链路层按需转发。
二层组播设备运行IGMP Snooping前后对比
IGMP Snooping中的端口角色
如下图所示，三层设备Router从组播源接收数据并向下游转发，在二层组播设备SwitchA和SwitchB上分别运行IGMP Snooping，HostA、HostB和HostC为接收者主机（即组播组成员）。
IGMP Snooping相关端口
表1-1 IGMP Snooping中的端口角色
端口角色
作用
如何生成
路由器端口（Router Port）
如SwitchA和SwitchB上蓝色圆圈表示的接口。
二层组播设备上朝向三层组播设备（DR或IGMP查询器）一侧的接口，二层组播设备从此接口接收组播数据报文。
由协议生成的路由器端口叫做动态路由器端口。收到源地址不为0.0.0.0的IGMP普遍组查询报文或PIM Hello报文（三层组播设备的PIM接口向外发送的用于发现并维持邻居关系的报文）的接口都将被视为动态路由器端口。
手工配置的路由器端口叫做静态路由器端口。
成员端口（Member Port）
如SwitchA和SwitchB上黄色方框表示的接口。
又称组播组成员端口，表示二层组播设备上朝向组播组成员一侧的端口，二层组播设备往此接口发送组播数据报文。
由协议生成的成员端口叫做动态成员端口。收到IGMP Report报文的接口，二层组播设备会将其标识为动态成员端口。
手工配置的成员端口叫做静态成员端口。
路由器端口和成员端口，是二层组播转发表项中的一个重要信息：出接口。其中路由器端口相当于上游接口，成员端口相当于下游接口。通过协议报文学习到的端口，对应的为动态表项；而手工配置的端口，对应的为静态表项。
除了出接口外，每条表项还包括组播组地址和VLAN编号。
组播组地址，可以为组播IP地址，也可以为组播IP地址映射后的组播MAC地址。按照IP地址转发的模式可以避免MAC地址转发模式中的地址重复问题。
VLAN编号，指定了二层广播域范围。如果使用了组播VLAN功能，入VLAN编号为组播VLAN的编号，出VLAN编号为主机所在的用户VLAN编号。否则入VLAN编号和出VLAN编号均为主机所在VLAN的编号。
IGMP Snooping工作机制
二层组播设备运行了IGMP Snooping后，收到不同的IGMP协议报文会进行不同的处理，并在此过程中建立起二层组播转发表项。
表1-2 IGMP Snooping对不同报文的处理方式
IGMP工作阶段
二层组播设备收到的报文类型
处理方式
普遍组查询
IGMP查询器定期向本地网段内的所有主机与路由器（目的地址为224.0.0.1）发送IGMP普遍组查询报文，以查询该网段有哪些组播组的成员。
IGMP普遍组查询报文
向VLAN内除接收接口外的其他所有接口转发，并对接收接口做如下处理：
如果路由器端口列表中尚未包含该接口，则将其添加进去，并启动老化定时器。
如果路由器端口列表中已包含该动态路由器端口，则重置老化定时器。
成员报告
有两种情况：
成员收到IGMP普遍组查询报文后，回应IGMP报告报文。
成员主动向IGMP查询器发送IGMP报告报文以声明加入该组播组。
IGMP报告报文
向VLAN内所有路由器端口转发。从报文中解析出主机要加入的组播组地址，并对接收接口做如下处理：
如果不存在该组对应的转发表项，则创建转发表项，将该接口作为动态成员端口添加到出接口列表中，并启动老化定时器。
如果已存在该组对应的转发表项，但出接口列表中未包含该接口，则将该接口作为动态成员端口添加到出接口列表，并启动老化定时器。
如果已存在该组所对应的转发表项，且出接口列表中已包含该动态成员端口，则重置其老化定时器。
成员离开组播组
有两个阶段：
运行IGMPv2或IGMPv3的成员发送IGMP离开报文，以通知IGMP查询器自己离开了某个组播组。
IGMP查询器收到IGMP离开报文后，从中解析出组播组地址，并通过接收接口向该组播组发送IGMP特定组查询报文/IGMP特定源组查询报文。
IGMP离开报文
判断离开的组是否存在对应的转发表项，以及转发表项出接口列表是否包含报文的接收接口：
如果不存在该组对应的转发表项，或者该组对应转发表项的出接口列表中不包含接收接口，二层组播设备不转发该报文，将其直接丢弃。
如果存在该组对应的转发表项，且转发表项的出接口列表中包含该接口，二层组播设备会将报文向VLAN内所有路由器端口转发。
对于IGMP离开报文的接收接口（假定为动态成员端口），二层组播设备在其老化时间内：
如果从该接口收到了主机响应IGMP特定组/源组查询的报告报文，表示接口下还有该组的成员，于是重置其老化定时器。
如果没有从该接口收到主机响应IGMP特定组/源组查询的报告报文，则表示接口下已没有该组成员，则在老化时间超时后，将接口从该组的转发表项出接口列表中删除。
IGMP特定组查询报文/IGMP特定源组查询报文
向有特定组成员的接口转发。
此外，当二层组播设备收到PIM Hello报文时，向VLAN内除接收接口外的其他所有接口转发，并对接收接口做如下处理：
如果路由器端口列表中已包含该动态路由器端口，则重置老化定时器。
如果路由器端口列表中尚未包含该接口，则将其添加进去，并启动老化定时器。
如果配置了静态路由器端口，二层组播设备收到IGMP报告和离开报文也会向静态路由器端口转发。如果配置了静态成员端口，则转发表项中会添加该接口为出接口。
当二层组播设备上建立了二层组播转发表项以后，二层组播设备接收到组播数据报文时，依据报文所属VLAN和报文的目的地址（即组播组地址）查找转发表项是否存在对应的“出接口信息”。如果存在，则将报文发送到相应的组播组成员端口和路由器端口；如果不存在，则丢弃该报文或将报文在VLAN内广播。