IGMP Snooping 是什麼?(監控網絡為何需要啟用)

IGMP Snooping 是交換機監聽 IGMP(Internet Group Management Protocol)訊息、控制多播(Multicast)流量分發的機制。在使用多播傳輸的監控網絡中,未啟用 IGMP Snooping 的交換機會將視像串流氾濫轉發至所有端口,浪費頻寬。本頁講解其運作原理及在 CCTV/監控網絡的實際意義。

IGMP Snooping 的定義

IGMP Snooping 是交換機監聽(Snoop)主機與路由器之間 IGMP 對話內容的過程,目的是控制 IP 多播(Multicast)流量的分發路徑。具備 IGMP Snooping 功能的交換機,會建立並維護一張記錄「哪些端口需要哪個多播串流」的對照表,只把多播流量轉發至確實有接收者的端口,其餘端口則不會收到該串流,藉此節省頻寬。

IGMP Snooping 本質上是針對第三層 IGMP 協定的第二層(Data Link Layer)優化,運作完全在交換機內部進行,並不是交換機主動參與 IGMP 協定本身,而是被動監聽並據此建立轉發規則。與 IGMP Snooping 相關的網絡分段概念,可參考我們的VLAN 是什麼?頁面。

為何需要 IGMP Snooping:多播氾濊的問題

交換機在預設情況下,會將多播流量廣播至同一廣播網域(或對應 VLAN)內的所有端口,這種行為稱為多播氾濫(Multicast Flooding)。當網絡中有 IP 攝影機或 NVR 以多播方式輸出視像串流時,未啟用 IGMP Snooping 的交換機會把每一路多播串流複製到全部端口,即使某些端口只連接一台與監控完全無關的辦公室電腦,也會收到這些串流,佔用該端口及上聯線路的頻寬,並增加終端設備不必要的處理負擔。

IGMP Snooping 的設計目的,正是防止本地網絡上未曾明確加入某個多播群組的主機,繼續接收該群組的流量。啟用後,交換機只會把多播串流修剪(Prune)至確實有接收者加入的端口,其餘端口的頻寬得以保留給其他正常流量使用。

啟用 IGMP Snooping 前後的交換機行為對比

比較項目未啟用 IGMP Snooping已啟用 IGMP Snooping
多播流量轉發方式氾濫轉發至同一 VLAN 內所有端口只轉發至已加入該多播群組的端口
無關端口的影響無關設備亦會收到多播串流,增加處理負擔無關端口不會收到該串流,不受影響
頻寬使用多播串流佔用所有端口及上聯鏈路的頻寬頻寬只保留給實際需要接收的端口
運作層面沿用交換機預設的第二層廣播式轉發交換機監聽第三層 IGMP 對話並建立轉發表

交換機是否支援 IGMP Snooping,是選擇管理型交換機(Managed Switch)時的其中一項考慮因素,詳見管理型與非管理型交換機分別

IGMP Snooping 與監控(CCTV)網絡的關係

① 多播串流的典型來源

部分 NVR 或視像管理系統支援以多播方式,同時將同一路視像串流分發給多個監視畫面或客戶端,例如控制室的多台監視螢幕同步顯示同一支攝影機畫面。

② 交換機需支援並啟用該功能

若網絡交換機不支援 IGMP Snooping,或支援但未啟用,多播視像流量會被氾濫轉發至同一 VLAN 內所有端口,包括與監控無關的辦公網絡端口。

③ IGMP Querier 的角色

網絡中須有一台設備擔任 IGMP Querier(查詢者),定期發出查詢以確認哪些主機仍在接收各個多播群組,交換機的 IGMP Snooping 功能正是依賴這些查詢與回應來維護轉發表。

④ 只影響多播,不影響單播

大部分 IP 攝影機與 NVR 之間的視像傳輸實際採用單播(Unicast,一對一)方式;IGMP Snooping 的作用範圍僅限於多播流量,對單播串流沒有影響。

權威資料依據

本文核對資料:RFC 4541RFC 3376

常見問題

什麼是多播氾濫(Multicast Flooding)?
交換機在預設情況下,會將多播(Multicast)流量廣播至同一 VLAN 內的所有端口,不論該端口連接的設備是否需要接收該串流,這種情況稱為多播氾濫。若網絡上有多支 IP 攝影機同時輸出多播視像串流,未啟用 IGMP Snooping 的交換機會把全部串流複製到每一個端口,即使該端口只連接一台與監控無關的電腦,也會收到全部多播流量。
IGMP Snooping 是在哪一層運作?
IGMP Snooping 在第二層(Data Link Layer)的交換機上運作,屬於針對第三層 IGMP 協定的第二層優化。交換機並不直接參與 IGMP 協定本身,而是監聽(Snoop)主機與路由器之間的 IGMP 對話內容,記錄哪些端口連接了曾經發出加入請求的多播接收者,再據此建立轉發表。
監控系統一定要啟用 IGMP Snooping 嗎?
並非所有監控系統都採用多播傳輸,但只要系統中有任何設備以多播方式輸出或接收視像串流(常見於部分 NVR 的多播直播功能,或大型會議室、指揮中心的多畫面分發),並且交換機同時連接其他不需要該串流的設備,就建議啟用 IGMP Snooping,以避免多播流量不必要地佔用其他端口的頻寬。
啟用 IGMP Snooping 會否影響單播(Unicast)視像串流?
不會。目前大部分 IP 攝影機與 NVR 之間的視像傳輸預設採用單播(Unicast)方式,即一對一直接傳送,IGMP Snooping 只針對多播流量的轉發行為進行控制,對單播串流沒有影響。只有系統確實使用多播傳輸協定時,IGMP Snooping 的設定才會產生實際作用。
IGMP Snooping 需要在每一台交換機上分別設定嗎?
在由多台交換機組成的網絡中,建議在傳輸多播流量的每一台管理型交換機上都啟用 IGMP Snooping,並確保上聯至路由器或核心交換機的端口設定正確,否則多播流量仍有機會在未啟用的交換機上被氾濫轉發,未能達到節省頻寬的效果。

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