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IPマルチキャストとIGMP

Benjamin Wahiche & Hans VandermaesenIPマルチキャストとIGMP

Contents
1.

はじめに ................................................................................................................. 32.

IGMP（インターネット・グループ・マネージメント・プロトコル)......................................... 3

2.1
2.2
2.3
2.4								
3.

図による概説 	���������������������������������������������������������������������������������������������������������� 5

3.1
3.2
3.3								3.4								3.5								4.

受信側	������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 3
送信側	������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 3
マルチキャストストリーム	������������������������������������������������������������������������������������������������ 3
ネットワークスイッチ	������������������������������������������������������������������������������������������������������� 4
2.4.1 クエリアの選出プロセス	�������������������������������������������������������������������������������������� 4
2.4.2 ジェネラルクエリー	���������������������������������������������������������������������������������������������� 4
2.4.3 ルーティング（転送経路の決定）	�������������������������������������������������������������������������� 4
2.4.4 ギガコア（GigaCore）の設定	�������������������������������������������������������������������������������� 4

IGMP 	������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 5
クエリア 	��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 5
マルチキャストルーティング：すべての機器がIGMPを正しく実装している	������������������ 7
3.3.1 通常設定での動作................................................................................................. 73.3.2 クエリアを替える................................................................................................... 83.3.3 アンノウン フラッディング無し............................................................................... 83.3.4 IGMPスヌーピング無効......................................................................................... 9マルチキャストルーティング：いずれの受信側にもIGMPが正しく実装されていない.......... 93.4.1 通常設定での動作................................................................................................. 93.4.2 クエリアを替える.................................................................................................103.4.3 アンノウン フラッディング無し.............................................................................10
3.4.4 IGMPスヌーピング無効.......................................................................................11
マルチキャストルーティング：準拠している受信側と準拠していない受信側の混在..113.5.1 通常設定での動作...............................................................................................11
3.5.2 クエリアを替える.................................................................................................123.5.3 アンノウン フラッディング無し.............................................................................123.5.4 IGMPスヌーピング無効.......................................................................................13

おわりに........................................................................................................... 13Luminex Network Intelligence | Slamstraat 13 - 3600 Genk - Belgium | T +32 11 812 189
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1. 1. はじめに

IPマルチキャスト（IP Multicast）とは、あるIPパケットの受信を求めている複数の受信側に、そのIPパケットを一度の送信で送る方法です。
これには特別に割り当てられたマルチキャストアドレス（クラスD：224.0.0.0 ～ 239.255.225.255）を使用します。
この方法は、MA-Net、sACNやDanteなど、私たちの市場の多くのストリーミングプロトコルによく使われています。
IPマルチキャストの優れた点を最大限に活かすには受信側（特定のマルチキャストストリームの受信を求めている末端の機器）とネットワークスイッチが、IPv4のIGMP（インターネット・グループ・マネージメント・プロトコル）もしくは IPv6のMLD（ マルチキャスト・リスナー・ディスカバリー）を完全にサポートしている必要があります。
この文書では、IGMP機能の基本的な説明と使用事例を示すことで、様々な設定の結果を詳細に説明するとともに、このプロトコルの直感的には分かりにくい動きについていくつか紹介します。
これらの説明と使用事例はIGMP向けです
が、MLDと非常に似ているので、MLDにおいても有効です。

2. IGMP（インターネット・グループ・マネージメン
ト・プロトコル）

IGMPは、登録された受信端末だけにマルチキャストトラフィック（Multicast Traffic）が送られるようにするプロトコルです。
ネットワークスイッチはIGMPスヌーピング（IGMP Snooping）を使ってこの情報を収集します。
この仕組みがどのように働き、ネットワーク全体のデータの流れにどのようなインパクトがあるのかを解説していきます。

2.1 受信側

受信側とは、1つまたは複数のマルチキャストストリームを受信したい末端の機器です。
受信側は、メンバーシップレポートを送信することで、これらのストリームの配信先としての登録を申請できます。
このメンバーシップレポートには受信したいストリームのマルチキャストアドレスが載っています。
マルチキャストの配信登録状態を保つためには、受信側もネットワークスイッチからのジェネラルクエリー（次章を参照）にメンバーシップレポートで応答する必要があります。受信側が特定のマルチキャストストリームを受信したくなくなったら、脱退メッセージ（Leave Message）を使用することで、そのストリームの配信登録を削除できます。

マルチキャストの受信側とは、例えば、Danteスピーカーや、sACNノードや、IP映像デコーダーなどが挙げられます。

2.2 送信側

マルチキャストの送信側には、IGMPが必要ありません。
マル
チキャストストリームを特定のマルチキャストアドレスに送信するだけです。
マルチキャストの送信側とは、例えば、Danteステージボック
スや、sACN照明卓や、IP映像エンコーダなどが挙げられます。

2.3 マルチキャストストリーム

マルチキャストストリーム（Multicast Stream）とは、送信側から１つもしくは複数の受信側へマルチキャストで伝送されるデータの流れです。
マルチキャストストリームの場合、機器のIPアドレス宛にではなく、マルチキャストIPアドレス宛に送られます。
マルチキャストIPアドレスは 224.0.0.0 ～239.255.255.255の範囲に限定されています。
これはクラスDとしても知られています。
この範囲内のIPアドレスを宛先とするパケットは全て、マルチキャストとして扱われます。
マルチキャストストリームの具体例：
Danteのマルチキャストフローは最大8チャンネルのオーディオを含みます。
 sACNのユニバースはマルチキャストストリームとして伝送されます。
この場合、ユニバース番号によってマルチキャストアドレスが定義されます。
 映像ストリームは、一般的にマルチキャストストリームとして伝送されます。多くの場合、映像に付いているオーデ
ィオは、映像ストリーム全体の帯域幅を使わないようにしながら、追加の受信側にも伝送され得るように、別のストリームで伝送されます。
そのためにDanteを使用するメーカーもあります。

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2.4 ネットワークスイッチ

ネットワークスイッチにもIGMPスヌーピングとクエリア（Querier）両方の機能が必要です。
IGMPにおいて、ネットワークスイッチにはクエリア（Querier）かクエリアでない（non-Querier）かの２つの役割があります。
クエリアには最小のIPアドレスを持つスイッチが選出されます。
その為、すべてのIGMP対応スイッチがそれぞれ異なるIPアドレスを持つことが重要です。
2.4.1 クエリアの選出プロセス
以下のように選出されます：
すべてのスイッチがクエリアとして起動し、ジェネラルクエリーを送信し始めます 自身のIPアドレスより小さいIPアドレスからのジェネラルクエリーを受け取ると、そのスイッチはクエリアでなくなります 残った1台のクエリアは、そのすべてのポートから一定間隔でジェネラルクエリーを送り続けます 他のスイッチは、（クエリアが停止する、またはクエリアとの接続が切れるなどして）一定間隔で受信していた新しいジェネラルクエリーを数回にわたって受信しないと、そこからクエリアになって、再度選出が始まります

この転送ルールには、このマルチキャストアドレスのマルチキャストストリームはこのポートに転送する、と定められています。
クエリアでないスイッチはルーターポートを通してメンバーシップレポートをクエリアに向けて転送します。
このルーティング方法の重要な点は、すべてのマルチキャストストリームが常に送信側からクエリアに向けて転送されることです。
（送信側から見た場合の）クエリアの背後での転送は、転送ルールとそれ以外のいくつかの設定に依存します。
また注意すべきことは、IGMP機能がないスイッチは、すべてのマルチキャストトラフィックをすべてのポートに転送するので、ブロードキャストのような状態になります。
2.4.4 ギガコア
（GigaCore）の設定


つまり、ネットワークの起動時とクエリアが消失した時を除き、安定したネットワークにおいてクエリアは１つだけです。
2.4.2 ジェネラルクエリー
ジェネラルクエリー（General Query）とは、クエリアからのみ送信されるメッセージで、基本的には、受信側に対して、受信側が受信したい新たなマルチキャストストリームの配信登録の申請をするように、または、既存の配信登録の確認を尋ねます。ジェネラルクエリーは一定間隔で繰り返されます。
クエリアはこれらのメッセージをすべてのポートから送信します。
下流のスイッチは、このジェネラルクエリーを自らのすべてのポートに転送します。
そうすることで、最終的には接続されているすべての機器に届きます。
2.4.3 ルーティング（転送経路の決定）
クエリアでないスイッチは、ジェネラルクエリーを受信したポート（ルーターポート）に、すべてのマルチキャストデータのための転送ルールを設定します。
これにより、それ以外のポートに届くマルチキャストストリームは常にルーターポートを通してクエリアに向けて転送されます。
スイッチの一つのポートが受け取るメンバーシップレポートに含まれるマルチキャストアドレスそれぞれに、転送ルールが設定されます。

IGMPスヌーピング 有効／無効
IGMPスヌーピング（IGMP Snooping）はデフォルトで、すべてのグループ（Group）で有効になっています。
IGMPスヌー
ピングを無効にするとネットワーク上にマルチキャストトラフィックがブロードキャストされます。
クエリア 有効／無効
クエリア（Querier）のオプションはデフォルトで有効になっています。
このオプションでは、スイッチがクエリアの選出プロセスに参加できるかどうかを定めます。
この設定を無効にしたスイッチはクエリアの選出に参加できなくなります。IGMPを機能させるためには、少なくとも１台のスイッチのクエリアのオプションが有効であることを確認してください。
アンノウン フラッディング 有効／無効
アンノウン フラッディング（Unknown Flooding）とは、転送ルールの設定の無いマルチキャストストリームがスイッチに入ってきたときに、このストリームをすべてのポートに転送する機能のことです。
この設定を無効にすると、転送ルールが設定されていないデータストリームはマルチキャストルーターポートだけを通ってクエリアに向けて転送されます。
アドバンスグループ設定 (GroupsメニューのAdvanced）

グローバル設定（Globalメニュー）

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3. 図による概説
下記図にて以下の略称を使用します：
GQ：ジェネラルクエリー（General Query）
MR:Sx：ストリーム番号（x）のマルチキャストアドレスが入っているメンバーシップレポート
S:Sx-y：ストリーム番号（x～ｙ）を送信する送信側
R:Sx：ストリーム番号（x）を受け取りたい受信側
SW：スイッチ”



3.1 IGMP3.2 クエリア

図１は、３台のスイッチを使用した基本的な設定です。
最小IPアドレスのスイッチ１がクエリア（Querier）になります。
それぞれのスイッチにストリームを受信したい受信側が接続されていて、スイッチ２にはストリーム１～４を送信する送信側が接続されています。

図２は、クエリア（Querier）がそのすべてのポートからジェネラルクエリーを送信しているところを示しています。

図１：マルチキャスト／IGMPを使った基本的なネットワーク構成

図２：クエリアからのジェネラルクエリー

R: S3

R: S3
GQQuerier2

1

S: S1-4

SW2: 192.168.1.2
2Querier3

2

SW1: 192.168.1.1

3

142

4

R: S1

GQ

1

R: S2

SW3: 192.168.1.3
3

S: S1-4Luminex Network Intelligence | Slamstraat 13 - 3600 Genk - Belgium | T +32 11 812 189
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GQ

SW2: 192.168.1.2
2

R: S1

4

SW1: 192.168.1.1

31GQ

324

1

SW3: 192.168.1.3
3

R: S2

5

IPマルチキャストとIGMP

下流のスイッチはジェネラルクエリーを受け取ったポートをルーターポートとして設定します。
これらのスイッチはアクティブなポートすべてにジェネラルクエリーを転送します。

あるストリームを受け取りたい受信側は、そのストリームを受信するためのメンバーシップレポートを送ることでジェネラルクエリーに返答します。
このメンバーシップレポートを受信したポートは、この受信したポートにこのストリームを転送する、という転送ルールを設定します。

図３：ジェネラルクエリーの転送と取扱い

図４：末端の機器からのメンバーシップレポートとスイッチによる取扱い

R: S3

R: S3
MR: S3Querier21SW2: 192.168.1.2
2

GQ

S: S1-4

Querier32

SW1: 192.168.1.1

31424

GQ

1GQ

R: S1

A

SW3: 192.168.1.3
3

GQ

R: S2

13

SW2: 192.168.1.2
2

GQ

4

SW1: 192.168.1.1

3

B

4C

2
1

MR: S1

S: S1-4

R: S1

SW3: 192.168.1.3
3

MR: S2

R: S2

A

転送ルール：ストリーム３をポート１に転送する

C

転送ルール：ストリーム２をポート１に転送する”

B

転送ルール：ストリーム１をポート２に転送する

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クエリアでないスイッチはそれぞれ、メンバーシップレポートを自身のルーターポートを通してクエリア（Querier）に向けて転送します。
クエリアは受け取ったそれぞれのメンバーシップレポートのための転送ルールを設定します。

3.3 マルチキャストルーティング：すべての機器がIGMPを正しく実装している

図５：メンバーシップレポートの転送 クエリア 有効 アンノウン フラッディング 有効
 IGMPスヌーピング 有効

R: S3

A

MR: S2

3

B

1

S: S1-4

SW2: 192.168.1.2
2

4

R: S3

3

S3;4

SW1: 192.168.1.1

2

MR: S1

図６：マルチキャストルーティング
1

Querier

4

C

R: S1

Querier2
1SW3: 192.168.1.3

R: S2

転送ルール：ストリーム３をポート１に、ストリーム１をポート２B

転送ルール：ストリーム１をポート２に転送するに、ストリーム２をポート３に転送する

転送ルール：ストリーム２をポート１に転送する”

2

S1-4

3

AC

3.3.1 通常設定での動作

S4

1

S2;43

1

SW2: 192.168.1.2

S1-4

S: S1-4

R: S1

4

SW1: 192.168.1.1
3

2

SW3: 192.168.1.3

2

4

1

S1-4

S2-4

S2;43

S4

R: S2

この設定では、クエリア（Querier）と送信側に対して受信側がどこに位置するかによって、リクエストしたよりも多くのストリームがフラッディング（Flooding）により 受信側に流れ込みます。
ネットワーク上に配信先の登録が無いストリームは、ブロードキャストされます。

注意点として、
スイッチ2はクエリアに対して上流にあるので、スイッチ2は（スイッチ3とスイッチ1で受信される）ストリーム2と3の登録を全く認識していません。結果として、ストリーム2と3は、クエリアの下流に登録されていても、ちょうどストリーム4のように、スイッチ2上でフラッディングされる、つまり全てのポートに流されます。

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3.3.2 クエリアを替える

3.3.3 アンノウン フラッディング無し

スイッチ１のクエリア（Querier）を無効にすると、スイッチ２がクエリアになる アンノウン フラッディング 有効
 IGMPスヌーピング 有効 クエリア 有効 アンノウン フラッディング 無効
 IGMPスヌーピング 有効

図７：マルチキャストルーティング、クエリアを替える

図８：マルチキャストルーティング、
アンノウン フラッディング無し



R: S3

R: S3

S3;4

S4

1

2

S2-4Querier1

S: S1-4

4Querier32

SW1: 192.168.1.1
S2;4

3

SW2: 192.168.1.2

S1-4

S3

S1-4

2

SW3: 192.168.1.3

2

4

1

S1;4S4

S2;4

R: S1

14

SW1: 192.168.1.1
S2

331S4

S1-4

R: S2

No streams

S: S1-4

SW2: 192.168.1.2
224

S1

R: S1

3

1

No streams

SW3: 192.168.1.3
3S2

No streams

R: S2

クエリアの選出に影響を及ぼすことで、フラッディングによる 受信側

この設定では、すべての受信側がIGMPに準拠していれば最適な状ワーク内ですべてのソースが１台のスイッチに接続されている場合す。

への不要なトラフィックの流れ込みを制限できますが、これはネットにのみ効果があります。
配信先の登録が無いストリームはブロードキ況が得られます。受信側はリクエストしたストリームのみを受信しまャストされます。

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3.4 マルチキャストルーティング：いずれの受信側にもIGMPが正しく実装されていない

3.3.4 IGMPスヌーピング無効
図９：マルチキャストルーティング、IGMPスヌーピングが無効 クエリア 有効 アンノウン フラッディング 有効
 IGMPスヌーピング 有効

R: S3
S1-4

S1-4

12

S1-4

SW1: 192.168.1.1
S1-4

S: S1-4

R: S3

3

S1-4

2

SW2: 192.168.1.2

S1-4

図10：IGMPが正しく実装されていない

43

1

3.4.1 通常設定での動作

SW3: 192.168.1.3

2

4

1

S1-4

S1-4

S1-4

R: S1

3

すべてのストリームがブロードキャストされます。
アンマネージドスイ

2

S1-4

S1-4

R: S2

ッチを使用した時と同じ動きになります。

Querier

1

S1-4

SW2: 192.168.1.2

S1-4

S: S1-4

R: S14SW1: 192.168.1.1

3

1

S1-4

32

SW3: 192.168.1.3

24

1

S1-4

S1-4

S1-4

3

S1-4

R: S2

受 信 側 が I G M P をサ ポ ートして い な い とこ の ような 状 況 になります。アンマネ ー ジドスイッチを使 用した 時 、また は 、I G -M P ス ヌ ー ピ ン グ を 無 効 に し た 時 と 同 じ 動 き に な りま す。

すべてのストリームがブロードキャストされるので、このフラッディン
グによりすべての受信側にリクエストしていないストリームが流れ込みます。

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IPマルチキャストとIGMP

3.4.2 クエリアを替える

3.4.3 アンノウン フラッディング無し

スイッチ１のクエリア（Querier）を無効にすると、スイッチ２がクエリアになる アンノウン フラッディング 有効
 IGMPスヌーピング 有効 クエリア 有効 アンノウン フラッディング 無効
 IGMPスヌーピング 有効

図11：IGMPが正しく実装されていない、クエリアを替える

図12：IGMPが正しく実装されていない、
アンノウン フラッディングが

無効

R: S3

R: S3

S1-4

S1-4

12

S1-4
Querier1

S: S1-44

Querier

SW1: 192.168.1.1
S1-4

3

SW2: 192.168.1.2

S1-4

No streams

32

SW3: 192.168.1.3

2

4

1

S1-4

S1-4

S1-4

R: S1

1

S1-4

S1-4

R: S2

No streams

S: S1-4

SW2: 192.168.1.2
24

SW1: 192.168.1.133

図10と同じ動きになります。
クエリアの位置は影響しません。

324

1

No streams

R: S1

SW3: 192.168.1.3
3No streams

R: S2

この状況でアンノウン フラッディング (Unknown Flooding）を無効にすると、受信側にストリームが届かなくなります。

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S1-4

110

IPマルチキャストとIGMP

3.5 マルチキャストルーティング：準拠している受信側と準拠していない受信側の混在

3.4.4 IGMPスヌーピング無効
図13：IGMPスヌーピングが無効

3.5.1 通常設定での動作

 クエリア 有効 アンノウン フラッディング 有効
 IGMPスヌーピング 有効

R: S3
S1-4

S1-4

12

S1-4

SW1: 192.168.1.1
S1-4

3

1

SW2: 192.168.1.2

S1-4

S: S1-4

図14：準拠している受信側と準拠していない受信側

43

R: S3

224

1

S1-4

S1-4

S1-4

R: S1

3Querier

S1-4

2

S1-4

S4

1

1

S2;4

SW2: 192.168.1.2

S1-4

S: S1-4

R: S1

4

SW1: 192.168.1.1

3

R: S2

１と２と同じ状況になります。
すべてのストリームがブロードキャストされます。

S3-4

SW3: 192.168.1.3

3

2

SW3: 192.168.1.3

24

1

S1-4

S2-4

S2;4

R: S2

R: S2

34S4

S4

R: S1

赤い受信側が準拠していない受信側です。
これらはメンバーシップレポートを送信しません。
ある受信側にはフラッディングにより不要なストリームが流れ込んだり、また、ある受信側は受け取りたいストリームを受け取れなかったりします。

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IPマルチキャストとIGMP

3.5.2 クエリアを替える

3.5.3 アンノウン フラッディング無し

スイッチ１のクエリア（Querier）を無効にすると、スイッチ２がクエリアになる アンノウン フラッディング 有効
 IGMPスヌーピング 有効 クエリア 有効 アンノウン フラッディング 無効
 IGMPスヌーピング 有効

図15：クエリアを替える

図16：アンノウン フラッディング無し

R: S3

R: S3

S3-4

S412

S2-4
Querier1

S: S1-4

S2;4324S1;4

R: S1

Querier

S1-4

2

SW2: 192.168.1.2

S1-4

4

SW1: 192.168.1.1

32

S3

1
S4

R: S2

S2;4R: S2

4S41
S4

R: S1

前の状況とほぼ同様になります。
フラッディングによるストリームは比較的少なくなります。

4SW1: 192.168.1.1
S2

2

S: S1-4

4

S1

R: S1

32

SW2: 192.168.1.2

S1-4

1No streams

R: S2

SW3: 192.168.1.3
3

S2

R: S2

4

No streams

R: S1

準拠していない受信側にはデータが送られません。

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SW3: 192.168.1.3
3No streams

12IPマルチキャストとIGMP

3.5.4 IGMPスヌーピング無効
図17：IGMPスヌーピングが無効
R: S3
S1-4

S1-4

12

S1-4

4

SW1: 192.168.1.1
S1-4

3

1

SW2: 192.168.1.2

S1-4

S: S1-4

R: S1

3

2

SW3: 192.168.1.3

2

4

1

S1-4

S1-4

S1-4

R: S2

R: S2

3

4

S1-4

S1-4

R: S1

ストリームはブロードキャストされます。

すべての受信側はリクエストしたストリームを受け取りますが、不要なストリームも流れ込みます。

4. おわりにマルチキャストストリームを使用する際は、受信側とスイッチの両方において正しくIGMPが実装されていることが、ネットワーク全体にわたるトラフィックの最適化のためのベストプラクティスです。
そのため、すべてのギガコア（GigaCore）スイッチのデフォル
ト設定は以下のようになっています：
すべてのグループのIGMPスヌーピング（IGMP Snooping）が有効：スイッチはマルチキャストストリームを登録してルーティングする準備ができています クエリア (Querier）が有効：すべてのスイッチがクエリアの選出に参加します
これにより、ネットワーク内に少なくとも１台はクエリアが存在する状態を確保します アンノウン フラッディング（Unknown Flooding）が有効：ある受信側にIGMPが正しく実装されていない場合でも、その受信側が、要求するストリームを受け取れる可能性がより大きくなります。
本来であれば、スイッチと受信側にIGMPが正しく実装されていて、アンノウンフラッディングを無効にできることが理想的です。
そうなれば不要な転送が防止され、IGMPスヌーピングによりトラフィックが最適化されます

これらの設定の変更が必要な場合に、この文書が正しい判断をするための参考になることを願います。

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REVISION: 20210826-REV 1.4.

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