Das Internet Group Management Protocol (IGMP)

Normalerweise hat jedes Gerät in Ihrem Heimnetzwerk sein eigenes Sende- und Empfangsprofil. Das eine Gerät ruft gerade ein Update ab, das zweite ist mit einem Online Gameserver verbunden, etc. . Mit der Verbreitung von IP-TV steigt die Wahrscheinlichkeit das mehrere Geräte in Ihrem Haushalt das gleiche zur gleichen Zeit empfangen möchten. Sowohl für das Zugangsnetz Ihres Internetanbieters als auch Ihr Heimnetzwerk wäre es eine unnötige Verwendung von Bandbreite das gleiche Programm über einen jeweils separaten Stream zu verschiedenen Endgeräten zu übertragen.

Hier setzt das Prinzip des Multicasting an. Ein Datenstrom wird einmal gesendet, verteilt und gleichzeitig von mehreren Geräten empfangen.

Mit IP-TV gibt es wie über das Kabel- oder das Terrestrische Fernsehen ein Vielzahl von Programmen im Angebot. Alle Programme einfach auf Verdacht in einem Netzwerk zu senden, würde die Kapazität der Netzwerke sprengen. Effizienter wäre es das ein Gerät welches ein bestimmtes Programm empfangen möchte erst sein Interesse daran bekundet. Und nur wenn ein oder mehrere Geräte in Ihrem Heimnetzwerk Interesse an einem Programm haben wird es auch zu Ihrem Heimnetzwerk und an Ihr Endgerät gesendet. Wird der Empfang von z.B. des ZDF an dem letzten Gerät in Ihrem Heimnetzwerk beendet, dann muß auch die Sendeaktivität zu und in Ihrem Netzwerk eingestellt werden.

Genau diese Funktion des “Interesse bekunden” und das Auswerten der Interessen übernimmt das Internet Group Management Protocol (IGMP) für das Internet Protokoll Version 4 (IPv4). IGMP kann für verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden, IP-TV diente Eingangs als praxisnahes Beispiel. Im folgenden eine Grafik, welche die prinzipielle Architektur von IGMP für ein Heim- und Internetzugangsnetzwerk illustriert.

Mit Hilfe des IGMP Protokolls kann ein Endgerät sein Interesse bekunden einer oder auch mehreren bestimmten Multicast Gruppen beizutreten. Eine Multicast Gruppe definiert sich durch Ihre spezifische IPv4 Adresse aus dem Adressbereich 224.0.0.0 /4. Dieses Beitrittsersuchen wird von dem nächsten Router, in diesem Fall Ihrem Internet-Router empfangen und dann wiederum an den nächsten Router Ihres Internetanbieters weitergeleitet. Wenn der Router Ihres Internetanbieters keine Gründe sieht eine Anfrage zu verweigern, fängt dieser an den angeforderten Datenstrom zu senden. Falls ein zweites Endgerät der gleichen Multicast Gruppe beitreten möchte, dann kann Ihr Internet-Router dem Beitrittsersuchen direkt stattgeben und den schon empfangenen Datenstrom einfach weiter verteilen. Von Zeit zu Zeit erkundigt sich der Router Ihres Internetanbieters bei Ihrem Internet-Router ob und an welchen Multicast Gruppen noch Interesse besteht. Dieser Antwortet mit dem Status, welchen er selbst durch seine Abfragen und entsprechende Reports der Endgeräte unterhält. Hat das letzte Endgerät eine Multicast Gruppe verlassen, bekommt das der Router Ihres Internetanbieters durch einen Report Ihres Internet-Routers mit und stellt die Sendeaktivität ein.

Ihr Internet-Router agiert dabei in der Rolle eines IGMP Proxy. Das bedeutet aus der Sicht Ihrer Endgeräte übernimmt der Internet-Router die Rolle des IGMP Multicast Routers, welcher Beitrittsgesuche empfängt und stattgibt und den Status der Multicast Mitgliedschaften über Abfragen unterhält. Aus Sicht des Routers Ihres Internetanbieters ist Ihr Internet-Router wiederum das Endgerät, welches Multicast Gruppen beitreten möchte und auf Anfragen antwortet ob Mitgliedschaften noch aktuell sind.

Notiz: Die aktuelle Version von IGMP ist die Version 3. Diese wird z.B. für die Realisierung des “Entertain” IP-TV Angebots der Telekom genutzt."

Wenn Sie in Ihrem Heimnetzwerk Ethernet-Switches einsetzen (auch wenn in einem Internet-Router integriert) , dann gibt es noch einen weiteren wichtigen Punkt zu beachten. Ein Ethernet-Switch arbeitet nach dem Prinzip das es ein Datenpaket dessen Ziel es nicht kennt, an alle ausgehenden Schnittstellen verteilt, außer an der Schnittstelle über welche das Datenpaket empfangen wurde. Normalerweise lernt ein Ethernet-Switch die verschiedenen angeschlossenen Ziele durch das Untersuchen der Quelladressen in den empfangenen Datenpaketen. Mit Hilfe dieser Untersuchung unterhält ein Ethernet-Switch eine Tabelle mit der Information hinter welcher Schnittstellen welche Ziele angebunden sind. Das Problem mit Multicasting ist, das eine Multicast Adresse nicht als Quelleadresse benutzt wird. Ein Ethernet-Switch kann damit nicht lernen welches Gerät welche Multicast Datenströme empfangen möchte und sendet im Endresultat Multicast Datenströme immer an alle ausgehenden Schnittstellen. Das kann zu einer Überlastung von Endgeräten und Netzwerkverbindungen führen. Um diese Problem zu Umgehen gibt es das sogenannte IGMP snooping. Das Prinzip ist einfach. Ein Ethernet-Switch belauscht den Datenverkehr. Werden IGMP Nachrichten an einer Schnittstelle entdeckt, dann werden diese mitgelesen und entsprechende Mitgliedschaften vermerkt. Ein Multicast Datenstrom wird danach nur an Schnittstellen weitergeleitet an welchen Mitglieder angeschlossen sind.

Tipp: Kurz zusammengefasst. Falls Sie IP-TV nutzen und Ethernet-Switches in Ihrem Netzwerk verwenden, dann ist es empfehlenswert darauf zu achten das diese IGMP snooping bis zur Version 3 unterstützen. Das gilt selbstverständlich auch für einen in einem Internet-Router integrierten Ethernet-Switch.