IPv6组管理协议 MLD研究
林予松 贺 磊 汪斌强
(国家数字交换 系统工程技术研究中心 ，郑州 450002)
(郑州大学网络中心，郑州 450052)
E-mail：lys@mail．ndsc．com．cn
摘 要 MLD是在 IPv6环境下重要的组播组管理协议 ，该文研究 了MLD两个协议版本的工作原理、报文格 式以及主要
特点，分析了协议行为的有限状态机，给出了MLDv2对源特定组播的支持和时原有协议的改进。
关键词 MLD IPv6 源特定组播
文章编号 1002—8331一(2004)36—0131—03 文献标识码 A 中图分类号 TP393
Research on IPv6 Multicast Group M anagement Protocol
Lin Yusong ‘ He Lei W ang Binqiang
(National Distal Switching System Research Center，Zhengzhou 450002)
(Network Center，Zhengzhou University，Zhengzhou 450052)
Abstract： MLD is an important protocol in IPv6 muhicast technology．This paper analyses the 2 versions of MLD and
introduces the working principles，message formats and properties of the protocols．How to support the new multicast
technology ，Source Specific Muhicast，is also presented．
Keywords：MLD，IPv6，Source—specific Multicast
组管理协议是在网络中实现组播的重要协议 ，它的主要功
能是在主机和路由器之间交换必要的信息，使得路由器知道在
连接的网段上有哪些主机需要提供组播服务。在运行 IPv6的
网络里 ，新 的组管理协议 MLD(Muhicast Listener Discovery)协
议取代了原来的在 IPv4网络中使用的IGMP协议。目前 MLD
协议有两个版本 ，分别是 v1和 v2。
该文针对 IPv6环境下的 MLD协议进行研究 ，描述了 MLD
两个协议版本的工作原理、报文格式以及主要特点，同时也分
析 了 MLDv2对源特定组播 (Source Specific Muhicast)的支持
和对原有协议的改进 。
l MLDvl
MLDvl协议只能用于 IPv6环境 ，与运行在 IPv4环境下的
IGMP协议相比，其最大的变化在于使用ICMPv6报文承载数
据，而不像 IGMP直接使用IP报文承载数据。
MLDvl协议的工作方式与 IGMPv2协议类似。路 由器定期
发送查询报文，主机如果想加入组播组，则通过报告报文对路
由器进行响应。主机退出组播组时，发送退出报文给路由器。主
机之间采用响应抑制机制来避免发送重复确认。
1．1 MLDvl的报文格式
MLD协议是 ICMPv6协议 的一个子协议。在一个 IPv6数
据报文中，通过将 Next Header字段的值置为 58来表示该报
文的数据部分是一个MLD协议报文；同时将 Hop Limit字段
置为 1，增加逐跳选项头(Hop—by—hop options header)中的路
由器告警选项(Router Alert option)。路由器告警选项的目的是
强制路由器查看该报文的内容。
类型 码点 校验码
最大响应延迟 保鼙
组地址
图 1 MLDvl报文格式
MLDvl报文格式与IGMPv2报文相比有些改变，主要是增
加了码点字段。其格式如图 1所示，主要内容如下：
(1)类型字段(Type)：8bit。MLDvl中有三种报文类型。
① 130：组播监听者查询(Multicast Listener Query)报文。
用于路 由器向主机查询组成员状态。查询分为两种类型 ：通用
查询(General Query)，组地址字段置为全 O，对所有的组进
行组成 员查 询 ；特定组 地址 查询 (Muhicast—address—specific
Query)，针对特定的组进行组成员查询，报文中的组地址字段
置为特定组的地址。
②131：组播监听者报告(Muhicast Listener Report)报文。
用于主机向路由器报告加入某个组播组的信息。
⑧132：组播监听者结束(Muhicast Listener Done)报文。用
于主机向路由器报告离开某个组播组的信息。
(2)码点字段(Code)：8bit。初始值为O。
基金项目：国家863高技术研究发展计划信息技术领域重大专项项目基金资助(编号：2001AA124011)
作者简介：林予松(1973一)，男，讲师，博士生，主要研究方向：组播，核心路由器设计。贺磊(1974一)，男，博士生，主要研究方向：网络管理，核心路由
器设计 。汪斌强(1963-)，男，教授 ，博士生导师，主要研究方向：宽带 IP网络。
计算机工程与应用 2004．36 131
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(3)校验和字段 ：16bit。
(4)最大响应时间字段(Max Resp Delay)：16bit。只有在组
播监听者查询报文中有效，主机必须在最大响应时间到达之前
发出成员关系报告报文。通过该值 ，路 由器可以调节组成员的
离开延迟。
(5)组地址地段 ：128bit。在通用组查询中，置为 0；在特定
组查询时，该字段存放要查询的组播组的地址。在报告和完成
报文中，分别用于存放主机要加入和离开的组地址。
1．2 MLDvl的工作原理
路由器通过MLD协议来探察子网内有哪些主机需要接收
组播报文。在路由器内部有一个列表，保存着在路由器连接的
子网内有组成员的组播组地址 ，并且针对每一个组地址有一个
计时器。路由器只知道某一个组地址有无接收者，并不知道子
网内有多少接收者或者接收者是哪台主机。
如果路由器有多个网络接口连接在同一个网段上，则路由
器需要选择其中一个作为发送 IPv6数据报文的源地址。同时，
该接口必须设置为允许接收所有的数据链路层组播地址。
当一个网段内连接有多台路由器的时候，必须选举一台路
由器作为查询路由器(Querier router)，其余的自然成为非查询
路由器(Non—Querier router)。选举的机制是 IP地址最小的路
由器当选。非查询路由器中有一个 Other Querier Present计时
器，当该计时器到期仍没有收到来 自查询路由器的报文，则认
为该查询路由器失效，重新开始新的选举。
路由器定期向子网内所有的主机广播查询报文(目的地址
为FF02：：1)，目的是获得主机的报告报文。在路由器刚开始工
作时，会快速连续地发送查询报文，以便尽快搜集到子网内的
组成员信息。
当主机接_收到一个查询报文后，就为每一个要接收的组地
址启动一个延迟定时器。定时器的值在f0，Max Resp Delay]之
间取一个随机数。如果查询报文中的Max Resp Delay字段被
置为0，则定时器立刻到期。定时器到期后，主机会发送一个报
告报文给路由器，通知路由器主机想接收的组播组地址。
如果一 台主机在定时器还未到期时 ，就收到其 它主机通告
路由器的报告报文，则读取该报文的组地址，如果和自己需要
通告的组地址相同，则立刻停止相应的定时器，并不再发送关
于该组地址的报告报文，这样就可以避免多台主机发送相同内
容的报告报文给路由器，这种机制称为“响应抑制”。
路由器收到来 自主机的报告报文后，查看其中的组地址，
如果该地址未在路由器的组地址列表中，则将其添加到组地址
列表中，同时为其启动一个相应的定时器；如果该地址已经在
路由器的组地址列表中，则将相应的定时器恢复最大值。如果
一 个组地址的定时器到期了，则说明该组地址在子 网内已经没
有接收者了，路由器会将此组地址从列表中删除。
当一台主机想要加入某个组播组时，可以不必等待路由器
的查询报文，而是直接向路由器发送报告报文。为了保障该报
文的可靠性，一般会进行重传。
当一台主机想要离开某个组播组时，必须发送一个离开报
文(类型 132)给子网内的路由器 (目的地址 ：FF02：：2)。路由器
收到离开报文后，会首先查看该组地址是否在组地址列表中，
如果在 ，则发送一个特定组地址查询给子网内的所有主机。在
一 定的时间内，路由器收不到来自主机的应答，则会认为该组
已经没有接收者，于是将该组地址从列表中删除。非查询路由
132 2Oo4．36计算机工程与应用
器会忽略所有的离开报文。
1．3 主机工作状态转换图
使用状态转换图能够很好地反应主机的变化状态。对于任
意一个单独接口上的一个单独的IPv6组播地址，一台主机可
能是以下三种状态中的一种 ：
(1)非监听状态(Non—Listener State)。当主机没有在接 口
上监听任何一个组播地址时的状态。没有上层协议或者应用要
求接收组播数据，这是任何一个网络接口的初始状态，此时在
主机上不需要存储空间。
(2)延时监听状态(Delaying Listener State)。这时主机正
在监听某些组播地址，但是由于计时器尚未到期，还没有向路
由器发送报告报文。
(3)空闲监听状态(Idle Listener State)。此时主机正在监
听某些组播地址，并且也没有报告延时计时器在工作中。
一 共有 5个事件会触发主机改变状态 ：
(1)开始监 听事件(Start Listening Event)。主机开始想要
监听某个组播地址。这个事件只能发生在非监听状态。
(2)停止监听事件(Stop Listening Event)。主机停止监听
某个组播地址。这个事件只能在延时监听或者空闲监听状态下
发生。
(3)查询报文收到事件(Query Received Event)。主机收到
一 个来自路由器的查询报文。在非监听状态下，该报文被忽略。
(4)报告报文收到事件(Report Received Event)。主机收到
一 个来自其它主机的报告报文。在非监听状态和空闲监听状态
下，该报文被忽略。
(5)计时器到期事件(Timer Expired Event)。当针对某一
个报告报文的计时器到期后发生这一事件，该事件只能在延时
监听状态下发生。
对于其它情况，比如收到无效的MLD报文，或者报文类型
不是查询和报告 ，则丢弃相应的报文。
针对上述的5种事件，会有7种动作(Actions)发生。
(1)发送报告报文 (Report Message)。
(2)发送结束报文(Done Message)。
(3)Set flag。如果主机是某个组播地址的最后一个成员。
(4)Clear flag。如果 主机不是某 个组播地 址的最 后一个
成员。
(5)计时器开始计时。
(6)重置计时器。为计时器赋予一个新的值。
(7)停止计时器。
状态的转变由事件触发，事件同时触发了相应的动作：如
图2所示。
图 2 主机状态转换图
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这里需要说明的是 ，set flag表示主机成为该组 最后一 个
成员，clear flag表示主机不是最后一个成员。例如，在延时监
听状态，如果在计时器没有到期的时候，收到一个来 自其它主
机的报告报文，则说明另有主机向路由器发送了报告报文，因
此，该主机就不必再发送报告报文了(停止计时器)，同时说明
该主机也不是该组播组的最后一个成员，因此 clear flag。
1．4 路由器状态转换图
连接在同一网段上的路由器有两种类型：一种是查询路由
器；另一种是非查询路由器。查询路由器负责在网段内发送查
询报文。
有 3种事件会触发路由器改变类型：
(1)查询计时器到期。这个事件只能发生在查询路由器上。
(2)收到来 自更小 IP地址 的查询报文。
(3)查询路由器存活计时器到期。查询路由器存活计时器
运行在非查询路由器上，表示查询路由器的存活状态。一旦该
计时器到期，非查询路由器就会认为查询路由器出了故障，将
会重新进行查询路由器选举。
对于上述的事件，会产生不同的动作：
(1)启动查询间隔计时器。该计时器用于控制查询路由器
每次发送查询报文的时间间隔。
(2)启动查询路由器存活计时器。
(3)发送通 用查 询报文 。通用查询报文 的 目的地 址是 ：
FF02：：1。
路由器在两种类型间切换 的示意图如图 3所示。
初始状态1 ．1查询路由器
收到来 自更
小 IP地址的
查询报文 (启
动查询路 由
器存活计时
器)
非重询路由器
图 3 路由器状态转换图
查询计时器到期
(发送通用查询
报文．启动通用
查询计时器)
王询路由器存活
计时器到期 (发
送通 用查 询报
文，启动初始通
用报文计时器)
收到来自更小 IP
地址的重询报文
(启动重询路由
器存活计时器)
2 MLDv2
MLDv2的提出，主要是为了配合源特定组播的实现，非常
类似于 IGMPv3对于 IGMPv2的改进。源特定组播 (SSM
Source Specific Muhicast)是一种区别于传统组播的新的业务
模型，它使用组播组地址和组播源地址同时来标识一个组播会
话，而不是向传统的组播服务那样只使用组播组地址来标识一
个组播会话。SSM保留了传统PIM—SM模式中的主机显式加入
组播组的高效性，但是跳过了PIM—SM模式中的共享树和 RP
规程。SSM特别适合于点到多点的组播服务，例如视频点播、在
线网络教学等业务，但是在多点到多点的应用场合还是需要
ASM模式。
为了在 IPv6网络中实施SSM组播业务，除了要求网络端
到端地支持网络组播和SSM模式外，同时还要求网络和应用
支持 MLDv2协议栈。
MLDv2协议是 ICMPv6协议的子协议 ，MLDv2的报文类型
有以下四种：
(1)Type=130：Muhicast Listener Query
(2)Type=lIANA尚未确定】：Version 2
Report
(3)Type=131：Version 1 Muhicast Listener Report
(4)Type=132：Version 1 Muhicast Listener Done
其中后两种报文是为了兼容 MLDvl协议
MLDv2的工作原理和 MLDvl并没有本质的改变 ，只是在
某些地方做了改进和优化。以下列出了MLDv2的主要改进：
(1)支持源特定组播SSM；
(2)主机可以维护每个接口上每个套接字上的组播接收状
态，并且针对每一个组播地址可以定义一个过滤模式和一组源
地址 ；
(3)路由器中，除了组播地址列表外，还维护着每个组播地
址相关的过滤模式、源地址列表、源计时器等信息。而在
MLDvl中，路由器只维护一个组播地址列表；
(4)QRV和 QQIC字段可以使同一网段上的MLDv2路由
器保持同步；
(5)主机可以定义要接收的组播源地址 ；
(6)最大响应时间增加到 140分钟，适合于较大的网络；
(7)辅助数据字段为将来的应用预留了空间；
(8)报告报文 中可 以包含多个针对不同组播地址的记录，
而MLDvl中，针对每个组播地址都需要发送一个报告报文，因
此MLDv2可以有效地减少网络通信量；
(9)在 MLDv2中，取消了前面版本中的响应抑制功能，主
要原因是：①使用响应抑制时，路由器只知道子网上是否有组
成员，而不知道有几个组成员，以及成员是哪些主机；取消响应
抑制，路由器就可以记录每一个组成员的信息，可以开发记帐
等功能；②许多网桥或者二层／三层交换机在实现 MLD监听功
能时，为了避免响应抑制，一般不转发网段间的 MLD报文 取
消了响应抑制后，可以简化这些设备的设计；⑧取消响应抑制
后。主机不必处理来自其它主机的报文，简化了主机的实现；
(10)在查询报文中，增加了S标志位，可以提高系统的健
壮性 ；
(11)取消了MLDvl中的完成报文(Done Message)。
3 总结
MLD协议是 IPv6环境下支持组播必不可少的协议 一
MLDvl与IPv4下的IGMPv2协议有类似的工作机制，主要用
于在主机和路由器间交换组成员加入和退出的信息。MLDv2
是在MLDvl的基础上，增加了对源特定组播的支持。目前大部
分的 IPv6网络设备和主机操作系统协议栈都支持 MLDvl，
MLDv2目前只是Intemet Draft，还需要进一步地完善。
(收稿 日期 ：2004年 6月)
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(上接 138页 )
于更有利的位置。在第五步，若A单方面终止协议，公告栏的
存在约束了它的这种行为，因为所有人都可以看到公告栏。
公平性：单方面终止协议不会破坏协议的公平性。若 不
诚实，就不会通过A的验证。若 A不诚实，在公告栏中公布假
消息，也不会通过 的验证。若它在发送完消息后又修改公告
栏或密钥库中的消息，将被记录处记载，在争议解决时被揭露
出来。
因此，该协议满足以上五个性质，是一个公平的交换协议。
7 结论
该文提出了一个不含可信第三方的公平的多方不可否认
协议。该协议不要求协议双方具有相同的计算能力，能抵抗外
界干扰，且发送者用公告栏公布消息，防止了信道传输中可能
出现的截获、重传等问题，高效实用。(收稿日期：2004年7月)
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(上接 178页 )
4 结论
k-means算法是一种常用的聚类方法，但随机初始选取聚
类中心的方式限制了该方法的性能，该文改进的方法根据数据
的自然分布选取初始聚类中心，实验表明改进后的方法具有较
高的聚类准确率。(收稿日期：2004年6月)
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(上接 204页 )
汽车工业、航空、航海等领域有较广泛的应用。该文的研究是基
于分布式实时控制研究的一个子课题。通过上面的一个简单的
试验，对该文的算法进行了验证，时钟同步的性能和效果都很
满意。采用该协议不仅可以用于CAN总线，也可以用于其他广
播式网络 ，应用 的前景很大。由于现场总线和基于现场总线的
节点的特点：总线的传输速率不是很高；总线节点的计算能力
232 2004．36计算机工程与应用
有限及总线节点成本较低等，也决定了同步的效果不能同基于
工作站的分布式系统相比较。(收稿日期：2004年6月)
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