IPv4定义了三种IP数据包传输方式：单播（unicast）、广播（broadcast）和组播（multicast）。我们先来了解一下单播、广播和组播的相关概念。

单播传输：点对点的传输。在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接，发送者给每个接收者分别单独发送数据。如果一个发送者同时给多个接收者传输相同的数据，也必须相应地复制多份的相同数据包。  

广播传输：点对面的传输。源主机和IP子网内的所有主机都建立网络连接。在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。也就是说发送者主动向某一主机发送一数据包或只要某一接收主机向发送主机请求一数据包，不论其他接收主机是否请求该数据包，发送者都会同时向本子网内每一台主机发送该数据包。

组播传输：点对多点的传输。在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，只需在分叉的时候复制一份相同的数据包。同单播或广播相比，组播的效率非常高，它将给定的链路至多用一次，可以节省大量的网络带宽和资源，大大减轻了发送服务器的负荷，达到发送信息的高性能。

单播、广播和组播的IP数据包传输方式如下图所示：

                                       单播

                                                广播

                                             组播

组播使用组地址，也就是D类IP地址来标志一个组。每个组播地址代表一个组播组，而不是一台主机。由于D类地址的最高四位数是1110，所以组播地址应该在224.0.0.0239.255.255.255之间。

组播组可分为永久的或临时的。永久组播组拥由一个IANA分配、恒定的组地址，但组中成员数量可以是任意的，甚至还可以为零。那些未被预留下来的组地址，就可被临时组播组利用，但临时组播组中的成员数量却不能为零。

D类地址范围与含义可如下表所示：

D类地址的范围及含义  

以太网硬件地址是48位，而IP地址是32位，有效IP组播地址是28位，以太网支持IP组播地址到以太网组播地址的映射，主要规则如下：将IP组播地址的低23位简单地代替特定的以太网地址01.00.5e.00.00.00（16进制）中的低23位。按此规则，IP组播地址范围为224.0.0.0~239.255.255.255，映射到以太网组播地址为01.00.5E.00.00.00~01.00.5E.7F.FF.FF。

组播协议分为主机-路由器之间的组管理协议（IGMP）和路由器-路由器之间的组播路由协议（例如：PIM-SM、PIM-DM）。

IGMP（InternetGroup Management Protocol），又称Internet组管理协议，是TCP/IP协议族中负责IP组播成员管理的协议，用来在IP主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系，是整个IP组播的基础。IGMP不包括组播路由器之间的组成员关系信息的传播与维护，这部分工作由各组播路由协议来完成。

IGMP是主机可以使用的唯一协议，定义了主机与路由器之间组播成员关系的建立和维护机制，是整个IP组播的基础。

IGMP通知路由器有关组成员的信息，并使路由器能通过和自己直接相连的主机来了解组内其它成员的情况。特定的应用程序能知道是来自哪个数据源的信息发送到了哪个组中。如果一个局域网中有一个用户通过IGMP宣布加入某组播组，则局域网中的组播路由器就将该信息通过组播路由协议进行传播，最终将该局域网作为一个分枝加入组播树。当主机作为某个组的成员开始收到信息后，路由器就会周期性地对该组进行查询，检查组内的成员是否还参与其中，只要还有一个主机仍在参与，路由器就继续接收数据。当局域网中的所有用户退出该组播组后相关的分枝就从组播树中删掉。

IGMP协议由主机成员关系协议发展而来，目前有两个版本：IGMPv1（RFC1112），IGMPv2(RFC2326)。主机使用IGMP消息通告本地的组播路由器它想接收组播流量的主机组地址。如果主机支持IGMPv2，它还可以通告组播路由器它退出某主机组。组播路由器通过IGMP协议为其每个端口都维护一张主机组成员表，并定期的探询表中的主机组的成员，以确定该主机组是否存活。IGMP消息被置于IP报文中传送。其中：IGMP Version2指定三种报文类型：组成员查询报文（Membership Query）、组成员报告报文（MembershipReport）和组成员离开报文（Leave Group）。

因为组播中的组地址是虚拟的，所以不可能如同单播那样，直接从数据源一端路由到特定的目的地址。组播应用程序将数据包发送给一组希望接收数据的接收者（组播地址），而不是仅仅传送给一个接收者（单播地址）。

组播路由建立了一个从数据源端到多个接收端的无环数据传输路径。组播路由协议的任务就是构建分发树结构。组播路由器能采用多种方法来建立数据传输的路径，即分发树。根据网络的实际情况，组播路由协议可以分成两大类——密集模式和稀疏模式。

密集模式组播路由协议适用于小型网络。它假设网络中的每个子网都存在至少一个对组播组感兴趣的接收站点。因此，组播数据包被扩散到网络中的所有点。与此伴随着相关资源（带宽和路由器的CPU等）的消耗。为了减少这些宝贵网络资源的消耗，密集模式组播路由协议对没有组播数据转发的分支进行剪枝操作，只保留包含接收站点的分支。为了使剪掉的分支中有组播数据转发需求的接收站点可以接收组播数据流，剪掉的分支可以周期性地恢复成转发状态。为了减少等待剪枝分支恢复转发状态的延时时间，密集模式组播路由协议使用嫁接机制主动加入组播分布树。这种周期性的扩散和剪枝现象是密集模式协议的特征。一般说来，密集模式下数据包的转发路径是“有源树”——以“源”为根、组员为枝叶的一棵树。

密集模式下的典型路由协议是密集模式下的协议无关组播（Protocol-Independent Multicast-DenseMode，PIM-DM）、距离向量组播路由协议（DistanceVector Multicast Routing Protocol，DVMRP）。

密集模式采用的扩散—剪枝技术，在广域网上是不可取的。在广域网上，组播接收成员相对稀疏，多采用稀疏模式。稀疏模式默认所有主机都不需要接收组播包，只向明确指定需要组播包的主机转发。为了使接收站点能够接收到特定组的组播数据流，连接这些站点的组播路由器必须向该组对应的“汇聚点”RP（RendezvousPoint）（汇聚点需要在网络中构建，是一些虚拟的数据交换地点）发送加入消息，加入消息经过一个个路由器后到达根部，即汇聚点，所经过的路径就变成了共享树的分支。稀疏模式协议先将组播报文发送到汇聚点，再沿以汇聚点为根的组员为枝叶的“共享树”转发。为了避免共享树的分支由于不被更新而被删除，稀疏模式组播路由协议通过向分支周期性地发送加入消息来维护组播分布树。

发送端如果想要给特定的地址发送数据，首先要在汇聚点进行注册，之后把数据发向汇聚点。当数据到达了汇聚点后，组播数据包被复制并沿着分发树路径把数据传给对其感兴趣的接收者。复制仅仅发生在分发树的分支处，这个过程能自动重复直到数据包最终到达目的地。

稀疏模式下的典型路由协议是稀疏模式下的协议无关组播（Protocol-Independent Multicast-SparseMode，PIM-SM）。