Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Таблица 5.6.Набор присвоенных IP-адресов

Университет

Первый адрес

Последний адрес

Количество

Форма записи

Кембридж

194.24.0.0

194.24.7.255

2048

194.24.0.0/21

Эдинбург

194.24.8.0

194.24.11.255

1024

194.24.8.0/22

(Свободно)

194.24.12.0

194.24.15.255

1024

194.24.12.0/22

Оксфорд

194.24.16.0

194.24.16.255

4096

194.24.16.0/20

После этого всем маршрутизаторам, находящимся в свободной от умолчаний зоне, сообщаются IP-адреса трех новых сетей. Маршрутизаторы, находящиеся рядом с этими университетами (например, в Лондоне — рис. 5.44), возможно, захотят отправлять пакеты на эти префиксы по разным исходящим линиям. Тогда они запишут эти адреса в свои таблицы маршрутизации.

Рис. 5.44. Агрегация IP-префиксов

Теперь посмотрим на эту троицу университетов с точки зрения отдаленного маршрутизатора в Нью-Йорке. Все IP-адреса, относящиеся к этим трем префиксам, должны отправляться из Нью-Йорка (или из США) в Лондон. Процесс маршрутизации в Лондоне узнает об этом и объединяет три префикса в одну агрегированную запись

194.24.0.0/19 и передает ее в Нью-Йорк. Этот префикс содержит 8 Кбайт адресов и объединяет три университета плюс 1024 свободных адреса. Агрегация позволила объединить три префикса в один, благодаря чему уменьшилось количество префиксов, о которых должен знать маршрутизатор в Нью-Йорке, и количество записей в его таблице маршрутизации.

Если агрегация включена, она производится автоматически. Этот процесс зависит от того, где какие префиксы расположены, а не от администратора, который выделяет сетям адреса. В Интернете агрегация используется очень активно, снижая размер таблиц маршрутизации примерно до 200 000 префиксов.

Дальше все становится еще интереснее: префиксы могут пересекаться. Согласно правилу, пакеты передаются в направлении самого специализированного блока, или самого длинного совпадающего префикса( longest matching prefix), в котором находится меньше всего IP-адресов. Поведение маршрутизатора в Нью-Йорке (рис. 5.45) показывает, насколько гибкой является такой тип маршрутизации. Для отправки пакетов в наши три университета Нью-Йоркский маршрутизатор использует один агрегированный префикс. Но что делать, если тот блок адресов, который раньше был свободным, теперь принадлежит сети в Сан-Франциско? Например, Нью-Йоркский маршрутизатор может хранить четыре префикса: один для Сан-Франциско и три для Лондона. Маршрутизация по самому длинному совпадающему префиксу позволяет обойтись двумя (см. рис. 5.45). Один общий префикс используется для того, чтобы направлять трафик, предназначенный для всего блока, в Лондон. Еще один специфический префикс позволяет направлять его часть в Сан-Франциско. В соответствии с правилом самого длинного совпадающего префикса, пакеты, предназначенные для IP-адресов в Сан-Франциско, будут переданы по исходящей линии, ведущей в Сан-Франциско. Пакеты, предназначенные для более крупной сети, будут направлены в Лондон.

По сути CIDR работает так. Когда прибывает пакет, необходимо определить, относится ли данный адрес к данному префиксу; для этого просматривается таблица маршрутизации. Может оказаться, что по значению подойдет несколько записей. В этом случае используется самый длинный префикс. То есть если найдено совпадение для маски /20 и /24, то для выбора исходящей линии будет использоваться запись, соответствующая /24. Однако этот процесс был бы трудоемким, если бы таблица маршрутизации просматривалась запись за записью. Вместо этого был разработан сложный алгоритм для ускорения процесса поиска адреса в таблице (Ruiz-Sanchez и др., 2001). В маршрутизаторах, предполагающих коммерческое использование, применяются специальные чипы VLSI, в которые данные алгоритмы встроены аппаратно.

Рис. 5.45.Маршрутизация по самому длинному совпадающему префиксу на Нью-Йоркском маршрутизаторе

Полноклассовая и специализированная адресация

Чтобы лучше представлять себе основные преимущества CIDR, рассмотрим метод, который использовался раньше. До 1993 года IP-адреса разделялись на 5 категорий (рис. 5.46). Такое распределение называется полноклассовой адресацией (classful addressing).

Рис. 5.46.Форматы IP-адреса

Форматы классов A, B, C и D позволяют задавать адреса до 128 сетей с 16 млн хостов в каждой, 16 384 сетей с 64 536 хостов или 2 млн сетей (например, ЛВС) с 256 хостами (хотя некоторые из них могут быть специализированными). Предусмотрен класс для многоадресной рассылки, при которой дейтаграммы рассылаются одновременно на несколько хостов. Адреса, начинающиеся с 1111, зарезервированы для будущего применения. Неплохо было бы использовать их уже сейчас, когда адресное пространство IPv4 практически закончилось. Но так как в течение долгого времени они были запрещены, многие хосты будут их отвергать — не так уж просто заставить старые хосты изменить свои привычки.

Такая структура является иерархической. Но в отличие от CIDR здесь используются фиксированные размеры блоков адресов. Существует 2 млрд адресов, но благодаря иерархической организации адресного пространства это число сократилось на миллионы. В частности, одним из виновников этого является класс сетей В. Для большинства организаций класс А с 16 млн адресов — это слишком много, а класс С с 256 адресами — слишком мало. Класс В с 65 536 адресами — это то, что нужно. В интернет-фольклоре такая дилемма известна под названием проблемы трех медведей.

Но на самом деле, и класс В слишком велик для большинства контор, которые устанавливают у себя сети. Исследования показали, что более чем в половине случаев сети класса В включают в себя менее 50 хостов. Безо всяких сомнений, всем этим организациям хватило бы и сетей класса С, однако почему-то все уверены, что в один прекрасный день маленькое предприятие вдруг разрастется настолько, что сеть выйдет за пределы 8-битного адресного пространства хостов. Сейчас, оглядываясь назад, кажется, что лучше было бы использовать в классе С 10-битную адресацию (до 1022 хостов в сети). Если бы это было так, то, возможно, большинство организаций приняло бы разумное решение устанавливать у себя сети класса С, а не В. Таких сетей могло бы быть полмиллиона, а не 16 384, как в случае сетей класса В.

Нельзя обвинять в создавшейся ситуации проектировщиков Интернета за то, что они не увеличили (или не уменьшили) адресное пространство сетей класса В. В то время, когда принималось решение о создании трех классов сетей, Интернет был инструментом научно-исследовательских организаций США (плюс несколько компаний и военных организаций, занимавшихся исследованиями с помощью сети). Никто тогда не предполагал, что Интернет станет коммерческой системой коммуникации общего пользования, соперничающей с телефонной сетью. Тогда кое-кто сказал, ничуть не сомневаясь в своей правоте: «В США около 2000 колледжей и университетов. Даже если все они подключатся к Интернету и к ним присоединятся университеты из других стран, мы никогда не превысим число 16 000, потому что высших учебных заведений по всему миру не так уж много. Зато мы будем кодировать номер хоста целым числом байт, что ускорит процесс обработки пакетов» (в то время это выполнялось исключительно программными средствами). Быть может, в один прекрасный день кто-то скажет, обвиняя разработчиков телефонной сети: «Вот идиоты! Почему они не включили номер планеты в телефонный номер?» Когда телефонные сети создавались, никто не думал, что это понадобится.