Компьютерные сети. 6-е изд.

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

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

194.24.31.255

4096

194.24.16.0/20

Илл. 5.51. Набор присвоенных IP-адресов

Илл. 5.52. Агрегация IP-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 (илл. 5.53) показывает, насколько гибким является такой тип маршрутизации. Для отправки пакетов в три университета нью-йоркский маршрутизатор использует один агрегированный префикс. Но что делать, если ранее свободный блок адресов теперь принадлежит сети в Сан-Франциско? Например, нью-йоркский маршрутизатор может хранить четыре префикса: один для Сан-Франциско и три для Лондона. Вместо этого маршрутизация по самому длинному совпадающему префиксу позволяет обойтись двумя префиксами, как показано на рисунке. Один общий префикс используется, чтобы направлять трафик, предназначенный для всего лондонского блока. По второму, более точному, данные передаются в Сан-Франциско. В соответствии с правилом самого длинного совпадающего префикса пакеты, предназначенные для IP-адресов в Сан-Франциско, будут переданы по соответствующей исходящей линии. Пакеты, предназначенные для более крупной сети, будут направлены в Лондон.

Илл. 5.53. Маршрутизация по самому длинному совпадающему префиксу на нью-йоркском маршрутизаторе

По сути, CIDR работает так. Когда прибывает пакет, необходимо определить, указан ли нужный адрес в префиксе; для этого просматривается таблица маршрутизации. Может оказаться, что по значению подойдет несколько записей, тогда выбирается самый длинный префикс. То есть если найдено совпадение для маски /20 и /24, то для выбора исходящей линии будет использоваться запись, соответствующая /24. Однако если бы таблица действительно просматривалась запись за записью, этот процесс был бы слишком долгим. Чтобы этого избежать, был разработан сложный алгоритм для ускорения процесса поиска адреса в таблице (Руис-Санчес и др.; Ruiz-Sanchez et al., 2001). В маршрутизаторах для коммерческого использования применяются специальные чипы VLSI, в которые эти алгоритмы встроены на аппаратном уровне.

Классовая и специальная адресация

Чтобы лучше понять преимущества CIDR, рассмотрим метод, который применялся ранее. До 1993 года IP-адреса разделялись на 5 категорий (илл. 5.54). Такое распределение называется классовой адресацией (classful addressing).

Илл. 5.54. Форматы IP-адреса

Форматы классов A, B и C позволяют задавать адреса для 128 сетей с 16 млн хостов в каждой, 16 384 сетей с 64 536 хостами или 2 млн сетей (например, LAN) с 256 хостами (хотя некоторые из них могут быть специальными). Предусмотрен класс для многоадресной рассылки (D), 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 просто заставить старый хост изменить свои привычки.

Такая структура является иерархической. Но в отличие от CIDR здесь используются фиксированные размеры блоков адресов. Существует свыше 2 млрд 21-битных адресов, однако организация адресного пространства с использованием классов ведет к потере миллионов адресов. И настоящий виновник этого — класс сетей В. Для большинства организаций 16 млн адресов в классе А — это слишком много, а 256 адресов класса С — слишком мало. Класс В с 65 536 адресами — то, что нужно. В интернет-фольклоре эта дилемма известна как проблема трех медведей (three bears problem). Совсем как в «Сказке про трех медведей»30 Роберта Саути (Southey, 1848).