Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

информатики, прибавим к нему (используя логическое AND) маску 255.255.128.0, таким образом отрезав первые 17 бит (то есть 128.208.0.0). Далее сравним полученный результат с префиксом (128.208.128.0). Они не совпадают. Для факультета электротехники аналогичным образом берем первые 18 бит адреса и получаем 128.208.0.0. Это значение совпадает с префиксом, поэтому пакет передается на интерфейс, ведущий к сети факультета электротехники.

Разбиение на подсети можно впоследствии изменить. Для этого нужно обновить сведения о сетевых масках подсетей на всех маршрутизаторах университета. За пределами сети это разделение незаметно, поэтому нет нужды с появлением каждой подсети обращаться в ICANN или менять какие-либо внешние базы данных.

CIDR — бесклассовая междоменная маршрутизация

Даже при эффективном выделении IP-адресов проблема разрастания таблицы маршрутизации сохраняется.

Если маршрутизатор находится на границе сети какой-либо организации (например, университета), он должен хранить информацию обо всех подсетях, чтобы знать, по какой линии следует передавать пакеты для этой сети. Если адрес назначения находится за пределами данной организации, он может использовать простое правило по умолчанию: отправлять пакеты по линии, соединяющей эту организацию с остальным интернетом. Прочие адреса назначения, очевидно, находятся поблизости.

Маршрутизаторы интернет-провайдеров и магистралей не могут позволить себе такую роскошь. Они должны знать путь к любой сети, поэтому для них не может существовать простого правила по умолчанию. Про магистральные маршрутизаторы говорят, что они находятся в свободной от умолчаний зоне (default-free zone) интернета. Никто не знает точно, сколько всего сетей подключено к интернету, но очевидно, что их много — возможно, порядка миллиона. Из них можно составить огромную таблицу. Может, она не слишком большая с точки зрения компьютерных стандартов, но представьте, что маршрутизатор должен просматривать ее при отправке каждого пакета (а за секунду он отправляет миллионы таких пакетов). Для такой скорости обработки требуются специализированные аппаратные средства и быстродействующая память; обычный компьютер для этого не подойдет.

Различные алгоритмы маршрутизации требуют, чтобы маршрутизаторы обменивались информацией о доступных им адресах между собой. Чем больше таблица, тем больше данных необходимо передавать и обрабатывать. С ростом таблицы время обработки увеличивается как минимум линейно. Чем больше данных приходится передавать, тем выше вероятность потери (в лучшем случае временной) части информации, что может привести к нестабильности работы алгоритмов.

Проблему таблиц маршрутизации можно было бы решить, увеличив число уровней иерархии, как это происходит в телефонных сетях. Например, каждый IP-адрес мог бы содержать номер страны, региона, города, сети и хоста. В таком случае маршрутизатор должен знать, как достичь любого другого государства, а также всех регионов своей страны, всех городов в них и каждой сети своего города. К сожалению, этот подход потребует гораздо больше, чем 32 бита, а адресное поле будет использоваться неэффективно (для Лихтенштейна будет выделено столько же разрядов, сколько для США).

К счастью, способ сократить таблицы маршрутизации все же существует. Используем тот же принцип, что и при разбиении на подсети: маршрутизатор может узнавать о расположении IP-адресов по префиксам разной длины. Но вместо разделения сети на подсети мы объединим несколько коротких префиксов в один. Этот процесс называется агрегацией маршрута (route aggregation). Длинный префикс, полученный в результате, называется суперсетью (supernet), в противоположность подсетям с разделением блоков адресов.

При агрегации IP-адреса содержатся в префиксах различной длины. Один и тот же IP-адрес может рассматриваться одним маршрутизатором как часть блока /22 (содержащего 210 адресов), а другим — как часть более крупного блока /20 (содержащего 212 адресов). Это зависит от информации, которой обладает маршрутизатор. Этот метод работает и для разбиения на подсети и называется бесклассовой междоменной маршрутизацией (Classless InterDomain Routing, CIDR). Последняя на сегодняшний день версия описана в RFC 4632 (Фуллер и Ли; Fuller and Li, 2006). Название иллюстрирует отличие от адресов, кодирующих иерархию с помощью классов, о которой мы в скором времени поговорим.

Чтобы лучше понять алгоритм маршрутизации, рассмотрим пример. Предположим, у нас есть блок из 8192 адресов, начиная с 194.24.0.0. Допустим, что Кембриджскому университету требуется 2048 адресов, и ему выделяются адреса от 194.24.0.0 до 194.24.7.255, а также маска 255.255.248.0. Это будет префикс /21. Затем Оксфордский университет запрашивает 4096 адресов. Так как блок из 4096 адресов должен располагаться на границе, кратной 4096, то ему не могут быть выделены адреса, начинающиеся с 194.24.8.0. Вместо этого он получает адреса от 194.24.16.0 до 194.24.31.255 вместе с маской 255.255.240.0. Наконец, Эдинбургский университет просит выделить ему 1024 адреса и получает адреса от 194.24.8.0 до 194.24.11.255 и маску 255.255.252.0. Все эти присвоенные адреса и маски сведены в таблицу на илл. 5.51.

После этого всем маршрутизаторам в свободной от умолчаний зоне сообщаются IP-адреса трех новых сетей. Маршрутизаторы, находящиеся рядом с этими университетами (например, в Лондоне — илл. 5.52), возможно, захотят отправлять пакеты на эти префиксы по разным исходящим линиям. Тогда они запишут эти адреса в свои таблицы маршрутизации.

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 вообще) в Лондон. Процесс маршрутизации в Лондоне узнает об этом, соединяет три префикса в одну агрегированную запись 194.24.0.0/19 и передает ее в Нью-Йорк. Этот префикс содержит 8 Кбайт адресов и включает 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 число записей в его таблице.

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