Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

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).

На самом деле класс В также слишком велик для большинства организаций. Исследования показали, что более чем в половине случаев сети класса В включают в себя менее 50 хостов. Всем этим компаниям хватило бы и сетей класса С, но почему-то все уверены, что в один прекрасный день маленькое предприятие 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). Возможно, в этом случае многие организации приняли бы разумное решение устанавливать сети класса С, а не В. Таких сетей могло бы быть полмиллиона, а не 16 384, как в случае класса В.

В создавшейся ситуации нельзя обвинять разработчиков интернета за то, что они не увеличили (или не уменьшили) адресное пространство сетей класса В. Когда принималось решение о создании трех классов сетей, интернет был инструментом научно-исследовательских организаций США (и еще нескольких компаний и военных организаций). Никто не предполагал, что интернет станет коммерческой системой коммуникации общего пользования, соперничающей с телефонной сетью. Несомненно, в тот момент кто-то сказал: «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 байтов, что ускорит процесс обработки пакетов» (в то время это выполнялось исключительно программными средствами). Быть может, однажды кто-то воскликнет, 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.

Для решения этих проблем были созданы подсети, обеспечивающие гибкий механизм выделения блоков адресов для отдельных организаций. Позднее в употребление вошла новая схема, позволяющая уменьшить размер таблиц маршрутизации — CIDR. Сейчас биты, указывающие на класс сети (A, B или C), не используются, хотя ссылки на них в литературе все еще встречаются, и довольно часто.

Отказ от классов усложнил процесс маршрутизации. В старой классовой системе маршрутизация происходила следующим образом. По прибытии пакета на маршрутизатор копия IP-адреса, извлеченного из пакета и сдвинутого вправо на 28 бит, давала 4-битный номер класса. Затем с помощью 16-стороннего ветвления пакеты рассортировывались на A, B, C (а также D и E): восемь были зарезервированы для А, четыре для В, два для С. Затем при помощи маскировки по коду каждого класса определялся 8-, 16 или 32-битный сетевой номер, который и записывался с выравниванием по правым разрядам в 32-битное слово. Сетевой номер отыскивался в таблице А, В или С, причем для А и В применялась индексация, а для С — хеш-функция. По найденной записи определялась выходная линия, и по ней пакет отправлялся далее. Этот метод гораздо проще, чем нахождение наиболее длинного совпадающего префикса, при котором простой поиск по таблице невозможен, так как префиксы IP-адресов могут иметь произвольную длину.

Адреса класса D и сейчас применяются в интернете для многоадресной рассылки. Вообще-то правильнее было бы сказать, что они начинают использоваться для этих целей, так как до недавнего времени многоадресная рассылка не была распространена в интернете.

Некоторые адреса имеют особое назначение (илл. 5.55). IP-адрес 0.0.0.0 — наименьший адрес — используется хостом только при включении. Он означает «эта сеть» или «этот хост». IP-адреса с нулевым номером сети обозначают текущую сеть. Такие адреса позволяют устройствам обращаться к хостам собственной сети, не зная ее номера (но они должны знать маску сети, чтобы знать количество используемых нулей). Адрес, состоящий только из единиц, или 255.255.255.255 — наибольший адрес — обозначает все хосты в указанной сети.