Расчет суперсетей

Суперсети "захватывают" разряды из сетевой части IP-адреса, "одалживая" их в хостовой части IP-адреса. Кроме всего прочего, суперсети позволяют различным сетевым IP-адресам объединяться и действовать совместно, как если бы они представляли собой единую логическую сеть. В результате за­метно повышается эффективность сообщений внутри локальной сети, т. к. исчезает необходимость внутренней маршрутизации. В некоторых случаях это также делает возможным адресацию к суперсети большего количество хостов, чем при сочетании множества адресов и вот почему:

Сочетание восьми адресов класса С захватывает три разряда из сетевой части адреса и добавляет их в хостовую часть адреса. Таким образом, вместо поддержки восьми разрядов в части ведущего адреса суперсеть поддерживает 11 разрядов (8 + 3) для ведущих адресов. В результате маска подсети принимает форму 255.255.248.0 (вместо 255.255.255.0 по умолчанию).

Маска подсети переменной длины VLSM
(Variable Length Subnet Mask)

Однако вскоре стало ясно, что подсети, несмотря на все их достоинства, обладают и недостатками. Так, определив однажды маску подсети, приходится использовать подсети фиксированных размеров. Скажем, у нас есть сеть 144.144.0.0/16 с расширенным префиксом /23.

Рис. 5

Такая схема позволяет создать 27 подсетей размером в 29 узлов каждая. Это подходит к случаю, когда есть много подсетей с большим количеством узлов. Но если среди этих сетей есть такие, количество узлов в которых находится в пределах ста, то в каждой их них будет пропадать около 400 адресов.

Решение состоит в том, что бы для одной сети указывать более одного расширенного сетевого префикса. О такой сети говорят, что это сеть с маской подсети переменной длины (VLSM).

Действительно, если для сети 144.144.0.0/16 использовать расширенный сетевой префикс /25, то это больше бы подходило сетям размерами около ста узлов. Если допустить использование обеих масок, то это бы значительно увеличило гибкость применения подсетей.

Общая схема разбиения сети на подсети с масками переменной длины такова: сеть делится на подсети максимально необходимого размера. Затем некоторые подсети делятся на более мелкие, и рекурсивно далее, до тех пор, пока это необходимо.

Кроме того, технология VLSM, путем скрытия части подсетей, позволяет уменьшить объем данных, передаваемых маршрутизаторами. Так, если сеть 12/8 конфигурируется с расширенным сетевым префиксом /16, после чего сети 12.1/16 и 12.2/16 разбиваются на подсети /20, то маршрутизатору в сети 12.1 незачем знать о подсетях 12.2 с префиксом /20, ему достаточно знать маршрут на сеть 12.1/16.

Проблемы классической схемы

В середине 80-х годов Internet впервые столкнулся с проблемой переполнения таблиц магистральных маршрутизаторов. Решение, однако, было быстро найдено -- подсети устранили проблему на несколько лет. Но уже в начале 90-х к проблеме большого количества маршрутов прибавилась нехватка адресного пространства. Ограничение в 4 миллиарда адресов, заложенное в протокол и казавшееся недосягаемой величиной, стало весьма ощутимым.

В качестве решения проблемы были одновременно предложены два подхода -- один на ближайшее будущее, другой комплексный и долгосрочный. Первое решение -- это внедрение протокола бесклассовой маршрутизации (CIDR), к которому позже присоединилась система NAT.

Долгосрочное решение -- это протокол IP следующей версии. Он обозначается, как IPv6, или IPng (Internet Protocol next generation). В этой реализации протокола длина адреса увеличена до 16-ти байтов (128 бит!), исключены некоторые элементы действующего протокола, которые оказались неиспользуемыми.

Новая версия обеспечит, как любят указывать, плотность в 3 911 873 538 269 506 102 IP адресов на квадратный метр поверхности Земли.

Однако то, что и в 2000-м году протокол все еще проходил стандартизацию, и то, что протокол CIDR вместе с системой NAT оказались эффективным решением, заставляет думать, что переход с IPv4 на IPng потребует очень много времени.

Бесклассовая междоменная маршрутизация CIDR
(Classless Inter-Domain Routing)

Появление этой технологии было вызвано резким увеличением объема трафика в Internet и, как следствие, увеличением количества маршрутов на магистральных маршрутизаторах. Так, если в 1994 году, до развертывания CIDR, таблицы маршрутизаторов содержали до 70 000 маршрутов, то после внедрения их количество сократилось до 30 000. На сентябрь 2002, количество маршрутов перевалило за отметку 110 000! Можете себе представить, сколько маршрутов нужно было бы держать в таблицах сегодня, если бы не было CIDR!

Что же представляет собой эта технология? Она позволяет уйти от классовой схемы адресации, эффективней использовать адресное пространство протокола IP. Кроме того, CIDR позволяет агрегировать маршрутные записи. Одной записью в таблице маршрутизатора описываются пути ко многим сетям.

Суть технологии CIDR состоит в том, что каждому поставщику услуг Internet (или, для корпоративных сетей, какому-либо структурно-территориальному подразделению) должен быть назначен неразрывный диапазон IP-адресов. При этом вводится понятие обобщенного сетевого префикса, определяющего общую часть всех назначенных адресов. Соответственно, маршрутизация на магистральных каналах может реализовываться на основе обобщенного сетевого префикса. Результатом является агрегирование маршрутных записей, уменьшение размера таблиц маршрутных записей и увеличение скорости обработки пакетов.

Чтобы усвоить этот принцип, представьте, что адрес CIDR устанавливает границы между сетевыми и хостовыми частями IP-адреса более или менее произ­вольно, ограниченные лишь адресным пространством IP, и которыми по­ставщик доступа в Internet, организация или компания могут управлять. Когда доступно множество IP-адресов, эффективнее всего применять CIDR, если эти адреса являются смежными (т. е. если они могут быть организова­ны в один или несколько логических блоков, действующих на определенных границах разрядов между хостовой и сетевой частями адреса). При исполь­зовании CIDR также требуется, чтобы маршрутизаторы «знали», что они имеют дело с адресами CIDR.

Допустим, центральный офис компании выделяет одному своему региональному подразделению сети 172.16.0.0/16 и 172.17.0.0/16, а другому -- 172.18.0.0/16 и 172.19.0.0/16. У каждого регионального подразделения есть свои областные филиалы и из полученного адресного блока им выделяются подсети разных размеров. Использование технологии бесклассовой маршрутизации позволяет при помощи всего одной записи на маршрутизаторе второго подразделения адресовать все сети и подсети первого подразделения. Для этого указывается маршрут к сети 172.16.0.0 с обобщенным сетевым префиксом 15. Он должен указывать на маршрутизатор первого регионального подразделения.

Рис. 6

По своей сути технология CIDR родственна VLSM. Только если в случае с VLSM есть возможность рекурсивного деления на подсети, невидимые извне, то CIDR позволяет рекурсивно адресовать целые адресные блоки.

Использование CIDR позволило разделить Internet на адресные домены, внутри которых передается информация исключительно о внутренних сетях. Вне домена используется только общий префикс сетей. В результате многим сетям соответствует одна маршрутная запись.

По су­ществу, CIDR позволяет объединять IP-адреса классов А, В и С и обращать­ся с ними как с большим адресным пространством или, при необходимости, произвольно разделять их. Хотя иногда маршрутизация CIDR используется для объединения множества адресов класса С, с ее помощью также можно разделять адреса классов А, В и С (особенно в случае применения маскиро­вания подсетей маской переменной длины), тем самым обеспечивая наибо­лее эффективное применение доступного адресного пространства. Боль­шинство специалистов сходятся на том, что наиболее положительное воздействие CIDR на Internet заключается в уменьшении количества от­дельных адресов класса С, которые необходимо распознавать (многие из них в настоящее время объединены и действуют с меньшими масками под­сетей, таким образом занимая меньше позиций в таблицах маршрутизации высшего уровня).