Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Проблема таблиц маршрутизаторов может быть решена при помощи увеличения числа уровней иерархии, как это происходит в телефонных сетях. Например, если бы каждый IP-адрес содержал поля страны, штата или провинции, города, сети и номера хоста. В таком случае, каждому маршрутизатору нужно будет знать, как добраться до каждой страны, до каждого штата или провинции своей страны, каждого города своей провинции или штата и до каждой сети своего города. К сожалению, такой подход потребует существенно более 32 бит для адреса, а адресное поле будет использоваться неэффективно (для княжества Лихтенштейн будет выделено столько же разрядов, сколько для Соединенных Штатов).

К счастью, способ уменьшить размер таблиц маршрутизации все же существует. Применим тот же принцип, что и при разбиении на подсети: маршрутизатор может узнавать о расположении IP-адресов по префиксам различной длины. Но вместо того чтобы разделять сеть на подсети, мы объединим несколько коротких префиксов в один длинный. Этот процесс называется агрегацией маршрута (route aggregation). Длинный префикс, полученный в результате, иногда называют 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 2 10адресов), а другим — как часть более крупного блока /20 (содержащего 2 12адресов). Это зависит от того, какой информацией обладает маршрутизатор. Такой метод работает и для разбиения на подсети и называется CIDR (Classless InterDomain Routing — бесклассовая междоменная маршрутизация). Последняя на сегодняшний день версия описана в RFC 4632 (Fuller и 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. Допустим, у нас есть блок из 8192 адресов, начиная с 194.24.0.0. Допустим также, 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 табл. 5.6.

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.