無類別域間路由,什么是無類別域間路由

無類別域間路由,什么是無類別域間路由

在20世紀90年代初期，因特網(wǎng)管理者開始解決IP地址空間耗盡的潛在問題。CIDR(讀作“cider”)是一個解決方案，在因特網(wǎng)上當前的IPv4的尋址方案下，允許更多的可擴展性。它提供了一種過渡方案，直到IPv6投入使用。

這里的關(guān)鍵字是“域路由”。美國郵電業(yè)的ZIP碼可以稱為域路由方案。第一個數(shù)字表示一個很大的地理區(qū)域(域)。第二個數(shù)字表示該地理區(qū)域內(nèi)的區(qū)域(子域)，等等。在域間發(fā)送的包裹根據(jù)第一個數(shù)字選擇郵路，其余的數(shù)字僅對域內(nèi)的郵件處理器有意義。

若要理解CIDR和它為什么必要，請考慮一個類比，即大大簡化了網(wǎng)絡(luò)尋址方案(由于實際的IP地址操作可能導致快速的頭暈目眩)。假設(shè)構(gòu)建一個由1000個相連的網(wǎng)絡(luò)組成的因特網(wǎng)，使用從1000到1999的地址。有十個區(qū)域因特網(wǎng)服務(wù)提供商將管理IP地址，并將地址分配到通過其網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入到因特網(wǎng)的組織。使用類似CIDR的解決方案，將相鄰的地址塊預分配到每個ISP。例如，ISP O將獲得1000到1099的地址。ISP 2將獲得1100到1199的地址，等等。前兩位數(shù)字指出ISP，后兩位數(shù)字指定實際的主機。優(yōu)點是ISP間路由表只要求10個項。

若要將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)1552，在表中查找時，只需要考慮地址內(nèi)的前兩位數(shù)字(15)。將該數(shù)據(jù)分組發(fā)送到ISP 5，它在自己的域內(nèi)處理所有進一步的路由選擇。每個域維護自己的內(nèi)部路由表。下面是該方案的優(yōu)點，并且恰當?shù)孛枋隽嗽趯嶋H因特網(wǎng)上使用CIDR的好處:

? 按相鄰塊分配地址(如1000到1099)，以便ISP后的所有路由被組合在一起，并且可以用單個路由表示。這稱為路由聚合。

? 因特網(wǎng)骨干網(wǎng)路由表具有的項數(shù)較少。這樣易于計算，并且使用很小的帶寬將路由表或路由表更新信息傳輸?shù)狡渌鸌SP。

? ISP內(nèi)部的所有路由選擇由ISP的路由器來處理。其他ISP只需要將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到該ISP，而不必知道有關(guān)其子網(wǎng)的情況。

? ISP內(nèi)部對子網(wǎng)的更改不必傳播到其他ISP，這就大大減少網(wǎng)絡(luò)通信量和路由表更新。

? ISP可以分配其地址空間以滿足用戶的需要。

最后這點最重要。例如，ISP 1可以為一個公司分配塊lllx (10個地址的塊)，或者可以為一個家庭用戶分配一個單個的地址1121。ISP使用這種方法分配其地址塊是有效且實用的。

聚合的概念可以通過考查美國郵電ZIP碼系統(tǒng)的工作方式來說明。該方案是為有效的郵件分發(fā)而設(shè)計的，方法是使分級編號方式與地理區(qū)域相關(guān)聯(lián)。例如，將ZIP碼為9xxxx的所有郵件發(fā)送到西海岸。東海岸的郵件分揀者只需要知道所有ZIP碼以9開頭的郵件向西發(fā)送。在西海岸，區(qū)域和本地的郵局通過進一步查看ZIP碼來分揀郵件。例如，將98xxx的郵件發(fā)送到華盛頓州，而將97xxx的郵件發(fā)送到俄勒岡州。

現(xiàn)在考慮實際的因特網(wǎng)和其實際尋址問題。盡管因特網(wǎng)協(xié)議的32位地址空間在理論上可以提供多達20億個地址，但是早期使用的分類系統(tǒng)沒有充分利用這些地址。開發(fā)該分類系統(tǒng)時沒有考慮到因特網(wǎng)會像現(xiàn)今這么大。

傳統(tǒng)的分類方法視網(wǎng)絡(luò)規(guī)模而定，包括IPv4地址的32位地址空間被分成了五類。每類地址包括兩個部分：第一個部分識別網(wǎng)絡(luò)，第二個部分用來識別該網(wǎng)絡(luò)上某個機器的地址。它們采用點分十進制記法表示，有四組數(shù)字，每組代表八位，中間用句點隔開。譬如說xxx.xxx.xxx.yyy，其中x表示網(wǎng)絡(luò)地址，y表示該站的號碼。分配用來識別網(wǎng)絡(luò)的比特越多，該網(wǎng)絡(luò)所能支持的站數(shù)就越少，反之亦然。

處在最上端的是A類網(wǎng)絡(luò)，這專門留給那些節(jié)點數(shù)最多的網(wǎng)絡(luò)――準確地說，是16277214個節(jié)點。A類網(wǎng)絡(luò)只有126個。B類網(wǎng)絡(luò)則針對中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，但照今天的標準來看，規(guī)模仍然相當大：擁有65534個節(jié)點。B類網(wǎng)絡(luò)有65000個。然而，大多數(shù)分配的地址屬于C類地址空間，它最多可以包括254個主機。C類網(wǎng)絡(luò)超過200萬個。最后兩類地址：D類和E類有著特別用途。D類網(wǎng)絡(luò)用于多播應用；E類網(wǎng)絡(luò)留給將來使用。

該分類系統(tǒng)的最大的一個問題就是缺少適合中等大小組織的類，無法體現(xiàn)顧客的需求，即該組織需要的主機地址多于C類(254個主機)但大大少于B類(65 534個主機)。如果分配一個B類網(wǎng)絡(luò)地址塊，并且只需要該塊中主機地址的一半，則余下的沒有使用，這就加劇了地址空間問題。

或者，可以用多個C類地址滿足主機地址需要，但那樣將有多個網(wǎng)絡(luò)地址，要求多個路由器入口和不合理的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分割。該分類系統(tǒng)浪費了地址空間。小規(guī)模獨立網(wǎng)絡(luò)（譬如20個節(jié)點）獲得C類地址后，剩余的234個地址卻閑置不用。此外，大組織會想方設(shè)法采用子網(wǎng)化技術(shù)（subnetting），把自己的A類或B類地址分成更小、更容易管理的地址群。子網(wǎng)能夠建立一群群通常與單一網(wǎng)絡(luò)段相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)站，而不是讓100萬個站連接在一條線路或一個集線器上。更確切地說，子網(wǎng)重新分配了原先用于表示主機地址的部分比特，改而用來表示子網(wǎng)。

另一個問題是路由表的大小?？梢韵胂褚蛱鼐W(wǎng)上的每個主路由器需要跟蹤數(shù)萬個經(jīng)常發(fā)生更改的網(wǎng)絡(luò)地址的復雜性，這項任務(wù)很難處理。

路由擺動就是經(jīng)常的路由更改。某些路由器可能在已經(jīng)更改的路由上繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，直到它們收到更新信息。因此，數(shù)據(jù)分組被發(fā)送到所謂的“黑洞”中。使用CIDR，路由更改在ISP域內(nèi)部進行。由于ISP只在因特網(wǎng)上發(fā)布單個的、聚合的網(wǎng)絡(luò)地址，所以路由擺動問題顯著減少。

最后一個問題是32位IPv4地址空間即將耗盡。當時，估計只有實際地址的10%到20%被使用。將未使用的地址“分配”到組織，而這些組織不需要分配給它們的塊中的所有地址。分配A類和B類地址的組織應該將那些地址返回到IP地址池中，但迄今為止只有一個大組織這么做，這使問題更加惡化。

如今，組織從ISP獲得IP地址，而且這些ISP從區(qū)域注冊表獲得地址，就這樣依次從高級注冊表獲得地址。該方案通常指的是“基于提供商的地址分配”。

BGP版本4支持CIDR路由聚合方案。而且，它們允許因特網(wǎng)縮放。在1995年，將近有65 000個路由。隨著CIDR聚合的實現(xiàn)，全球路由表中的路由數(shù)目已減少到大約35 000個路由。

CIDR的工作方式

CIDR利用表示用來識別網(wǎng)絡(luò)的比特數(shù)量的“網(wǎng)絡(luò)前綴”，取代了A類、B類和C地址。前綴長度不一，從13到27位不等，而不是分類地址的8位、16位或24位。這意味著地址塊可以成群分配，主機數(shù)量既可以少到32個，也可以多到50萬個以上。

CIDR尋址方案是分級的。給區(qū)域服務(wù)提供商(如Pacific Bell)分配大塊的相鄰因特網(wǎng)地址。然后，Pacific Bell將這些塊的一些部分分配給其他較小的ISP或者直接提供給組織。分級方案如圖C-13所示。

因為ISP具有連續(xù)的IP地址塊，所以它只需要發(fā)布其單個超級網(wǎng)絡(luò)地址，表示該超級網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有子網(wǎng)的聚合?；疽?guī)則是永遠不要將內(nèi)部路由路徑發(fā)布到因特網(wǎng)上。超級網(wǎng)絡(luò)與IP子網(wǎng)正好相反，子網(wǎng)將單個IP網(wǎng)絡(luò)地址細分成多個子網(wǎng)(但每個子網(wǎng)的主機數(shù)更少)，超級網(wǎng)絡(luò)使得兩個或多個較小的網(wǎng)絡(luò)看起來像單個網(wǎng)絡(luò)地址。

例如，可能將C類地址200.200.10到200.200.255.0)分配給ISP。它可以用任何喜歡的方式分配這些地址。注意，地址塊由塊中的第一個地址標識。X公司可能獲得200.200.2.0，而Y公司可能獲得200.200.3.O。一個公司甚至可能獲得它的一個子網(wǎng)，或者ISP可能將單個地址分配到單個用戶。因此，ISP 能夠有效地分配其IP地址塊。

注意，該地址的前兩個字節(jié)相同，可以是200.200.0.0，其中最后兩個字節(jié)的0是全局值。ISP只需要在因特網(wǎng)上發(fā)布地址200.200.0.0。定址到任何使用200。200網(wǎng)絡(luò)前綴的主機的數(shù)據(jù)分組被選路送到該ISP。然后，該TSP內(nèi)部為數(shù)據(jù)分組選路。

CIDR地址是正常的32位IP地址，但是無類別的。一個特殊的掩碼指出地址中的多少位表示網(wǎng)絡(luò)前綴。例如，地址200。200.10.15/23指出該二進制形式的前23位表示該網(wǎng)絡(luò)。其余的位標識該網(wǎng)絡(luò)上的特定主機。

描述該地址的另一個方式是200.200.10.15/255.255.254.0，其中斜杠后的數(shù)字是點分十進制表示的掩碼。地址掩碼的關(guān)系如下所示。注意，掩碼具有23個二進制1。IP地址:二進制形式。掩碼(/23 )?:二進制形式

CIDR的優(yōu)點解決了困擾傳統(tǒng)IP尋址方法的兩個問題。因為以較小增量單位分配地址，這就減少了浪費的地址空間，還具有可伸縮性優(yōu)點。路由器能夠有效地聚合CIDR地址。所以，路由器用不著為八個C類網(wǎng)絡(luò)廣播地址，改而只要廣播帶有/21網(wǎng)絡(luò)前綴的地址――這相當于八個C類網(wǎng)絡(luò)，從而大大縮減了路由器的路由表大小。

這辦法可行的唯一前提是地址是連續(xù)的。不然，就不可能設(shè)計出包含所需地址、但排除不需要地址的前綴。為了達到這個目的，超網(wǎng)塊（supernet block）即大塊的連續(xù)地址就分配給ISP，然后ISP負責在用戶當中劃分這些地址，從而減輕了ISP自有路由器的負擔。

路由協(xié)議必須支持CIDR。支持協(xié)議包括內(nèi)部路由協(xié)議RIP版本2和OSPF版本2，EIGRP(增強內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議)和外部路由協(xié)議BGP版本4。早期的協(xié)議，如RIP、BGP-3、EGP和IGRP不支持CIDR。當今，希望所有的ISP和類似服務(wù)提供商支持可變長度的子網(wǎng)掩碼和CIDR。

盡管多年以來一直知道CIDR的好處，但尋址問題仍然存在。這在RFC2519，域間路由聚合(1999年2月)中有論述。RFC說明“在實現(xiàn)有效聚合方案的全球選擇路由級別的能力變化很大。結(jié)果，因特網(wǎng)路由表的大小和增長率，以及要求的相關(guān)路由由系統(tǒng)中所有級別上的聚合效率最大化非常重要。”

NAT (網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換) 是一個Internet工程任務(wù)組(Internet Engineering Task Force，IETF) 標準，用于允許專用網(wǎng)絡(luò)上的多臺 PC (使用專用地址段，例如 10.0.x.x、192.168.x.x、172.x.x.x) 共享單個、全局路由的 IPv4 地址。NAT在兩個網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)上運行，通常是專用網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)。NAF從本質(zhì)上說，通過用接入因特網(wǎng)的單個IP地址表示所有地址，來隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址。該方案允許內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)使用未經(jīng)正式注冊的尋址方案。因為內(nèi)部地址被隱藏，這也提供安全上的好處。