Маски переменной длины

     Чтобы маршрутизаторы могли автоматически  распространять пакеты с адресом multicast по составной сети, необходимо использовать в конечных маршрутизаторах модифицированные протоколы обмена маршрутной информацией, такие как, например, MOSPF (Multicast OSPF, аналог OSPF).

     Групповая адресация предназначена для  экономичного распространения в Internet или большой корпоративной сети аудио- или видеопрограмм, предназначенных сразу большой аудитории слушателей или зрителей. Если такие средства найдут широкое применение (сейчас они представляют в основном небольшие экспериментальные островки в общем Internet), то Internet сможет создать серьезную конкуренцию радио и телевидению. 

     Зарезервированные адреса

     Как уже отмечалось, в адресной схеме  протокола выделяют особые IP-адреса.

     Если  биты всех октетов адреса равны нулю, то он обозначает адрес того узла, который  сгенерировал данный пакет. Это используется в ограниченных случаях, например в  некоторых сообщениях протокола IP.

     Если  биты сетевого префикса равны нулю, полагается, что узел назначения принадлежит той же сети, что и источник пакета.

     Когда биты всех октетов адреса назначения равны двоичной единице, пакет доставляется всем узлам, принадлежащим той же сети, что и отправитель пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещанием.

     Наконец, если в битах адреса, соответствующих  узлу назначения, стоят единицы, то такой пакет рассылается всем узлам указанной сети. Это называется широковещанием.

     Специальное значение имеет, так же, адреса сети 127/8. Они используются для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Пакеты, отправленные на этот интерфейс, обрабатываются локально, как входящие. Потому адреса из этой сети нельзя присваивать физическим сетевым интерфейсам.  

     Организация подсетей

     Очень редко в локальную вычислительную сеть входит более 100-200 узлов: даже если взять сеть с большим количеством узлов, многие сетевые среды накладывают ограничения, например, в 1024 узла. Исходя из этого, целесообразность использования сетей класса А и В весьма сомнительна. Да и использование класса С для сетей, состоящих из 20-30 узлов, тоже является расточительством.

     Для решения этих проблем в двухуровневую иерархию IP-адресов (сеть - узел) была введена новая составляющая - подсеть. Идея заключается в «заимствовании» нескольких битов из узловой части адреса для определения подсети.

     Полный  префикс сети, состоящий из сетевого префикса и номера подсети, получил  название расширенного сетевого префикса. Двоичное число, и его десятичный эквивалент, содержащее единицы в  разрядах, относящихся к расширенному сетевому префиксу, а в остальных разрядах - нули, назвали маской подсети.  

     Но  маску в десятичном представлении  удобно использовать лишь тогда, когда  расширенный сетевой префикс заканчивается на границе октетов, в других случаях ее расшифровать сложнее. Допустим, что в примере (приложение 5) мы хотели бы для подсети использовать не 8 бит, а десять. Тогда в последнем (z-ом) октете мы имели бы не нули, а число 11000000. В десятичном представлении получаем 255.255.255.192. Очевидно, что такое представление не очень удобно. В наше время чаще используют обозначение вида «/xx», где хх - количество бит в расширенном сетевом префиксе. Таким образом, вместо указания: «144.144.19.22 с маской 255.255.255.192», мы можем записать: 144.144.19.22/26. Как видно, такое представление более компактно и понятно.  

     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.

     Такая схема (приложение 6) 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.

     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.

     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.  

     Использование масок в IP-адресации

     Традиционная  схема деления IP-адреса на номер  сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса. Именно потому, что первый байт адреса 185.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, мы можем сказать, что этот адрес относится к классу В, а значит, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами - 185.23.0.0, а номером узла - 0.0.44.206.

     А что если использовать какой-либо другой признак, с помощью которого можно  было ,бы более гибко устанавливать границу между номером сети и номером узла? В качестве такого признака сейчас получили широкое распространение маски. Маска - это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети. Поскольку номер сети является цельной частью адреса, единицы в маске также должны представлять непрерывную последовательность.

     Для стандартных классов сетей маски  имеют следующие значения:

     класс А - 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0);

     класс В - 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0);

     класс С-11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложения 

 

     Приложение 1 
 

 

     Приложение 2 

 

     Приложение 3