Что такое бесконтактная междоменная маршрутизация (CIDR)? Значение, принцип работы, преимущества и недостатки

Обзор бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR)

CIDR, или бесклассовая междоменная маршрутизация, — это особый метод, который объединяет несколько диапазонов IP-адресов в сети. Этот подход также называют супернеттингом; он необходим для минимизации размера таблицы маршрутизации и увеличения количества IP-адресов в корпоративных сетях.

Всем компьютерам, подключенным к Интернету, присваивается конкретный IP-адрес. С помощью этого номера можно отследить любую конечную точку в Интернете, а устройства могут взаимодействовать между собой.

CIDR необходим для эффективного распределения IP-адресов и обеспечения определенной гибкости в сетях. Этот метод используется для распределения IP-адресов с целью обеспечения эффективности маршрутизации данных.   

Как работает CIDR

Прежде чем рассматривать все мелкие детали, касающиеся CIDR, давайте начнём с понимания сущности IP-адресов. Они состоят из двух частей, а именно:

• Адрес хоста. Эта часть состоит из нескольких чисел, необходимых для идентификации устройства или хоста в сети.
• Сетевой адрес. Эта часть необходима для идентификации сети.

Изначально IP-адреса распределялись исключительно с помощью системы адресации с классами. Длина адреса была достаточно фиксированной, как и количество необходимых битов.  

Обзор классовой адресации

Классовая адресация, также известная как IPv4, имеет 32 бита. Каждая числовая строка разделяется точкой и содержит всего 8 битов. С помощью такой классовой системы можно было выбирать между следующими типами IPv4:

• Класс A. Этот тип характеризуется 8 битами сетевого префикса. Например, 87.2.0.2, где 87 — это сетевой адрес, а 2.0.2 — адрес хоста.
• Класс B. Этот тип имеет 16 бит. Например, 456.23.0.4, где 456.23 — это сетевой адрес, а 0.4 — адрес хоста.
• Класс C. Этот класс имеет 24 бита. Например, в адресе 456.234.3.200 456.234.3 — это сетевой адрес, а 200 — адрес хоста.

Введение в бесклассовую адресацию

Особенность бесклассовой адресации заключается в использовании VLSM, или маскирования подсетей переменной длины. Это означает, что можно изменять соотношение битов в адресе хоста и сети. Маска подсети работает путем разделения IP-адреса на биты хоста и биты сети.

С помощью VLSM можно изменять IP-пространство в подсетях разного размера. Каждая подсеть может иметь разное количество хостов и IP-адресов. Бесклассовый IP-адрес имеет суффикс, который определяет количество битов в обычном IP-адресе. Например, 456.8.0.0/30 — это адрес; первая часть (456.8.0) — это сетевой адрес.  

Ограничения адресации с классами

• Ограниченная гибкость в использовании IP-адресов. Это означает, что все типы адресации с классами могут поддерживать только определённое количество устройств. Например, класс B может поддерживать чуть более 65 000 хостов; класс A — более 16 000 000 хостов; а класс C — 254 хоста.

Такая ситуация стала чрезвычайно неудобной для многих пользователей. Представьте себе компанию с 300 устройствами, которая не может использовать класс C, поэтому использует класс B и имеет много неиспользованного IP-пространства.

• Ограничения при проектировании сетей. В случае необходимости объединения сетей такая возможность была недоступна для пользователей.  

Как работает CIDR

CIDR позволяет сетевым маршрутизаторам направлять пакеты информации на нужное устройство на основе подсети. IP-адреса не классифицируются, как в подходе с классами, но адреса хостов и сетей определяются в соответствии с суффиксом CIDR.

Распределение блоков CIDR

Блок — это диапазон IP-адресов, относящихся к одному сетевому префиксу и имеющих одинаковое количество битов. Таким образом, большой блок имеет небольшой суффикс и содержит больше IP-адресов.

Процесс работает следующим образом: IANA (Организация по присвоению номеров) распределяет большие блоки между RIR (региональными регистрами). Затем региональные реестры распределяют небольшие блоки между LIR (местными реестрами). Следующим этапом является дальнейшее распределение для корпоративного использования. Отдельные пользователи могут подать заявку на получение таких блоков у своего интернет-провайдера.

Благодаря CIDR IP-адреса представлены в двоичной системе счисления. Блоки чрезвычайно важны, поскольку позволяют объединять группы адресов и использовать их как единое целое. Это означает, что несколько IP-адресов в пределах блока имеют последовательность битов.

Что касается IPv4, то в этом случае блоки CIDR используют синтаксис, практически идентичный синтаксису IPv4. Например, IP-адрес может иметь вид 453.234.0.9. После указанного адреса должен стоять косая черта и число, указывающее количество общих битов.

Блоки CIDR также можно использовать для IPv6; синтаксис таких адресов почти такой же, как у IPv4. Однако длина префикса может составлять от 0 до 128. Это число определяет количество общих битов.

Эти блоки чрезвычайно важны для группировки и управления IP-адресами. Они также способствуют упрощению принятия решений по маршрутизации.

Как мы уже упоминали, процесс присвоения блоков состоит из нескольких этапов, и в нём участвуют несколько организаций. Итак, давайте подробно рассмотрим эти этапы.

Роль Администрации по присвоению номеров в Интернете (IANA)

Администрация по присвоению номеров занимается распределением CIDR-адресов с короткими и длинными префиксами среди региональных реестров. Наибольший возможный блок — это /8, и он может содержать более 16 миллионов адресов.

Функции региональных интернет-реестров (RIR)

Следующим этапом после IANA являются региональные реестры. Среди региональных реестров можно выделить ARIN или RIPE NCC. Они отвечают за управление IP-адресами в зависимости от конкретного географического региона. Получив огромные блоки от IANA, на этом этапе они распределяют небольшие подсети.

Обязанности местных интернет-реестров (LIR)

После региональных реестров следующим шагом являются местные реестры, которые распределяют IP-адреса между сетями пользователей в местных регионах. Размер подсети выбирается исходя из потребностей сети.

Присвоение IP-адресов интернет-провайдерам и конечным пользователям

Если сеть обслуживается одним провайдером, она получает IP-адреса от него. В случаях, когда существует несколько провайдеров, можно получить независимое от провайдера адресное пространство от региональных реестров.

Блоки CIDR в IPv4

В CIDR подсети используются для представления групп IP-адресов. В начальном адресе подсети все биты имеют значение «ноль». Этот первый адрес выполняет функцию резервирования сети. Последний адрес содержит «единицы» в битах. Это создает широковещательный адрес для сети. Это означает, что отдельные пользователи не могут получить доступ к первому и последнему адресам в сети. Все остальные адреса доступны для хостов.

Для более эффективного использования адресного пространства поддерживаются более мелкие подсети. Проблема заключается в том, что подсети не предоставляют адресов из-за наличия широковещательных адресов и зарезервированных сетей. Исключение из этого правила касается только RFC 3021.

Блоки CIDR в IPv6

Главной особенностью IPv6 по сравнению с ранее рассмотренным IPv4 является то, что он поддерживает большее количество IP-адресов. IPv6 включает 8 наборов шестнадцатеричных значений, разделенных двоеточиями.  Блоки CIDR в IPv6 необходимы для агрегации адресов с различными префиксами.

Благодаря такому подходу становится возможным глобальное обобщение маршрутов и обеспечение достаточных пулов адресов. Стандартной подсетью в IPv6 является блок /64. Этот размер необходим для автоконфигурации адресов, что позволяет настраивать адреса без непосредственного участия пользователей.

Преимущества и недостатки CIDR

Ключевые преимущества CIDR

• Минимизация потерь в пространстве IP-адресов. С помощью CIDR можно использовать конкретное количество IP-адресов, тем самым минимизируя их потери.
• Простая передача данных. Эффективное разделение подсетей, простое группирование и создание имеют решающее значение для передачи данных.
• Гибкость развертывания суперсетей, которой нельзя было достичь с помощью стандартной архитектуры маскирования, является значительным преимуществом.
• Создание VPC. Адреса CIDR используются по мере необходимости для передачи данных между устройствами.  

Потенциальные недостатки CIDR

• Безопасность. Без соответствующих технических навыков применение некоторых стандартных мер безопасности может оказаться несколько сложнее.
• Сложность. Управление и внедрение могут оказаться не самым простым процессом для начинающих администраторов.
• Совместимость. Существуют устаревшие сетевые устройства, которые могут быть несовместимы с CIDR.

Итог и заключительные мысли

CIDR — это эффективный метод распределения IP-адресов, который может существенно способствовать минимизации растраты адресного пространства и повышению эффективности. Для более точного определения префиксов этот подход поддерживает VLSM. Кроме того, пользователи получают большую гибкость в отношении префиксов любой длины. Конечно, у этого метода есть и некоторые недостатки, поэтому перед внедрением лучше учесть как плюсы, так и минусы.