無(wú)類(lèi)別域間路由,什么是無(wú)類(lèi)別域間路由

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

這里的關(guān)鍵字是“域路由”。美國(guó)郵電業(yè)的ZIP碼可以稱(chēng)為域路由方案。第一個(gè)數(shù)字表示一個(gè)很大的地理區(qū)域(域)。第二個(gè)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(gè)數(shù)字選擇郵路，其余的數(shù)字僅對(duì)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(qǐng)考慮一個(gè)類(lèi)比，即大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)尋址方案(由于實(shí)際的IP地址操作可能導(dǎo)致快速的頭暈?zāi)垦?。假設(shè)構(gòu)建一個(gè)由1000個(gè)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(gè)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(guò)其網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入到因特網(wǎng)的組織。使用類(lèi)似CIDR的解決方案，將相鄰的地址塊預(yù)分配到每個(gè)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(shí)際的主機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是ISP間路由表只要求10個(gè)項(xiàng)。

若要將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)1552，在表中查找時(shí)，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(jìn)一步的路由選擇。每個(gè)域維護(hù)自己的內(nèi)部路由表。下面是該方案的優(yōu)點(diǎn)，并且恰當(dāng)?shù)孛枋隽嗽趯?shí)際因特網(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(gè)路由表示。這稱(chēng)為路由聚合。

? 因特網(wǎng)骨干網(wǎng)路由表具有的項(xiàng)數(shù)較少。這樣易于計(jì)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(lái)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(duì)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(mǎn)足用戶(hù)的需要。

最后這點(diǎn)最重要。例如，ISP 1可以為一個(gè)公司分配塊lllx (10個(gè)地址的塊)，或者可以為一個(gè)家庭用戶(hù)分配一個(gè)單個(gè)的地址1121。ISP使用這種方法分配其地址塊是有效且實(shí)用的。

聚合的概念可以通過(guò)考查美國(guó)郵電ZIP碼系統(tǒng)的工作方式來(lái)說(shuō)明。該方案是為有效的郵件分發(fā)而設(shè)計(jì)的，方法是使分級(jí)編號(hào)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(kāi)頭的郵件向西發(fā)送。在西海岸，區(qū)域和本地的郵局通過(guò)進(jìn)一步查看ZIP碼來(lái)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(shí)際的因特網(wǎng)和其實(shí)際尋址問(wèn)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(dá)20億個(gè)地址，但是早期使用的分類(lèi)系統(tǒng)沒(méi)有充分利用這些地址。開(kāi)發(fā)該分類(lèi)系統(tǒng)時(shí)沒(méi)有考慮到因特網(wǎng)會(huì)像現(xiàn)今這么大。

傳統(tǒng)的分類(lèi)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(lèi)。每類(lèi)地址包括兩個(gè)部分：第一個(gè)部分識(shí)別網(wǎng)絡(luò)，第二個(gè)部分用來(lái)識(shí)別該網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)機(jī)器的地址。它們采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法表示，有四組數(shù)字，每組代表八位，中間用句點(diǎn)隔開(kāi)。譬如說(shuō)xxx.xxx.xxx.yyy，其中x表示網(wǎng)絡(luò)地址，y表示該站的號(hào)碼。分配用來(lái)識(shí)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(lèi)網(wǎng)絡(luò)，這專(zhuān)門(mén)留給那些節(jié)點(diǎn)數(shù)最多的網(wǎng)絡(luò)――準(zhǔn)確地說(shuō)，是16277214個(gè)節(jié)點(diǎn)。A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)只有126個(gè)。B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)則針對(duì)中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，但照今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，規(guī)模仍然相當(dāng)大：擁有65534個(gè)節(jié)點(diǎn)。B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)有65000個(gè)。然而，大多數(shù)分配的地址屬于C類(lèi)地址空間，它最多可以包括254個(gè)主機(jī)。C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)超過(guò)200萬(wàn)個(gè)。最后兩類(lèi)地址：D類(lèi)和E類(lèi)有著特別用途。D類(lèi)網(wǎng)絡(luò)用于多播應(yīng)用；E類(lèi)網(wǎng)絡(luò)留給將來(lái)使用。

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

或者，可以用多個(gè)C類(lèi)地址滿(mǎn)足主機(jī)地址需要，但那樣將有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，要求多個(gè)路由器入口和不合理的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分割。該分類(lèi)系統(tǒng)浪費(fèi)了地址空間。小規(guī)模獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)（譬如20個(gè)節(jié)點(diǎn)）獲得C類(lèi)地址后，剩余的234個(gè)地址卻閑置不用。此外，大組織會(huì)想方設(shè)法采用子網(wǎng)化技術(shù)（subnetting），把自己的A類(lèi)或B類(lèi)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(wàn)個(gè)站連接在一條線路或一個(gè)集線器上。更確切地說(shuō)，子網(wǎng)重新分配了原先用于表示主機(jī)地址的部分比特，改而用來(lái)表示子網(wǎng)。

另一個(gè)問(wèn)題是路由表的大小。可以想像因特網(wǎng)上的每個(gè)主路由器需要跟蹤數(shù)萬(wàn)個(gè)經(jīng)常發(fā)生更改的網(wǎng)絡(luò)地址的復(fù)雜性，這項(xiàng)任務(wù)很難處理。

路由擺動(dòng)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(jìn)行。由于ISP只在因特網(wǎng)上發(fā)布單個(gè)的、聚合的網(wǎng)絡(luò)地址，所以路由擺動(dòng)問(wèn)題顯著減少。

最后一個(gè)問(wèn)題是32位IPv4地址空間即將耗盡。當(dāng)時(shí)，估計(jì)只有實(shí)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(lèi)和B類(lèi)地址的組織應(yīng)該將那些地址返回到IP地址池中，但迄今為止只有一個(gè)大組織這么做，這使問(wèn)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(cè)表獲得地址，就這樣依次從高級(jí)注冊(cè)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?cè)试S因特網(wǎng)縮放。在1995年，將近有65 000個(gè)路由。隨著CIDR聚合的實(shí)現(xiàn)，全球路由表中的路由數(shù)目已減少到大約35 000個(gè)路由。

CIDR的工作方式

CIDR利用表示用來(lái)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的比特?cái)?shù)量的“網(wǎng)絡(luò)前綴”，取代了A類(lèi)、B類(lèi)和C地址。前綴長(zhǎng)度不一，從13到27位不等，而不是分類(lèi)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(jī)數(shù)量既可以少到32個(gè)，也可以多到50萬(wàn)個(gè)以上。

CIDR尋址方案是分級(jí)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(jí)方案如圖C-13所示。

因?yàn)镮SP具有連續(xù)的IP地址塊，所以它只需要發(fā)布其單個(gè)超級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址，表示該超級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有子網(wǎng)的聚合。基本規(guī)則是永遠(yuǎn)不要將內(nèi)部路由路徑發(fā)布到因特網(wǎng)上。超級(jí)網(wǎng)絡(luò)與IP子網(wǎng)正好相反，子網(wǎng)將單個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)地址細(xì)分成多個(gè)子網(wǎng)(但每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)更少)，超級(jí)網(wǎng)絡(luò)使得兩個(gè)或多個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)看起來(lái)像單個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址。

例如，可能將C類(lèi)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(gè)地址標(biāo)識(shí)。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(gè)公司甚至可能獲得它的一個(gè)子網(wǎng)，或者ISP可能將單個(gè)地址分配到單個(gè)用戶(hù)。因此，ISP 能夠有效地分配其IP地址塊。

注意，該地址的前兩個(gè)字節(jié)相同，可以是200.200.0.0，其中最后兩個(gè)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(jī)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(wú)類(lèi)別的。一個(gè)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(jìn)制形式的前23位表示該網(wǎng)絡(luò)。其余的位標(biāo)識(shí)該網(wǎng)絡(luò)上的特定主機(jī)。

描述該地址的另一個(gè)方式是200.200.10.15/255.255.254.0，其中斜杠后的數(shù)字是點(diǎn)分十進(jìn)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(gè)二進(jìn)制1。IP地址:二進(jìn)制形式。掩碼(/23 )?:二進(jìn)制形式

CIDR的優(yōu)點(diǎn)解決了困擾傳統(tǒng)IP尋址方法的兩個(gè)問(wèn)題。因?yàn)橐暂^小增量單位分配地址，這就減少了浪費(fèi)的地址空間，還具有可伸縮性?xún)?yōu)點(diǎn)。路由器能夠有效地聚合CIDR地址。所以，路由器用不著為八個(gè)C類(lèi)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(dāng)于八個(gè)C類(lèi)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(jì)出包含所需地址、但排除不需要地址的前綴。為了達(dá)到這個(gè)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(fù)責(zé)在用戶(hù)當(dāng)中劃分這些地址，從而減輕了ISP自有路由器的負(fù)擔(dān)。

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(qiáng)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(dāng)今，希望所有的ISP和類(lèi)似服務(wù)提供商支持可變長(zhǎng)度的子網(wǎng)掩碼和CIDR。

盡管多年以來(lái)一直知道CIDR的好處，但尋址問(wèn)題仍然存在。這在RFC2519，域間路由聚合(1999年2月)中有論述。RFC說(shuō)明“在實(shí)現(xiàn)有效聚合方案的全球選擇路由級(jí)別的能力變化很大。結(jié)果，因特網(wǎng)路由表的大小和增長(zhǎng)率，以及要求的相關(guān)路由由系統(tǒng)中所有級(jí)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(gè)Internet工程任務(wù)組(Internet Engineering Task Force，IETF) 標(biāo)準(zhǔn)，用于允許專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)上的多臺(tái) PC (使用專(zhuān)用地址段，例如 10.0.x.x、192.168.x.x、172.x.x.x) 共享單個(gè)、全局路由的 IPv4 地址。NAT在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)上運(yùn)行，通常是專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)。NAF從本質(zhì)上說(shuō)，通過(guò)用接入因特網(wǎng)的單個(gè)IP地址表示所有地址，來(lái)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(cè)的尋址方案。因?yàn)閮?nèi)部地址被隱藏，這也提供安全上的好處。