Що таке безкласова міждоменна маршрутизація (CIDR)? Значення, функціонування, переваги та недоліки

Огляд безкласової міждоменної маршрутизації (CIDR)

CIDR, або безкласова міждоменна маршрутизація, — це особливий метод, який об’єднує кілька діапазонів IP-адрес у мережі. Цей підхід також називають супернеттингом; він необхідний для мінімізації розміру таблиці маршрутизації та збільшення кількості IP-адрес у корпоративних мережах.

Усім комп’ютерам, підключеним до Інтернету, присвоюється конкретна IP-адреса. За допомогою цього номера можна відстежити будь-яку кінцеву точку в Інтернеті, а пристрої можуть взаємодіяти між собою.

CIDR необхідний для ефективного розподілу IP-адрес та забезпечення певної гнучкості в мережах. Цей метод використовується для розподілу IP-адрес з метою забезпечення ефективності маршрутизації даних.   

Як працює CIDR

Перш ніж розглядати всі дрібні деталі щодо CIDR, давайте почнемо з розуміння сутності IP-адрес. Вони складаються з 2 частин, а саме:

• Адреса хосту. Ця частина складається з декількох чисел, необхідних для ідентифікації пристрою або хосту в мережі.
• Мережева адреса. Ця цифра необхідна для ідентифікації мережі.

Спочатку IP-адреси розподілялися виключно за допомогою системи адресації з класами. Довжина адреси була досить фіксованою, як і кількість необхідних бітів.  

Огляд класової адресації

Класова адресація, також відома як IPv4, має 32 біти. Кожен числовий рядок розділяється крапкою і містить лише 8 бітів. За допомогою такої системи з класами можна було обирати між такими типами IPv4:

• Клас A. Цей тип характеризується 8 бітами мережевого префікса. Наприклад, 87.2.0.2, де 87 — це мережева адреса, а 2.0.2 — адреса хосту.
• Клас B. Цей тип має 16 бітів. Наприклад, 456.23.0.4, де 456.23 — це мережева адреса, а 0.4 — адреса хосту.
• Клас C. Цей клас має 24 біти. Наприклад, в адресі 456.234.3.200 456.234.3 — це мережева адреса, а 200 — адреса хоста.

Вступ до безкласової адресації

Особливість безкласової адресації полягає у використанні VLSM, або маскування підмереж змінної довжини. Це означає, що можна змінювати співвідношення бітів у адресі хосту та мережі. Маска підмережі працює шляхом поділу IP-адрес на біти хосту та біти мережі.

За допомогою VLSM можна змінювати IP-простір у підмережах різного розміру. Кожна підмережа може мати різну кількість хостів та IP-адрес. Безкласова IP-адреса має суфікс, який визначає кількість бітів у звичайній IP-адресі. Наприклад, 456.8.0.0/30 — це адреса; перша частина (456.8.0) — це мережева адреса.  

Обмеження адресації з класами

• Обмежена гнучкість у використанні IP-адрес. Це означає, що всі типи адресації з класами можуть підтримувати лише певну кількість пристроїв. Наприклад, клас B може підтримувати трохи більше 65 000 хостів; клас A — понад 16 000 000 хостів; а клас C — 254 хости.

Такий сценарій став надзвичайно незручним для багатьох користувачів. Уявіть собі компанію з 300 пристроями, яка не може використовувати клас C, тому використовує клас B і має багато невикористаного IP-простору.

• Обмеження в проектуванні мереж. У разі необхідності об’єднання мереж така можливість була недоступною для користувачів.  

Як працює CIDR

CIDR дозволяє мережевим маршрутизаторам направляти пакети інформації на потрібний пристрій на основі підмережі. IP-адреси не класифікуються, як у підході з класами, але адреси хостів та мереж визначаються відповідно до суфікса CIDR.

Розподіл блоків CIDR

Блок — це діапазон IP-адрес, що належать до одного мережевого префікса та мають однакову кількість бітів. Отже, великий блок має невеликий суфікс і містить більше IP-адрес.

Процес працює наступним чином: IANA (Організація з присвоєння номерів) розподіляє великі блоки між RIR (регіональними реєстрами). Потім регіональні реєстри розподіляють невеликі блоки між LIR (місцевими реєстрами). Наступним етапом є подальший розподіл для корпоративного використання. Окремі користувачі можуть подати заявку на отримання таких блоків у свого інтернет-провайдера.

Завдяки CIDR IP-адреси представлені у двійковій системі числення. Блоки є надзвичайно важливими, оскільки вони дозволяють об’єднувати групи адрес і використовувати їх як єдине ціле. Це означає, що кілька IP-адрес у межах блоку мають послідовність бітів.

Що стосується IPv4, то в цьому випадку блоки CIDR використовують синтаксис, який майже ідентичний синтаксису IPv4. Наприклад, IP-адреса може мати вигляд 453.234.0.9. Після зазначеної адреси має стояти коса риска та число, яке вказує на кількість спільних бітів.

Блоки CIDR також можна використовувати для IPv6; синтаксис таких адрес майже такий самий, як у IPv4. Однак довжина префікса може становити від 0 до 128. Це число визначає кількість спільних бітів.

Ці блоки надзвичайно важливі для групування та управління IP-адресами. Вони також сприяють спрощенню прийняття рішень щодо маршрутизації.

Як ми вже згадували, процес присвоєння блоків складається з кількох етапів, і в ньому беруть участь кілька організацій. Отже, давайте детально розглянемо ці етапи.

Роль Адміністрації з присвоєння номерів в Інтернеті (IANA)

Адміністрація з присвоєння номерів займається розподілом CIDR-адрес із короткими та великими префіксами серед регіональних реєстрів. Найбільший можливий блок — це /8, і він може містити понад 16 мільйонів адрес.

Функції регіональних інтернет-реєстрів (RIR)

Наступним етапом після IANA є регіональні реєстри. Серед регіональних реєстрів можна виділити ARIN або RIPE NCC. Вони відповідають за управління IP-адресами в залежності від конкретного географічного регіону. Отримавши величезні блоки від IANA, на цьому етапі вони розподіляють невеликі підмережі.

Обов’язки місцевих інтернет-реєстрів (LIR)

Після регіональних реєстрів наступним кроком є місцеві реєстри, які розподіляють IP-адреси між мережами користувачів у місцевих регіонах. Розмір підмережі обирається виходячи з потреб мережі.

Призначення IP-адрес інтернет-провайдерам та кінцевим користувачам

Якщо мережа обслуговується одним провайдером, вона отримує IP-адреси від нього. У випадках, коли існує кілька провайдерів, можна отримати незалежний від провайдера адресний простір від регіональних реєстрів.

Блоки CIDR в IPv4

У CIDR підмережі використовуються для представлення груп IP-адрес. У початковій адресі підмережі всі біти мають значення «нуль». Ця перша адреса виконує функцію резервування мережі. Остання адреса містить «одиниці» у бітах. Це створює адресу широкомовлення для мережі. Це означає, що окремі користувачі не можуть отримати доступ до першої та останньої адрес у мережі. Усі інші адреси доступні для хостів.

Для більшої ефективності використання простору підтримуються менші підмережі. Проблема полягає в тому, що підмережі не надають адрес через наявність адрес широкого мовлення та зарезервованих мереж. Виняток із цього правила стосується лише RFC 3021.

Блоки CIDR в IPv6

Головною особливістю IPv6 порівняно з раніше розглянутим IPv4 є те, що він підтримує більшу кількість IP-адрес. IPv6 включає 8 наборів шістнадцяткових значень, розділених двокрапками.  Блоки CIDR в IPv6 необхідні для агрегації адрес із різними префіксами.

Завдяки такому підходу стає можливим глобальне узагальнення маршрутів та забезпечення достатніх пулів адрес. Стандартною підмережею в IPv6 є блок /64. Цей розмір необхідний для автоконфігурації адрес, що дозволяє налаштовувати адреси без безпосередньої участі користувачів.

Переваги та недоліки CIDR

Ключові переваги CIDR

• Мінімізація втрат у просторі IP-адрес. За допомогою CIDR можна використовувати конкретну кількість IP-адрес, тим самим мінімізуючи їхні втрати.
• Проста передача даних. Ефективний поділ підмереж, просте групування та створення мають вирішальне значення для передачі даних.
• Гнучкість розгортання супермереж, якої не можна було досягти за допомогою стандартної архітектури маскування, є значною перевагою.
• Створення VPC. Адреси CIDR використовуються за потребою для передачі даних між пристроями.  

Потенційні недоліки CIDR

• Безпека. Без відповідних технічних навичок застосування деяких стандартних заходів безпеки може виявитися дещо складнішим.
• Складність. Управління та впровадження можуть виявитися не найпростішим процесом для нових адміністраторів.
• Сумісність. Існують застарілі мережеві пристрої, які можуть бути несумісними з CIDR.

Підсумок та заключні думки

CIDR — це ефективний метод розподілу IP-адрес, який може суттєво сприяти мінімізації марнування простору та підвищенню ефективності. Для більш точного визначення префіксів цей підхід підтримує VLSM. Крім того, користувачі отримують велику гнучкість щодо префіксів будь-якої довжини. Звичайно, у цього методу є й деякі недоліки, тому перед впровадженням краще врахувати як плюси, так і мінуси.