Red informática-Capa de red-Supernet
CIDR tiene dos características principales:
(I) CIDR divide la dirección IP de 32 bits en dos partes. La primera parte es el "prefijo de red" (o "prefijo" para abreviar), que se utiliza para representar la red, y la última parte se utiliza para representar el host. Por lo tanto, CIDR devuelve direcciones IP de direccionamiento de tercer nivel (usando una máscara de subred) a direccionamiento de segundo nivel, pero este es un direccionamiento de segundo nivel sin clasificación. Su símbolo es:
Dirección IP: = {;, número de host>} (4-3)
CIDR también usa notación de barra oblicua, o notación CIDR, es decir Agregar una barra " /" después de la dirección IP y luego anote el número de dígitos ocupados por el prefijo de red.
(2) CIDR combina direcciones IP consecutivas con el mismo prefijo de red en un "bloque de direcciones CIDR". Siempre que conozca cualquier dirección en el bloque de direcciones CIDR, podrá conocer la dirección inicial (es decir, la dirección mínima) y la dirección máxima del bloque de direcciones, así como la cantidad de direcciones en el bloque de direcciones. Por ejemplo, se sabe que la dirección IP 128.14.35.7/20 es una dirección en el bloque de direcciones CIDR. Ahora está escrita en representación binaria, donde los primeros 20 bits son el prefijo de la red y los últimos 12 bits son el número de host. :
128.14.35.7 /20= 1000 0000 0000 1110 0010 0011 0000 0111
Las direcciones mínima y máxima en el bloque de direcciones donde se encuentra esta dirección son fáciles de obtener: descúbrelo qué byte en la máscara de dirección (después de la barra diagonal). El número de bits es el número de direcciones de máscara 1 (20 bits) que aparecen en la interfaz de 1 y 0. Ahora está en el tercer byte. Tome los siguientes 12 como dirección mínima y escriba 1 como dirección máxima.
Dirección mínima: 128.14.32.0?1000?0000 0000 1110 0010 0000 0000 0000
Dirección máxima: 128.14.47.255? ? 1000 0000 0000 1110 0010 1111 1111 1111
Los números de host de estas dos direcciones especiales son 0 y 1. Generalmente no se usa. Normalmente sólo se utilizan las direcciones entre estas dos direcciones especiales. Este bloque de direcciones * * * tiene 2 12 direcciones (el número de hosts 2 es múltiplo). Podemos representar este bloque de direcciones mediante la dirección más pequeña en el bloque de direcciones y la cantidad de bits de prefijo de red. Por ejemplo, el bloque de direcciones anterior podría escribirse como 128.14.32.0/20. Cuando no es necesario especificar la dirección inicial del bloque de direcciones, dicho bloque de direcciones también puede denominarse abreviadamente "bloque de direcciones/20".
Para facilitar el enrutamiento, CIDR utiliza una máscara de dirección de 32 bits. La máscara de dirección consta de una cadena de unos y una cadena de ceros. El número de unos es la longitud del prefijo de red. Aunque CIDR ya no usa subredes, algunas redes todavía usan subredes y máscaras de subred, por lo que la máscara de dirección utilizada por CIDR puede seguir llamándose máscara de subred. Por ejemplo, la máscara de dirección del bloque de direcciones /20 es: 1111111165438. En notación de barra, el número después de la barra es el número 1 en la máscara de dirección.
En "CIDR no usa subredes", significa que CIDR no especifica varios bits en la dirección de 32 bits como campo de subred. Sin embargo, los dispositivos asignados a bloques de direcciones CIDR aún se pueden dividir en varias subredes según sea necesario. Estas subredes también solo tienen un prefijo de red y un campo de número de host, pero el prefijo de red de la subred es más largo que el prefijo de red de toda la unidad. Por ejemplo, si se asigna una unidad al bloque de direcciones /20, se puede dividir en 8 subredes (es decir, se deben tomar prestados 3 bits del número de host para dividir las subredes). En este momento, el prefijo de red de cada subred pasa a ser de 23 bits (los 20 bits originales más los 3 bits tomados prestados del número de host), que es 3 bits más que el prefijo de red de la unidad.
Debido a que hay muchas direcciones en el bloque de direcciones CIDR, el bloque de direcciones CIDR se utiliza en la tabla de enrutamiento para encontrar la red de destino. Este tipo de agregación de direcciones generalmente se denomina agregación de rutas, que permite que una entrada en la tabla de enrutamiento represente múltiples rutas (como la última) de la dirección clasificada tradicional original. La agregación de rutas también se denomina superposición. La agregación de rutas ayuda a reducir el intercambio de información de enrutamiento entre enrutadores, mejorando así el rendimiento de todo Internet.
La notación CIDR se presenta en muchas formas. Por ejemplo, el bloque de direcciones 10.0.0/10 se puede abreviar a 10/10, omitiendo los ceros consecutivos en notación decimal con puntos. Otra representación simplificada es agregar un asterisco * después del prefijo de red, como: 0000101000*, lo que indica que el prefijo de red está antes del asterisco *, y el asterisco ◆ representa el número de host en la dirección P, que puede ser cualquier valor.
Cuando el número de dígitos del prefijo no es un múltiplo entero de 8, se puede obtener cierta información de la dirección mediante un simple cálculo. La Tabla 47 muestra los bloques de direcciones CIDR más utilizados. En la tabla, k representa 2 · 10 = 1024. Rara vez se utilizan prefijos de red menores que 13 o mayores que 27. El "número de direcciones incluidas" no excluye los números de host con todos 1 y solo 0.
Como se puede ver en la Tabla 4-7, el número de direcciones en cada bloque de direcciones CIDR debe ser una potencia entera de 2. La mayoría de los bloques de direcciones CIDR pueden contener múltiples direcciones de Clase C (2 veces el número de direcciones de Clase C, n es un número entero), de donde proviene el término "formar una superred".
Un beneficio de usar CIDR es que el espacio de direcciones PV4 se puede asignar de manera más eficiente y se pueden asignar bloques de direcciones CIDR de tamaños apropiados según las necesidades del cliente. Supongamos que un ISP ya tiene el bloque de direcciones 206.0.64.0/18 (equivalente a 64 redes Clase C). Una universidad ahora requiere 800 direcciones IP. El ISP puede asignar a la universidad un bloque de direcciones 206.0.68.0/22, que contiene 1024 (es decir, 2 10) direcciones 1P, lo que equivale a 4 Clase C consecutivas (bloques de direcciones/24) y representa 1 del espacio de direcciones propiedad de el ISP /60. Luego, la universidad es libre de asignar bloques de direcciones a todos los departamentos de la universidad, y cada departamento puede dividir aún más los bloques de direcciones para su propio departamento.
El concepto de agregación de direcciones se puede ver claramente en la Figura 4-25. Este ISP*** cuenta con 64 redes Clase C. Si no se utiliza la tecnología CIDR, habrá 64 entradas en la tabla de enrutamiento de cada enrutador para intercambiar información de enrutamiento con el enrutador del SP. Pero después de la agregación de direcciones, solo se necesita una entrada para encontrar el ISP después de la agregación de rutas, que es 206.0.64.0/18. Asimismo, esta universidad cuenta con 4 departamentos, 18. Este proyecto es como la sala de correo de una universidad. El cartero no considera las direcciones de todos los departamentos de la escuela, sino que las entrega colectivamente a la sala de correo de la escuela, y luego la sala de correo de la escuela realiza la siguiente entrega. Esto reduce la carga de trabajo del personal de entrega de V (equivalente a simplificar la búsqueda de la tabla de enrutamiento).
Como se puede ver en las direcciones binarias en la siguiente tabla de la Figura 4-25, agregar las rutas de los cuatro departamentos en una ruta de la universidad (es decir, formar una superred) es acortar la red. prefijo. Cuanto más corto sea el prefijo de red, más direcciones contiene su bloque de direcciones. En la estructura de tres niveles de la dirección P, las subredes se dividen para alargar el prefijo de cromo.
Cuando se utiliza CIDR, debido a la representación del prefijo de red, la dirección IP consta del prefijo de red y el número de host, por lo que las entradas en la tabla de enrutamiento deben cambiarse en consecuencia. En este momento, cada elemento consta de "prefijo de red" y "dirección del siguiente salto". Pero al buscar la tabla de enrutamiento, es posible que obtenga varias coincidencias. Esto nos lleva a la pregunta: ¿qué ruta deberíamos elegir entre estos partidos?
La respuesta es que la ruta con el prefijo de red más largo debe seleccionarse entre los resultados coincidentes. Esto se denomina coincidencia de prefijo más larga (coincidencia de prefijo más larga), porque cuanto más largo es el prefijo de Chromium, más pequeño es el bloque de direcciones, por lo que la ruta es más específica. La coincidencia de prefijo más larga también se denomina coincidencia más larga o mejor coincidencia para ilustrar el concepto de coincidencia de prefijo más larga.
Supongamos que el cuarto departamento de la universidad quiere enviar los datagramas reenviados al cuarto departamento directamente al cuarto departamento sin pasar por el enrutador de la universidad, pero no está dispuesto a cambiar el bloque de direcciones P que utiliza. Por lo tanto, debe haber al menos dos elementos en la tabla de enrutamiento del enrutador del SP, a saber, 206.0.68.0/22 (universidad) y 206.0.71.128/25 (cuatro sistemas). Ahora supongamos que el ISP recibe un datagrama con la dirección IP de destino D=206.0.71.130. Realice una operación AND bit a bit con la máscara de estos dos elementos en la tabla de enrutamiento. Escriba los resultados de la operación AND bit a bit en el siguiente orden:
d y 111111111165438. La suma bit a bit de 0000 = 206.0.68.0/22 coincide con
d y 111111111165438. 38 01111000000 bit a bit AND = 206.0.71.128/25 coincidencias.
No es difícil ver que hay dos redes de destino (universidad y departamento 4) que coinciden con la misma dirección IP D en la tabla de enrutamiento. De acuerdo con el principio de coincidencia del prefijo más largo (1 dígito), se debe seleccionar este último y el datagrama recibido debe reenviarse a la red de destino de este último (quad), es decir, se debe seleccionar la más específica de las dos direcciones coincidentes.
Como se puede ver en la discusión anterior, si CIDR se usa en la asignación de direcciones IP desde el principio, entonces podemos asignar bloques de direcciones de acuerdo con la ubicación geográfica de la red, lo que puede reducir en gran medida la cantidad de direcciones en la tabla de enrutamiento. Por ejemplo, el mundo se puede dividir en cuatro regiones, a cada una de las cuales se le asigna un bloque de direcciones CIDR:
El bloque de direcciones 194/7 (194.0.0 a 195255.255, 25) está asignado a Europa:
El bloque de direcciones 198/7 (198.0.0 a 199.255.255, 255) está asignado a Belle Continent.
El bloque de direcciones 2007 (200.0.0 a 201255.255.255) está asignado a Centro y Sudamérica:
El bloque de direcciones 202/7 (202.0.0 a 203255.255.255) está asignado a Asia y el Pacífico.
Cada bloque de direcciones anterior contiene 32 millones de direcciones y este método de asignación de direcciones asocia direcciones IP con ubicaciones geográficas. Tiene la ventaja de reducir en gran medida el número de entradas en la tabla de enrutamiento. Por ejemplo, cualquier datagrama IP de China a América del Norte (sin importar qué dirección en el bloque de direcciones 198/7) se envía primero a un enrutador en los Estados Unidos, por lo que usar una entrada en la tabla de enrutamiento es suficiente.
Con CIDR, encontrar la coincidencia de prefijo más larga se vuelve más complicado. Cuando la cantidad de entradas en la tabla de enrutamiento es grande, cómo reducir el tiempo de búsqueda en la tabla de enrutamiento se convierte en una cuestión muy importante. Por ejemplo, si la velocidad de la línea al enrutador es de 10 Gbit/s y la longitud promedio del paquete es de 2000 bits, entonces el enrutador debería poder manejar un promedio de 5 millones de paquetes por segundo (normalmente 5 Mbps). En otras palabras, el tiempo promedio que le toma a un enrutador procesar un paquete es de solo 200 s (1 ns = 10-9 segundos). Por tanto, el tiempo necesario para encontrar cada ruta es muy corto.
Para una tabla de enrutamiento con direccionamiento no clasificado, el algoritmo de búsqueda más simple es recorrer todos los prefijos posibles. Por ejemplo, dada la dirección de destino d. Para cada longitud posible de prefijo de red m, el enrutador extrae los primeros m bits de d en el prefijo de red y luego busca el prefijo de red en la tabla de enrutamiento. La coincidencia más larga encontrada corresponde a la ruta a encontrar.
"La desventaja obvia de este algoritmo más simple es que hay demasiadas búsquedas. El peor de los casos es que la ruta no está en la tabla de enrutamiento. En este caso, el algoritmo aún necesita hacer 32 veces ( 32 bits El prefijo de red es una ruta de host específica). Incluso si desea encontrar la dirección de clase B tradicional (es decir, /16), este algoritmo realizará 31 búsquedas innecesarias para la ruta de identificación de canciones comúnmente utilizada. p>
Para realizar una búsqueda más eficiente, la tabla de enrutamiento para direcciones no clasificadas generalmente se almacena en una estructura de datos jerárquica y luego la búsqueda jerárquica se realiza de arriba a abajo.
El más utilizado aquí es el trie binario, que es un árbol con una estructura especial. Los valores de bits de izquierda a derecha en la dirección IP determinan la ruta desde el nodo raíz hacia abajo, capa por capa. Cada ruta en la pista binaria representa cada dirección almacenada en la tabla de enrutamiento.
La figura 4-26 ilustra la estructura de una pista binaria. En la figura se muestran cinco direcciones IP. Para simplificar la estructura de la pista binaria, primero podemos encontrar el prefijo único correspondiente a cada dirección P. El llamado prefijo único significa que es único entre todas las direcciones P de la tabla. De esta forma, estos prefijos únicos se pueden utilizar para construir pistas binarias. Al buscar, solo se puede encontrar un prefijo único.
El nodo raíz del hilo binario tiene una profundidad de hasta 32 niveles de arriba a abajo, y cada nivel corresponde a un bit de la dirección IP. Las reglas para almacenar pistas binarias en direcciones IP son simples. Primero, verifique el primer dígito a la izquierda de la dirección IP. Si es 0, los nodos del primer nivel se ubican debajo y a la izquierda del nodo raíz. Si es 1, está en la parte inferior derecha. Luego verifique el segundo bit de la dirección para construir el nodo de segundo nivel. Y así sucesivamente hasta el último dígito del prefijo único. Debido a que los prefijos únicos generalmente tienen menos de 32 bits, la profundidad de las pistas binarias construidas con prefijos únicos suele ser inferior a 32 niveles. La línea discontinua más gruesa de la figura es la ruta del prefijo 0101 en esta pista binaria. Los pequeños círculos en la pista binaria son nodos intermedios y los pequeños cuadros al final del camino son nodos hoja (también llamados nodos externos). Cada nodo hoja representa un prefijo único. El número al lado de una línea de conexión entre nodos indica si el bit correspondiente en el prefijo único para ese borde es 0 o 1.
Supongamos que hay una dirección IP 1001 101 011 1010000000. Necesitamos averiguar si la dirección está en esta pista binaria. Empecemos por la extrema izquierda. Es fácil encontrar que cuando se encuentra el tercer carácter (el 0 después del prefijo 10), no hay coincidencia en la pista binaria, lo que indica que la dirección no está en esta pista binaria.
Lo anterior solo proporciona el uso de pistas binarias como estructura de datos y no explica la relación entre "coincidencia con prefijo único" y "coincidencia con prefijo de red". Obviamente, para utilizar subprocesos binarios en la tabla de enrutamiento, cada nodo hoja en el subproceso binario también debe contener el prefijo de red y la máscara de subred correspondientes. Al buscar un nodo hoja, la dirección de destino y la máscara de subred del nodo hoja se deben aplicar con AND bit a bit para ver si el resultado coincide con el prefijo de red correspondiente. Si hay una coincidencia, el paquete se reenvía según la interfaz del siguiente salto. De lo contrario, el paquete se descartará.
En resumen, las pistas binarias simplemente proporcionan un mecanismo para encontrar rápidamente nodos hoja coincidentes en la tabla de enrutamiento. Pero si esto coincide con el prefijo de red requiere una operación AND lógica con la máscara de subred.
"Para mejorar la velocidad de búsqueda de pistas binarias, se utilizan ampliamente varias técnicas de compresión. Por ejemplo, los primeros cuatro bits de las dos últimas direcciones en la Figura 4-26 son 1011. Por lo tanto, siempre que Como los primeros cuatro bits de un bit de dirección son 1011, puede omitir los primeros cuatro bits (es decir, el nivel de compresión cuatro) y comenzar la comparación directamente desde el quinto bit. Por supuesto, esto puede reducir el tiempo de búsqueda. requiere más cálculos, pero vale la pena, porque acelera la búsqueda cada vez que se consulta la tabla de enrutamiento”
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