4. Adresszuweisung und Routenaggregation
- Adresszuweisung und Routenaggregation
Classless-Adressierung und -Routing wurden ursprünglich primär entwickelt, um die Skalierbarkeit des Routings im globalen Internet zu verbessern.
Da die Skalierbarkeit des Routings sehr eng mit der Art und Weise verknüpft ist, wie Adressen genutzt werden, hatte der Einsatz von CIDR Auswirkungen darauf, wie Adressen zugewiesen wurden.
4.1. Aggregationseffizienz und -grenzen
Die einzige allgemein verstandene Methode, um den Routing-Zustand in einem Paketvermittlungsnetz zu verringern, ist die Aggregation von Informationen. Damit CIDR erfolgreich die Größe und das Wachstum des globalen Routing-Systems reduzieren konnte, musste der Prozess der Zuweisung von IPv4-Adressen geändert werden, um eine Aggregation der Routing-Informationen entlang topologischer Linien möglich zu machen. Da die Netzwerktopologie im Allgemeinen durch die Dienstanbieter bestimmt wird, die sie aufgebaut haben, müssen topologisch sinnvolle Adresszuweisungen notwendigerweise an den Dienstanbieter orientiert sein.
Die Aggregation ist einfach für eine Endstelle, die mit einem einzigen Dienstanbieter verbunden ist: Sie nutzt den vom Dienstanbieter zugewiesenen Adressraum, und dieser Adressraum ist ein kleines Stück eines größeren Blocks, der dem Dienstanbieter zugeteilt wurde. Für die Endstelle ist keine explizite Route erforderlich; der Dienstanbieter kündigt eine einzige aggregierte Route für den größeren Block an. Diese Ankündigung stellt die Erreichbarkeit und Routbarkeit für alle Kunden bereit, die innerhalb des Blocks nummeriert sind.
Es gibt zwei komplexere Situationen, die die Effizienz der Aggregation verringern:
o Eine multi-homed Organisation. Da eine multi-homed Organisation im System von jedem ihrer Dienstanbieter bekannt gemacht werden muss, ist es oft nicht möglich, ihre Routing-Informationen in den Adressraum eines dieser Dienstanbieter zu aggregieren. Beachten Sie, dass die Organisation weiterhin ihren Adressraum aus dem Adressraum eines Dienstanbieters erhalten kann (was andere Vorteile bietet), aber eine Route zum Präfix der Organisation wird im allgemeinsten Fall explizit von allen ihren Dienstanbietern angekündigt. Aus diesem Grund sind die globalen Routing-Kosten für eine multi-homed Organisation im Allgemeinen dieselben wie vor der Einführung von CIDR. Eine detailliertere Untersuchung von Multi-Homing-Praktiken findet sich in [RFC4116].
o Eine Organisation, die den Dienstanbieter wechselt, ohne eine Renummerierung vorzunehmen. Dies bewirkt ein „Aufbohren eines Lochs“ in eine der aggregierten Routenankündigungen des ursprünglichen Dienstanbieters. CIDR bewältigt diese Situation, indem verlangt wird, dass der neuere Dienstanbieter eine spezifische Ankündigung für die neu angeschlossene Organisation herausgibt; diese Ankündigung wird gegenüber den Aggregaten des Anbieters bevorzugt, da es sich um eine längere Übereinstimmung handelt. Um die Aggregationseffizienz aufrechtzuerhalten, wird empfohlen, dass eine Organisation, die den Dienstanbieter wechselt, schließlich die Migration ihres Netzes auf ein Präfix plant, das aus dem Adressraum des neuen Dienstanbieters zugewiesen wurde. Zu diesem Zweck wird empfohlen, dass Mechanismen, die eine solche Migration erleichtern – wie die dynamische Host-Adresszuweisung mittels [RFC2131] –, überall dort eingesetzt werden, wo es möglich ist, und dass zusätzliche Protokollentwicklungsarbeiten unternommen werden, um eine verbesserte Renummerierungstechnologie zu entwickeln.
Beachten Sie, dass ein gewisser Gewinn an Aggregationseffizienz für multi-homed Endstellen (und allgemein für jede Endstelle, die aus mehreren logischen IPv4-Netzwerken besteht) noch erzielt werden kann: Durch die Zuweisung eines zusammenhängenden Zweierpotenz-Adressblocks an die Endstelle (anstelle mehrerer unabhängiger Präfixe) können die Routing-Informationen der Endstelle in einem einzigen Präfix aggregiert werden. Da die mit der Zuweisung einer multi-homed Endstelle aus dem Adressraum eines Dienstanbieters verbundenen Routing-Kosten zudem nicht höher sind als die alte Methode der sequentiellen Nummernvergabe durch eine zentrale Behörde, ist es sinnvoll, den gesamten Adressraum der Endstellen aus Blöcken zuzuweisen, die den Dienstanbietern zugeteilt wurden.
Es ist auch erwähnenswert, dass, da Aggregation auf mehreren Ebenen im System auftreten kann, es noch möglich sein kann, diese anormalen Routen auf höheren Ebenen einer vorhandenen Hierarchie zu aggregieren. Wenn beispielsweise eine Endstelle multi-homed über zwei relativ kleine Dienstanbieter ist, die beide ihre Konnektivität und ihren Adressraum vom selben großen Dienstanbieter beziehen, dann wird die Aggregation durch den großen Dienstanbieter der Routen aus den kleineren Netzen alle Routen zur multi-homed Endstelle einschließen. Die Machbarkeit dieser Art von Aggregation zweiter Ebene hängt vom Vorhandensein einer topologischen Hierarchie zwischen einer Endstelle, ihren direkt verbundenen Dienstanbietern und den anderen Dienstanbietern ab, mit denen sie verbunden sind; dies kann in einigen Regionen des globalen Internets praktisch sein, in anderen nicht.
Hinweis: In der folgenden Diskussion und den Beispielen wird die Präfix-Notation zur Darstellung von Routing-Zielen verwendet. Dies dient nur der Veranschaulichung und verlangt nicht, dass die Routing-Protokolle diese Darstellung in ihren Aktualisierungen verwenden.
4.2. Verteiltes Zuweisen von Adressraum
In den Anfängen des Internets wurde die Zuweisung des IPv4-Adressraums durch das zentrale Network Information Center (NIC) durchgeführt. Die Klasse-A/B/C-Netzwerknummern wurden in im Wesentlichen willkürlicher Reihenfolge, grob nach der Größe der sie anfordernden Organisationen, vergeben. Alle Zuweisungen wurden zentral erfasst, und es wurde nicht versucht, die Netzwerknummern auf eine Weise zuzuweisen, die eine Aggregation des Routings ermöglicht hätte.
Beim anfänglichen Einsatz von CIDR existierte die zentrale Zuweisungsbehörde weiterhin, änderte aber ihre Verfahren, um große Blöcke von „Klasse-C“-Netzwerknummern an jeden Dienstanbieter zuzuweisen. Jeder Dienstanbieter wies wiederum bitmaskenorientierte Untermengen des Adressraums des Anbieters an jeden Kunden zu. Dies funktionierte einigermaßen gut, solange die Anzahl der Dienstanbieter relativ klein und konstant war, skalierte aber nicht gut, als die Anzahl der Dienstanbieter schnell wuchs.
Als das Internet in den 1990er Jahren schnell zu expandieren begann, wurde klar, dass eine einzige zentrale Zuweisungsbehörde problematisch war. Diese Funktion wurde dezentralisiert, als die Adresszuweisung für europäische Internet-Endstellen in Blöcken, die an 16777216-Adressen- Grenzen (was CIDR später als /8 definieren würde) ausgerichtet waren, an das RIPE NCC ([RIPE]) delegiert wurde, wodurch es effektiv zum ersten der RIRs wurde. Seitdem wurde die Adresszuweisung formell als hierarchische Funktion mit der IANA, den RIRs und den Dienstanbietern verteilt. Das Entfernen des Engpasses einer einzigen Organisation, die für den Adressraum des globalen Internets verantwortlich ist, hat die Effizienz und Reaktionszeit für neue Zuweisungen stark verbessert.
Die hierarchische Delegation von Adressen auf diese Weise bedeutet, dass Endstellen, deren Adressen aus einem bestimmten Dienstanbieter zugewiesen wurden, zu Routing-Zwecken Teil dieses Dienstanbieters sind und über dessen Infrastruktur geroutet werden. Dies impliziert, dass die Routing-Informationen über multi-homed Organisationen (d. h. Organisationen, die mit mehr als einem Netzwerk-Dienstanbieter verbunden sind) immer den höheren Ebenen der Hierarchie bekannt sein müssen.
Ein historischer Überblick über diese Fragen ist in [RFC1518] beschrieben. Weitere Diskussionen finden sich auch in [RFC3221].