CIDR

Classless Inter-Domain Routing (CIDR) ist ein Konzept, das im Internet zur Allokation von IP-Adressen und zum Routing verwendet wird. Im Gegensatz zum älteren System der Netzklassen, ermöglicht CIDR eine flexiblere Einteilung des IP-Adressraums.

Es erlaubt, mehrere Subnetze zu einem größeren Netz zusammenzufassen oder ein Netz in kleinere Subnetze zu unterteilen, ohne sich an die starren Klassengrenzen halten zu müssen. Eine CIDR-Adresse wird typischerweise als IP-Adresse gefolgt von einem Schrägstrich und der Präfixlänge angegeben, z.B. 192.0.2.0/24.

Geschichte und Entwicklung von CIDR

CIDR wurde 1993 eingeführt, um zwei primäre Probleme zu lösen:

1. Knappheit von IP-Adressen: Vor CIDR waren IP-Adressen in feste Klassen (A, B, C) eingeteilt, was zu einer ineffizienten Nutzung des verfügbaren Adressraums führte.
2. Überlastung der Routing-Tabellen: Die zunehmende Zahl von Netzwerken im Internet führte zu großen und komplexen Routing-Tabellen. CIDR vereinfachte das Routing durch Einführung der Aggregation mehrerer Adressräume in einen einzigen Eintrag in einer Routing-Tabelle, was die Größe und Komplexität erheblich reduzierte.

Die Einführung von CIDR war ein entscheidender Schritt in der Entwicklung des Internets, der half, die Skalierbarkeit des Netzwerks zu verbessern und den wachsenden Bedarf an IP-Adressen zu adressieren.

Warum wurde CIDR eingeführt?

Die Schlüsselgründe für die Einführung von CIDR waren:

• Effizientere Nutzung des IP-Adressraums: Durch die Abschaffung des klassenbasierten Systems konnte der IP-Adressraum flexibler aufgeteilt werden, um eine effizientere Nutzung zu gewährleisten. Kleine Netzwerke mussten nicht länger große Blöcke von Adressen erhalten, die sie nicht benötigten, wodurch Millionen von Adressen eingespart wurden.
• Reduzierung der Routing-Komplexität: CIDR erlaubt die Aggregation (Zusammenfassung) vieler kleiner Netzwerke zu einem einzigen Routing-Eintrag. Dies reduzierte die Größe der Routing-Tabellen in den Routern des Internets signifikant und verbesserte dadurch die Leistung und Effizienz des Routings.

CIDR ist ein fester Bestandteil moderner Netzwerkarchitekturen und bildet die Grundlage für die effektive Verwaltung und Weiterentwicklung des IP-Adressraums im Internet. Mit der zunehmenden Verbreitung von IPv6 erwarten Experten eine weitere Verbesserung der Effizienz im Routing und der Nutzung der IP-Adressen.

Funktionsweise von CIDR

Der Aufbau einer CIDR-Adresse

Classless Inter-Domain Routing (CIDR) ist ein flexibles Verfahren zur Adresszuweisung im Internet, das eine effizientere Nutzung des IP-Adressraums ermöglicht. Ein grundlegendes Verständnis von CIDR beginnt mit dem Aufbau einer CIDR-Adresse. Diese besteht aus einer IP-Adresse und einem Präfix, getrennt durch einen Schrägstrich (/). Das Präfix gibt die Anzahl der Bits an, die im Adressraum für das Netzwerksegment (Netzteil) reserviert sind.

Beispielweise bedeutet 192.168.1.0/24, dass die ersten 24 Bits der Adresse den Netzteil definieren. Die verbleibenden Bits (hier 8) werden für die Host-Adressierung innerhalb dieses Netzes genutzt. Dies ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Größe des Adressraums und wie dieser aufgeteilt wird.

Verständnis der Präfix/Suffix-Notation

Die Präfix/Suffix-Notation in CIDR-Adressen ist entscheidend, um zu verstehen, wie der IP-Adressraum strukturiert ist. Das Suffix, auch Präfixlänge genannt, gibt an, wie viele der insgesamt 32 Bits (bei IPv4) oder 128 Bits (bei IPv6) für die Netz-ID verwendet werden. Der Rest bildet den Hostteil der Adresse. Ein längerer Präfix (zum Beispiel /30) bedeutet ein kleineres Netz mit weniger verfügbaren Adressen für Endgeräte, während ein kürzerer Präfix (wie /24) auf ein größeres Netz hinweist.

Um das zu veranschaulichen:

• 192.168.1.0/24 erlaubt 256 Adressen im Netz, da 8 Bits für Hosts verbleiben ($2^8=256$).
• 192.168.1.0/30 schränkt das Netz auf 4 Adressen ein, da nur noch 2 Bits für Hosts verfügbar sind ($2^2=4$).

Unterschiede zwischen traditionellen Netzklassen und CIDR

Vor der Einführung von CIDR wurde der IP-Adressraum in feste Klassen (A, B, C, D, E) unterteilt. Diese rigide Einteilung resultierte oft in einer ineffizienten Nutzung des Adressraums. Ein Klasse-A-Netz hatte beispielsweise immer 16 Millionen Adressen ($2^{24}$), was für die meisten Organisationen weit überdimensioniert war. Auf der anderen Seite bot ein Klasse-C-Netz nur 256 Adressen, was oft zu knapp bemessen war.

CIDR löste dieses Problem, indem es die starre Klassenstruktur abschaffte und eine dynamischere Zuweisung von Adressbereichen ermöglichte. Nun konnte der Netzteil einer Adresse genau so groß (oder klein) gemacht werden, wie es die tatsächlichen Bedürfnisse erforderten. Diese Flexibilität führt zur optimierten Nutzung des begrenzten Adressraums und zu einer verringerten Größe der Routingtabellen im Internet.

Ein direkter Vergleich zeigt die Effizienz von CIDR:

• Vor CIDR: Ein Unternehmen benötigt 500 Adressen. Es erhält ein Klasse-B-Netz mit über 65.000 Adressen, von denen die meisten ungenutzt bleiben.
• Mit CIDR: Das Unternehmen bekommt einen Adressblock im Format 192.168.0.0/23. Dieser Block stellt genau 512 Adressen bereit ($2^9=512$), was den Bedarf deckt und den IP-Adressraum schont.

CIDR ist ein fundamentaler Baustein des modernen Internets und ermöglicht eine effiziente, flexible Adressierung und das Routen von Datenpaketen in globalen Netzwerken.

CIDR-Notation und Subnetting

Bedeutung der Präfixlänge in CIDR

Classless Inter-Domain Routing (CIDR) bildet die Grundlage der modernen Netzwerkadressierung. Ein zentraler Aspekt von CIDR ist die Präfixlänge, oft auch Suffix genannt. Diese Präfixlänge, hinter einer IP-Adresse und getrennt durch ein "/", gibt die Anzahl der Bits an, die das Netzwerksegment der Adresse definiert. Zum Beispiel bedeutet eine Adresse wie 192.168.1.0/24, dass die ersten 24 Bits der IP-Adresse das Netzwerksegment identifizieren. Das ermöglicht eine flexiblere Einteilung des Adressraums als traditionelle Netzklassen, indem es die Erstellung von Subnetzen mit genau der benötigten Größe möglich macht.

Berechnung von Subnetzen mit CIDR

Bei der Berechnung von Subnetzen mit CIDR werden mathematische Operationen auf die IP-Adressen und Präfixlängen angewendet. Nehmen wir die CIDR-Adresse 192.168.1.0/24 als Beispiel. Die /24 zeigt, dass die ersten 24 Bits das Netzwerk definieren. Für Subnetze kannst du die Präfixlänge erhöhen. Wenn du zum Beispiel 192.168.1.0 in zwei Subnetze teilen möchtest, könntest du die Präfixlängen auf /25 setzen. Das ergibt zwei Adressbereiche: 192.168.1.0/25 und 192.168.1.128/25. Jeder Bereich hat 128 ($2^{(32-25)}$) Adressen, wobei jede erste als Netzwerkadresse und jede letzte als Broadcastadresse dient.

Eine praktische Übung wäre, 10.0.0.0/16 in vier gleich große Subnetze zu teilen. Die Präfixlänge erhöht sich hierbei auf /18, da jedes Subnetz $2^{(32-18)} = 16.384$ Adressen enthält. Die Subnetze wären 10.0.0.0/18, 10.0.64.0/18, 10.0.128.0/18 und 10.0.192.0/18.

Vorteile des Subnettings mit CIDR

CIDR verbessert die Effizienz und Flexibilität der IP-Adressierung erheblich. Die Vorteile umfassen:

• Effizienz: Durch die präzise Steuerung der Präfixlänge kann die Verfügbarkeit von IP-Adressen maximiert werden. Statt große, ungenutzte Adressblöcke zu haben, kannst du deine Netzwerke genau nach Bedarf dimensionieren.
• Flexibilität: Ermöglicht eine an den tatsächlichen Bedarf angepasste Aufteilung des Netzwerks in Subnetze, was besonders in heterogenen Netzwerkumgebungen nützlich ist.
• Einfachere Netzwerkverwaltung: Durch Subnetting können Broadcast-Domänen reduziert werden, was das Netzwerkverkehrsaufkommen und Risiken von Broadcast-Stürmen minimiert.
• Skalierbarkeit: Große Netzwerke können in kleinere, leichter verwaltbare Einheiten unterteilt werden, wodurch das Wachstum und die Erweiterung des Netzwerks erleichtert werden.

Die Anwendung von CIDR und Subnetting erfordert ein grundlegendes Verständnis von binären Operationen und Netzwerkgrundlagen. Aber mit Übung und Anwendung wird es ein unverzichtbares Werkzeug für Netzwerkadministratoren und IT-Profis.

Praktische Anwendungen von CIDR

Classless Inter-Domain Routing (CIDR) ist nicht nur ein theoretisches Konzept, sondern spielt eine entscheidende Rolle in der praktischen Umsetzung moderner Netzwerkinfrastrukturen. In diesem Abschnitt schauen wir uns an, wie CIDR in der Praxis angewendet wird, insbesondere beim Routen und der Aggregation von Adressen, im Kontext von IPv6 sowie durch konkrete Berechnungsbeispiele.

Routing und Aggregation mit CIDR

CIDR ermöglicht es Internet Service Providern (ISPs) und Netzwerkadministratoren, IP-Adressen effizienter zu verwalten und zu routen. Durch die Aggregation mehrerer IP-Adressblöcke in einer einzigen Routinginformation wird der Umfang der Routingtabellen deutlich reduziert. Diese Vorgehensweise nennt man auch Route Aggregation oder Supernetting.

Stell dir vor, ein ISP betreibt mehrere Netze, die jeweils als 192.168.1.0/24, 192.168.2.0/24, bis hin zu 192.168.255.0/24 definiert sind. Ohne CIDR müsste jeder dieser Adressblöcke als separate Route in die Routingtabellen eingetragen werden. Dank CIDR kann der ISP jedoch all diese Adressen zu einem einzigen Eintrag 192.168.0.0/16 zusammenfassen. Das macht die Routingtabellen nicht nur kleiner, sondern auch die Pfadfindung effizienter.

Einsatz von CIDR in IPv6

Mit der Einführung von IPv6 wurde CIDR von Anfang an als Standard für die Adressierung und das Routing im Internet implementiert. IPv6-Adressen, die eine Länge von 128 Bits haben, werden normalerweise in einer CIDR-Notation wie 2001:db8::/32 angegeben. Dies zeigt uns sofort, dass die ersten 32 Bits den Netzwerkteil der Adresse definieren und der restliche Teil für die Host-Adressierung genutzt werden kann.

Ein bedeutender Unterschied zwischen CIDR in IPv4 und IPv6 ist der fast grenzenlose Adressraum von IPv6, der es ermöglicht, jedem Gerät auf dem Planeten eine einzigartige Adresse zuzuweisen. Konzepte wie NAT (Network Address Translation), die bei IPv4 aus einem Mangel an verfügbaren Adressen notwendig waren, werden mit IPv6 durch die generöse Adressverteilung und die Verwendung von CIDR überflüssig.

Beispiele für CIDR-Adressberechnungen

Um CIDR und seine praktische Anwendung besser zu verstehen, schauen wir uns ein paar Beispiele an. Für die Beispiele nutzen wir IPv4-Adressen und deren CIDR-Notation.

Beispiel 1: Angenommen, du hast die CIDR-Adresse 192.168.0.0/22. Dies bedeutet, dass die ersten 22 Bits den Netzwerkanteil der Adresse darstellen, was uns ein Netz mit $2^{32-22} = 2^{10} = 1024$ möglichen Adressen gibt. Von diesen 1024 Adressen sind zwei Adressen, die Netzadresse (192.168.0.0) und die Broadcast-Adresse (192.168.3.255), nicht für Hosts nutzbar. Dies lässt 1022 nutzbare Adressen für Geräte.

Beispiel 2: Für 10.0.0.0/8 umfasst der adressierbare Bereich die Adressen von 10.0.0.0 bis 10.255.255.255. Da 8 Bits für das Netz reserviert sind, stehen 24 Bits für Host-Adressen zur Verfügung, was insgesamt $2^{24} = 16.777.216$ möglichen Adressen entspricht (minus 2 für Netz- und Broadcast-Adresse).

Diese Beispiele verdeutlichen, wie CIDR eine flexible Zuweisung und Aggregation von IP-Adressen ermöglicht. Egal ob du ein kleines Heimnetzwerk oder ein großes Unternehmensnetzwerk planst, die richtige Anwendung von CIDR hilft, IP-Adressen rationell zu nutzen und erleichtert das Routing im Internet.