クラスレスドメイン間ルーティング

クラスレスドメイン間ルーティング（CIDR / ˈ s aɪ d ər、ˈ s ɪ -/ ）は、 IPルーティング用にIPアドレスを割り当てる方法です。インターネットエンジニアリングタスクフォースは、インターネット上の以前のクラスフルネットワークアドレス指定アーキテクチャを置き換えるために、1993年にCIDRを導入しました。その目的は、インターネット上のルーターのルーティングテーブルの増加を遅らせ、IPv4アドレスの急速な枯渇を遅らせることでした。^{[1] [2]}

IP アドレスは、アドレス内の2 つのビットグループで構成されると説明されています。最上位ビットはネットワーク プレフィックスで、ネットワーク全体またはサブネットを識別します。最下位ビットのセットはホスト識別子で、そのネットワーク上のホストの特定のインターフェイスを指定します。この区分は、IP ネットワーク間のトラフィック ルーティングの基礎として、およびアドレス割り当てポリシーのために使用されます。

IPv4のクラスフル ネットワーク設計では、ネットワーク プレフィックスのサイズが 1 つ以上の 8 ビット グループとして決定され、クラス A、B、または C アドレスのブロックが生成されましたが、CIDR では、アドレス空間は任意のアドレス ビット境界でインターネット サービス プロバイダーとエンド ユーザーに割り当てられます。ただし、 IPv6では、インターフェイス識別子は慣例により 64 ビットの固定サイズになっており、それより小さいサブネットがエンド ユーザーに割り当てられることはありません。

CIDR は可変長サブネット マスキング( VLSM )に基づいており、ネットワーク プレフィックスの長さは可変です (以前のクラスフル ネットワーク設計の固定長プレフィックスとは対照的です)。その主な利点は、組織に割り当てられるサブネットのサイズをより細かく制御できるため、必要以上に大きなサブネットを割り当てることで IPv4 アドレスが枯渇するのを遅らせることができることです。CIDR により、IP アドレスの後にプレフィックスのビット数を示すサフィックスが続く、CIDR 表記法と呼ばれる新しい IP アドレス記述方法が生まれました。CIDR 表記法の例としては、IPv4 のアドレス192.0.2.0 / 24やIPv6 のアドレス2001:db8:: / 32などがあります。連続するプレフィックスを持つアドレス ブロックはスーパーネットとして集約でき、グローバル ルーティング テーブル内のエントリ数が減ります。

各IPアドレスは、ネットワークプレフィックスとそれに続くホスト識別子で構成されています。IPv4のクラスフルネットワークアーキテクチャでは、32ビットIPアドレスの上位3ビットがユニキャストネットワークのネットワークプレフィックスのサイズを定義し、ネットワーククラスA、B、またはCを決定しました。^[3]

このシステムの利点は、追加情報がなくても、どの IP アドレスでもネットワーク プレフィックスを判別できることです。欠点は、使用できるサイズが 3 つしかないため、ネットワークが大きすぎたり小さすぎたりして、ほとんどの組織が使用できないことです。最小の割り当ておよびルーティング ブロックには 2 ⁸ = 256 個のアドレスが含まれており、個人または部門ネットワークに必要な数よりも大きいですが、ほとんどの企業には小さすぎます。次の大きなブロックには 2 ¹⁶ = 65 536 個のアドレスが含まれており、大規模な組織であっても効率的に使用するには大きすぎます。しかし、65 536個を超えるアドレスを必要とするネットワーク ユーザーにとっては、他の唯一のサイズ (2 ²⁴ ) でも 1600 万個を超える、多すぎる数しか提供できませんでした。これにより、アドレスの使用が非効率になり、ルーティングも非効率になりました。これは、個別のルート通知を持つ多数の割り当てられたクラス C ネットワークが必要になり、地理的に分散していてルート集約の機会がほとんどないためです。

ドメイン ネーム システム(DNS)の発明から 10 年も経たないうちに、クラスフル ネットワーク方式はスケーラブルではないことが判明しました。^{[4]このことが}サブネット化と CIDRの開発につながりました。最上位アドレス ビットに基づく、以前は意味があったクラス区分は廃止され、新しいシステムはクラスレスと表現されました。一方、クラスフルとして知られるようになった古いシステムはクラスレスでした。ルーティング プロトコルは、IP アドレスだけでなくサブネット マスクも伝送するように改訂されました。CIDR を実装するには、インターネット上のすべてのホストとルーターを少しずつ再プログラムする必要がありました。これは、インターネットが急成長期に入っていた当時としては、決して小さな成果ではありませんでした。1993 年、インターネット エンジニアリング タスク フォースは、 IP アドレス ブロックの割り当てと IPv4 パケットのルーティングに関するこの新しい原則を定義する新しい標準セットRFC  1518 とRFC  1519 を公開しました。更新版のRFC  4632 は、2006 年に公開されました。^[5]

さまざまな代替案を試した後、クラスレス インタードメイン ルーティングは可変長サブネット マスク (VLSM) に基づいていました。これにより、各ネットワークをさまざまな 2 の累乗サイズのサブネットワークに分割して、各サブネットワークをローカルのニーズに合わせて適切にサイズ設定できます。可変長サブネット マスクは、RFC  950で代替案の 1 つとして言及されています。 ^[6]一般的な操作のためにアドレスをグループ化する手法は、Carl-Herbert Rokitansky によって最初に提案されたクラスター アドレスの概念に基づいています。^{[7] [8]}

CIDR 表記は、IP アドレスとそれに関連付けられたネットワーク マスクを簡潔に表現したものです。この表記は、1980 年代にPhil Karnによって発明されました。 ^{[9] [10]} CIDR 表記は、IP アドレス、スラッシュ('/') 文字、および 10 進数を指定します。10 進数は、ネットワーク マスク内の連続する先頭の1ビット (左から右へ) の数です。各 1 ビットは、指定された IP アドレスと同一でなければならないアドレス範囲のビットを表します。CIDR 表記の IP アドレスは、常に IPv4 または IPv6 の標準に従って表されます。

アドレスは、特定のインターフェース アドレス ( 10.0.0.1 / 8などのホスト識別子を含む) を示す場合もあれば、ネットワーク全体の開始アドレス ( 10.0.0.0 / 8またはそれに相当する10 / 8のようにホスト識別子 0 を使用) を示す場合もあります。 CIDR 表記は、IP アドレスがまったくなくても使用できます。たとえば、 24 ビットのプレフィックスと 8 ビットのホスト番号を持つ IPv4 ネットワークの一般的な説明として/ 24を参照する場合などです。

例えば：

• 198.51.100.14 / 24 は、IPv4 アドレス198.51.100.14とそれに関連付けられたネットワーク プレフィックス198.51.100.0 、またはそれと同等の、先頭 24 ビットが1 でサブネット マスク255.255.255.0を表します。
• IPv4 ブロック198.51.100.0 / 22は、 198.51.100.0から198.51.103.255までの 1024 個の IPv4 アドレスを表します。
• IPv6 ブロック2001:db8:: / 48 は、2001:db8:0:0:0:0:0:0から2001:db8:0:ffff:ffff:ffff:ffff:ffffまでの IPv6 アドレスのブロックを表します。
• ::1 / 128 はIPv6ループバックアドレスを表します。プレフィックス長は 128 で、これはアドレスのビット数です。

IPv4では、192.24.12.0 / 255.255.252.0のように、スラッシュの後にドット付き10進サブネットマスク指定を使用して文書化された方法が実装されてから、CIDR表記が広く使用されるようになりました。 ^[2]ネットワークプレフィックス幅を単一の数字（192.24.12.0 / 22 ^{）で記述すると、ネットワーク管理者が概念化して計算しやすくなります。これは、後の標準文書[11] [12]}やネットワーク構成インターフェイスに徐々に組み込まれるようになりました。

ネットワークのアドレス数は、2^{アドレス長 − プレフィックス長}として計算できます。ここで、アドレス長はIPv6 の場合は 128、IPv4 の場合は 32 です。たとえば、IPv4 では、プレフィックス長/ 29は次のようになります。2 ³²⁻²⁹ = 2 ³ = 8 アドレス。

サブネット マスクは、IPv4 アドレスまたはネットワークに関連付けられたプレフィックス長を 4 つのドットで区切られた表記法でエンコードするビットマスクです。32 ビットで、プレフィックス長と同じ数の1ビットで始まり、 0ビットで終わり、4 つのドットで区切られた 10 進数形式でエンコードされます ( 255.255.255.0 )。サブネット マスクはプレフィックス長と同じ情報をエンコードしますが、CIDR が登場する前のものです。CIDR 表記では、プレフィックス ビットは常に連続しています。サブネット マスクは、RFC  950 ^[6]によって、非連続ビットを指定することが許可されていましたが、RFC  4632 ^{[5] のセクション 5.1 で、}マスクは連続したままにする必要があると規定されました。この制約により、サブネット マスクと CIDR 表記はまったく同じ機能を果たします。

CIDR は、基本的に、IP アドレスとそのルーティング プロパティを表すビット単位のプレフィックス ベースの標準です。アドレス ブロックを単一のルーティング テーブル エントリにグループ化できるようにすることで、ルーティングを容易にします。一般に CIDR ブロックと呼ばれるこれらのグループは、IP アドレスのバイナリ表現で最初のビット シーケンスを共有します。IPv4 CIDR ブロックは、IPv4 アドレスと同様の構文を使用して識別されます。つまり、ドット付き 10 進数アドレス、スラッシュ、0 ～ 32 の数字 (つまり、abcd / n)です。ドット付き 10 進数部分が IPv4 アドレスです。スラッシュの後の数字はプレフィックス長、つまりアドレスの最上位ビットから数えた共有の最初のビットの数です。ネットワークのサイズのみを強調する場合は、通常、表記のアドレス部分は省略されます。したがって、/20 ブロックは、指定されていない 20 ビットのプレフィックスを持つ CIDR ブロックです。

IP アドレスは CIDR ブロックの一部であり、アドレスの最初のnビットと CIDR プレフィックスが同じである場合に CIDR プレフィックスに一致すると言われます。 IPv4 アドレスは 32 ビットなので、 nビットの CIDR プレフィックスでは 32 − nビットが一致しません。つまり、2 ^{32− n 個の}IPv4 アドレスが特定のnビット CIDR プレフィックスに一致します。 CIDR プレフィックスが短いほど一致するアドレスが多くなり、プレフィックスが長いほど一致するアドレスが少なくなります。 オーバーレイされた CIDR ブロックの場合、アドレスは長さの異なる複数の CIDR プレフィックスに一致することがあります。

CIDRはIPv6アドレス にも使用され、構文の意味は同じです。アドレスのビット数が大きいため、プレフィックスの長さは0から128の範囲になります。ただし、慣例により、ブロードキャストMAC層ネットワーク上のサブネットには常に64ビットのホスト識別子があります。^[13]より大きなプレフィックス（/127）は、セキュリティとポリシー上の理由から、ルーター間の一部のポイントツーポイントリンクでのみ使用されます。^[14]

IANA (Internet Assigned Numbers Authority) は、地域インターネットレジストリ (RIR) に、プレフィックスが短い大規模な CIDR ブロックを発行します。ただし、 / 8 ( 1,600 万を超えるアドレス) は、IANA が割り当てる最大のブロックです。たとえば、62.0.0.0 / 8 は、ヨーロッパの RIR であるRIPE NCCによって管理されています。ヨーロッパや北米など、単一の大規模な地理的領域を担当する RIR は、これらのブロックを細分化し、サブネットをローカルインターネットレジストリ (LIR) に割り当てます。同様の細分化は、委任の下位レベルで複数回繰り返される場合があります。エンドユーザーネットワークは、予測される短期的なニーズに応じてサイズのサブネットを受け取ります。単一の ISP によってサービス提供されるネットワークは、IETF の推奨事項によって、ISP から直接 IP アドレス空間を取得することが推奨されています。一方、複数の ISP によってサービス提供されるネットワークは、適切な RIR から直接 プロバイダーに依存しないアドレス空間を取得できます。

たとえば、1990 年代後半には、IP アドレス208.130.29.33 (その後再割り当て) が www.freesoft.org で使用されていました。このアドレスを分析すると、3 つの CIDR プレフィックスが特定されました。208.128.0.0 / 11 は、 200 万を超えるアドレスを含む大規模な CIDR ブロックで、ARIN (北米 RIR)によってMCIに割り当てられていました。バージニア州のVARである Automation Research Systems (ARS) は、MCI からインターネット接続をリースし、 1,000 台を超えるデバイスをアドレス指定できる208.130.28.0 / 22ブロックを割り当てられました。ARS は、パブリックにアクセス可能なサーバー用に/ 24ブロックを使用しており、そのうちの 1 つが208.130.29.33でした。これらの CIDR プレフィックスはすべて、ネットワークのさまざまな場所で使用されます。 MCI ネットワークの外部では、プレフィックス208.128.0.0 / 11は、 208.130.29.33宛てのトラフィックだけでなく、同じ最初の 11 ビットを持つ約 200 万の IP アドレス宛てのトラフィックも MCI に転送するために使用されます。MCI ネットワーク内では、208.130.28.0 / 22が見えるようになり、トラフィックを ARS にサービスを提供する専用回線に転送します。プレフィックス208.130.29.0 / 24が使用されるの は、ARS 企業ネットワーク内だけです。

一般的な使用法では、サブネットの最初のアドレス (ホスト識別子がすべて 2 進数の 0) はネットワーク自体を参照するために予約されていますが、最後のアドレス (ホスト識別子がすべて 2 進数の 1) はネットワークのブロードキャスト アドレスとして使用されます。これにより、ホストに使用できるアドレスの数が 2 減少します。その結果、ホスト識別子に 2 進数の数字が 1 つある/ 31ネットワークは、この減少後には使用可能なホスト アドレスが提供されないため、使用できなくなります。RFC 3021では 、「ホストがすべて 1」および「ホストがすべて 0」のルールに例外を設けて、/ 31ネットワークをポイントツーポイント リンクに使用できるようにしています。/ 32アドレス(単一ホスト ネットワーク) には、ゲートウェイを配置する余地がないため、明示的なルーティング ルールでアクセスする必要があります。

/ 31または/ 32より大きいルーティングされたサブネットでは、利用可能なホストアドレスの数が通常2つ減少します。つまり、ブロードキャストアドレスとして予約される最大アドレスと、ネットワーク自体を識別する最小アドレスです。^{[15] [16]}

IPv6 の大きなアドレス サイズにより、世界規模の経路集約が可能になり、各サイトで十分なアドレス プールが保証されました。IPv6 ネットワークの標準サブネット サイズは/ 64ブロックであり、ステートレス アドレス自動構成の動作に必要です。^[17]当初、IETF はRFC 3177 で、すべてのエンド サイトに/ 48アドレス割り当てを 割り当てることをベスト プラクティスとして推奨していましたが^{[18]、実際のニーズとプラクティスに対する批判と再評価により、} RFC  6177 ^[19]でより柔軟な割り当ての推奨事項が作成され、住宅用ネットワークには/ 56ブロックなど、一部のサイトで大幅に小さい割り当てが提案されています。

このIPv6 サブネットリファレンスには、 IPv6サブネットのサイズが記載されています。ネットワークリンクの種類によって、必要なサブネットのサイズが異なる場合があります。^[20]サブネットマスクは、ネットワーク識別子プレフィックスのビットとインターフェース識別子のビットを分離します。プレフィックスサイズを小さくすると、カバーされるネットワークの数は少なくなりますが、各ネットワーク内のアドレスは多くなります。^[21]

2001:0db8:0123:4567:89ab:cdef:1234:5678
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|||| |||| |||| |||| |||| |||| 100
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|||| |||| |||| |||| |||| ||92
|||| |||| |||| |||| |||| |88
|||| |||| |||| |||| |||| 84
|||| |||| |||| |||| |||80
|||| |||| |||| |||| ||76
|||| |||| |||| |||| |72
|||| |||| |||| |||| 68|||| |||| |||| |||64 単一 LAN; SLAAC
のデフォルト プレフィックス サイズ
|||| |||| |||| ||60 一部の (非常に限定された) 6rd展開 (/60 = 16 /64 ブロック)
|||| |||| |||| |56 最小エンドサイトの割り当て。[19]例：ホームネットワーク（/56 = 256 /64ブロック）
|||| |||| |||| 52 /52 ブロック = 4096 /64 ブロック
|||| |||| |||48 大規模サイトの一般的な割り当て (/48 = 65536 /64 ブロック)
|||| |||| ||44
|||| |||| |40
|||| |||| 将来的に考えられるローカルインターネットレジストリ（LIR）のエクストラスモール割り当ては36個
|||| |||32 LIR 最小割り当て
|||| ||28 LIR 媒体割り当て
|||| |24 LIR 大規模割り当て
|||| 20 LIR 特大割り当て
|||16
||IANAからの12の   地域インターネットレジストリ（RIR）割り当て[22]
|8
4

位相的には、CIDR で記述されるサブネットのセットは、対応するアドレス空間のカバーを表します。 表記法で記述される間隔は、数値的には形式 （IPv4 の場合） のアドレスに対応します。ここで、の下位ビットは 0 に設定されています。 （IPv6 の場合は 128 に置き換えてください。） が固定されている場合、すべてのサブネットのセットはパーティション、つまり重複しないセットのカバーを構成します。 を大きくすると、より細かいサブパーティションが生成されます。したがって、2 つのサブネットと は、互いに素であるか、一方が他方のサブネットであるかのいずれかです。 ${\displaystyle X/n}$${\displaystyle [x\cdot 2^{32-n},x\cdot 2^{32-n}+2^{32-n}-1]}$${\displaystyle X=x\cdot 2^{32-n}}$${\displaystyle n}$${\displaystyle n}$${\displaystyle X/n}$${\displaystyle n}$${\displaystyle X/n}$${\displaystyle Y/m}$

CIDR は、きめ細かなルーティング プレフィックスの集約を提供します。たとえば、ネットワーク プレフィックスの最初の 20 ビットが一致する場合、16 個の連続した/ 24ネットワークを集約し、単一の/ 20 ルーティング テーブルエントリとしてより大きなネットワークにアドバタイズできます。これにより、アドバタイズする必要があるルートの数が削減されます。

• インターネット プロトコル スイート

• クラスレス IN-ADDR.ARPA 委任。1998 年 3 月。doi : 10.17487/ RFC2317。RFC 2317 。
• CIDR とクラスフル ルーティング。1995 年 8 月。doi : 10.17487 / RFC1817。RFC 1817 。

• CIDR レポート (毎日更新)