Chapter 2. Extending IP Addresses

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Chapter 2.Extending IP Addresses

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Table of Contents

• Current Challenges in IP Addressing• IP Addressing Solutions• Hierarchical Addressing• Variable-Length Subnet Masks• Route Summarization• Classless Interdomain Routing• Using IP Unnumbered Serial Interfaces• Using Helper Addresses• Summary

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Current Challenges in IP Addressing

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IP address 고갈로 인한 문제 Routing table 이 커지는 문제 : 70,000 Route(1999 년말 현재 )

U N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y

Internet

IP Addressing Issues

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• 인터넷이 1981 년에 태동된 이래로 매년 폭발적인 성장을 거듭하자 1992 년에 이르면서 , 인터넷의 라우팅 시스템의 확장성에 관한 심각한 염려가 IETF 에서 제기되었다 . 이러한 확장성 문제는 다음에 관련된다 . – 클래스 B 네트워크 주소 공간의 고갈 예상 – 클래스 C 주소가 할당되면서 글로발 인터넷의 라우팅 테이블 규모의 증대 – 32 비트 IPv4 주소의 궁극적인 고갈

• 그때까지의 인터넷의 성장 속도에 비추어서 위 세 항중 처음 두 항은 1994 년 내지 1995 년이 되면 치명적인 문제가 될 것으로 판단한 IETF는 “ Supernetting” 또는 “ Classless Inter-Domain Routing (CIDR)” 라는 새로운 개념을 도입하고 1993 년 9 월에 이를 표준화하였다 [rfc1517, 1518, 1519,1520]. 세번째 문제에 대한 궁극적인 또한 보다 장기적인 측면에서 해결책으로 128 비트의 주소 공간을 사용하는 IPv6 에 관해 IP Next Generation (IPng or IPv6) WG 에서 현재 연구가 진행중이다 .

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IP Addressing Solutions

• IP Addressing and Subnetting

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Subnet masking (RFCs 950, 1812) August 1985 Address allocation for private Internets(RFC 1918) February 1

996 Network Address Translation (NAT, RFC 1631) May 1994 Hierarchical addressing Variable-length subnet masks (VLSM, RFC 1812 ) June 1995 Route summarization(RFC 1518) September 1993 Classless interdomain routing(CIDR, RFC 1518, 1519, 2050)

September 1993 ~ November 1996

IP Address Solution

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Subnetting Overview

네트워크 바운다리를 오른쪽으로 이동시키면 (Subnet Mask 를 오른 쪽으로 확장 시키면 ) 추가적인 Subnet 을 만들어 진다 . 네트워크 당 Host 수는 줄어 든다 .

formula 2n : n 은 확장 bit 의 수이며 2n 개의 서브넷이 추가로 만들어 진다 .

ip subnet-zero : 2n-2 개의 서브넷수가 아니라 2n 개의 서브넷수를 모두 사용할 수 있게 한다 . subnet-zero 는 모든 Vendor 가 지원하는 것은 아니며 , Cisco 의 경우는 지원한다 .

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IP Address Classes

IP address 와 Subnet Mask 는 dotted decimal 형태로 표시 된다 . IP Address 의 첫번째 Octet 의 Decimal 값은 Default Class 를

결정한다 .

• 001 - 126 = Class A• 128 - 191 = Class B• 192 - 223 = Class C• 224 - 239 = Class D• 240 - 254 = Class E

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IP 주소 유형 (class)

0 16 8 24 31

Class A

Class B

Class C

Class D

Class E

0

1 0

1 1 0

1 1 1

1 1 1

0

1

Multicast address

Reserved

Network id Host id

Network id Host id

Host idNetwork id

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특별한 목적으로 예약된 IP Address

• Net ID 부분의 예약: Network number 부분의 bit 값이 모두 ‘ 0’ 이거나 , ‘1’ 인것은 이용하지 않는다 .– Class A : 0 (00000000) 과 127 (01111111)

* 여기서 127 은 loopback 과 내부 test 용으로 사용한다 .– Class B : 128.0 (1000000.00000000) 과 191.255 (10111111.1111111

1)– Class C : 192.0.0 (11000000.00000000.00000000) 과

223.255.255 (11011111.11111111.11111111)• Host ID 부분의 예약

: Host number 부분의 모든 bit 값이 ‘ 0’ 이거나 ‘ 1’ 인것은 이용하지 않는다 .– Host ID 가 모두 ‘ 0’ 인것 : 해당 Network 을 대표하는 host number– Host ID 가 모두 ‘ 1’ 인것 : 해당 Network 에 존재하는 모든 host 를 지칭 .

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Address Class Usage

Address classes A, B, C 는 Internet 에서 Host 및 Network Address로 사용 된다 .

Class D multicast address 중 일부는 routing protocol 에 의해서 사용된다 .

• OSPF : 224.0.0.5(DR Other), 224.0.0.6(DR, BDR)• RIPv2 : 224.0.0.9• EIGRP: 224.0.0.10

Class D multicast addresse 는 Videoconferencing 등 Application에서 사용하는 그룹 Address 로 사용된다 .

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Hierarchical Addressing

• Planning an IP Address Hierarchy• Benefits of Hierarchical Addressing

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Route Table Entry 의 수를 줄인다 . 여러 개의 Subnet Address 를 Summarize 할 수 있다 . => CPU Cycle 및 사용되는 메모리를 줄일 수 있다 .=> 빠른 Convergence 를 가져 온다 . 효율적인 IP Address 를 사용하여 IP Address 낭비를 줄일 수

있다 .

Hierachical Addressing Benifits

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10.0.0.0

10.2.0.0/16

10.3.0.0/16

10.254.0.0/16

10.252.0.0/16

10.253.0.0/16

10.1.0.0/16

….

10.1.2.0/24

10.1.1.0/24

10.1.254.0/24

10.1.253.0/24

10.253.64.0/19

10.253.32.0/19

10.253.192.0/19

10.253.160.0/19

10.1.253.64/27

10.1.253.32/27

10.1.253.192/27

10.1.253.160/27

….….

….

Hierachical Addressing

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Variable-Length Subnet Masks

• VLSM Overview• Calculating VLSMs• A Working VLSM Example

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172.16.14.32/27

172.16.14. 64/27

172.16.14.96/27

CC

BB

AA

HQHQ

172.16.1.0/24

172.16.2.0/24

HQHQ 172.16.0.0/16

172.16.14.136/30

172.16.14.132/30

172.16.14.140/30

VLSM(Variable Length Subnet Mask)

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Subnetted Address: 172.16.32.0/20In Binary 10101100. 00010000.00100000.00000000

VLSM Address: 172.16.32.0/26In Binary 10101100. 00010000.00100000.00000000

1st subnet: 10101100 . 00010000 .0010 0000.00 000000=172.16.32.0/26172 . 16 .0010 0000.01 000000=172.16.32.64/26172 . 16 .0010 0000.10 000000=172.16.32.128/26172 . 16 .0010 0000. 1 000000=172.16.32.192/26172 . 16 .0010 0001.00 000000=172.16.33.0/26

Network Subnet VLSM Subnet

Host

1

2nd subnet:3rd subnet:4th subnet:5th subnet:

Calculating VLSM

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172.16.33.0/30

172.16.33.4/30

172.16.33.8/30

172.16.33.12/30

Derived from the 172.16.33.0/26 Subnet

30-Bit Mask(2 Hosts)

172.16.32.0/26

172.16.32.64/26

172.16.32.128/26

172.16.32.192/26

26-Bit Mask(62 Hosts)

Derived from the 172.16.32.0/20 Subnet

VLSM Example

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Route Summarization

• Route Summarization Overview• Summarizing Within an Octet• Summarizing Addresses in a VLSM-Designed Network• Route Summarization Implementation• Route Summarization Operation in Cisco Routers• Summarizing Routes in a Discontiguous Network• Route Summarization Summary

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I can route to the 172.16.0.0/16 network.

Routing Table172.16.0.0/16

BB

Routing Table172.16.25.0/24172.16.26.0/24172.16.27.0/24

172.16.27.0/24

172.16.26.0/24

172.16.25.0/24

AA

Route Summarization

Routing Protocol 은 여러 개의 Subnet 을 하나의 Route 로 Summarize 할 수 있다 .

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23

24

172.16.168.0/24 = 10101100 . 00010000 . 10101 000 . 00000000

Number of Common Bits = 21Summary: 172.16.168.0/21

Noncommon Bits = 11

172.16.169.0/24 = 172 . 16 . 10101 001 . 0

172.16.170.0/24 = 172 . 16 . 10101 010 . 0

172.16.171.0/24 = 172 . 16 . 10101 011 . 0

172.16.172.0/24 = 172 . 16 . 10101 100 . 0

172.16.173.0/24 = 172 . 16 . 10101 101 . 0

172.16.174.0/24 = 172 . 16 . 10101 110 . 0

172.16.175.0/24 = 172 . 16 . 10101 111 . 0

Summarizing

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CorporateNetwork

172.16.0.0/16

172.16.64.0/20

172.16.128.0/20

172.16.32.64/26

172.16.32.0/24

172.16.128.0/20

172.16.32.128/26

AA

BB

CC

DD172.16.64.0/20

Summarizing Address in VLSM Network

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여러 개의 IP addresse 가 동일한 highest-order bit를 가져야 한다 .

Routing decision 이 Longest Match 로 이루어 져야 한다.

Routing protocol 이 Prefix (subnet mask) Length 를 전달할 수 있어야 한다 .

Summarization Implementation

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172.16.5.33 /32        Host172.16.5.32 /27 Subnet172.16.5.0 /24 Network172.16.0.0 /16 Block of Networks0.0.0.0 /0 Default

172.16.5.33 /32        Host172.16.5.32 /27 Subnet172.16.5.0 /24 Network172.16.0.0 /16 Block of Networks0.0.0.0 /0 Default

Route Summarization Operation

Routing Protocol 이 Host-specific route, Network-Specific Route, Default route 를 지원한다 .Router 는 Longest Match 를 지원한다 .

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172.16.5.0255.255.255.0

192.168.14.16255.255.255.240

172.16.6.0255.255.255.0

AA BBCC

RIPv1 Will Advertise Network 172.16.0.0 RIPv1 Will Advertise

Network 172.16.0.0

Summarizing Routes in Discontiguous Network

RIPv1 과 IGRP 는 Subnet Mask 정보를 넘기지 않아서 불연속적인 Subnet(discontiguous subnet) 을 지원하지 않는다 . ( 업데이트 되는 네트워크 정보가 Receiving Interface 의 네트워크와 동일한 Major 네트워크인 경우 , 업데이트하는 라우터는 네트워크에 대한 정보를 업데이트 할 때 , Receiving Interface 에 적용된 서브넷마스크와 동일한 서브넷마스크를 적용하여 Update 정보를 보낸다 .=> Subnet Mask 정보가 바르게 전달되지 않는다 .)

OSPF, EIGRP,RIP v.2 등은 Subnet Mask 정보를 넘기기 때문에 불연속적인 Subnet(discontiguous subnet) 을 지원한다 .

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172.16.5.0/24

172.16.7.0/24

192.168.14.16255.255.255.240

EIGRP Advertises 172.16.0.0/16 EIGRP Advertises

172.16.0.0/16

172.16.6.0/24

172.16.9.0/24AA BBCC

Summarizing Routes in Discontiguous Network

Router A 와 B 의 EIGRP 는 summarized route 인 172.16.0.0/16을 Auto Summarize 하여 라우터 C 로 Update 한다 .Router C 는 172.16.0.0/16 에 대하여 두개의 Route 를 Update 받게 된다 . Router A, B 에서 Route Auto-Summarize 를 Disable 시켜야 한다 . (no auto-summary 명령을 사용한다 .)

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Classless Interdomain Routing

• CIDR Example

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IP Address 의 고갈을 막고 , Routing Table Size 를 줄이기 위해서 개발된 Mechanism 이다 .

Class C addresse 의 Block 이 ISP 에 할당이 되고 , ISP 는 기관 및 조직에 Address 의 Subset 을 할당 한다 .

Address Block 들은 routing table 에서 summarize 된다.

CIDR(Classless Interdomain Routing)

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HQHQ

HH

BB

192.168.8.0/24

192.168.9.0/24

192.168.15.0/24

AA

192.168.8.0/21

192.168.15.0/24

192.168.8.0/24

192.168.9.0/24

CIDR Example

192.168.8.0/24 에서 192.168.15.0/24 네트워크는 HQ Router 에서 192.168.8.0/21 이라는 하나의 네트워크로 Summarize 된다 .

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Using IP Unnumbered Serial Interface

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IP Unnumbered Command

•X.25, SMDS(Switched Multimegabit Data Service) interface 는 ip unnumbered 가 지원되지 않는다 .•HDLC, PPP, SLIP, Frame Relay 등은 물론 지원한다 .•Ping 으로 ip unnumbered 를 사용한 Interface 의 Availability 를 확인할 수 없다 .SNMP 를 사용하여 확인할 수 있다 .•ip unnumbered 인터페이스가 의존하는 인터페이스는 up 이 되어 있어야 한다 . (Loopback Interface 를 사용하면 Interface Down 을 방지 할 수 있다 .)

Rstrictions on unnumbered interfaces

ip unnumbered interface_type interface_number

Serial Interface에 명시적인 IP Address를 할당하지 않고도 IP processing이 가능하게 한다 .IP Address를 절약할 수 있다 .

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interface Ethernet0 ip address 10.1.1.1 255.255.255.0!interface Serial0 ip unnumbered Ethernet0

10.1.1.1

S0E0

A

IP Unnumbered Example

Serial 0 는 자신의 Source Address 로 Ethernet 0 의 IP address 를 사용하고 있다 . IP Unnumbered 를 사용하면서 Routing 정보를 제대로 교환하기 위해서는 각 라우터의 Loopback Address 를 포함한 모든 네트워크를 Router Configuration Mode 에서 선언한다 .

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IP Unnumbered Example

168.71.5.1

255.255.255.0

S0E0

A 168.71.8.17

255.255.255.240

E0AB

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IP Unnumbered Example

168.71.5.1

255.255.255.0

S0E0

A 168.72.8.1

255.255.255.0

E0AB

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Using Helper Addresses

• Server Location• IP Helper Address Configuration• IP Helper Address Examples

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Helper Addressing Overview

DisklessWorkstation

BOOTPServer

Router 는 Default 로 Broadcast(255.255.255.255) 를 Forward 시키지 않는다 .Helper Address 는 선택적인 Broadcast Forwarding 을 가능하게 한다 . (no) ip direct-broadcast 는 다른 subnet 에 대한 브로드캐스트를 다른 서브넷으로 넘길지의 여부를 결정한다 .

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Unicast

Broadcast

Broadcast

Looking for boot server.

DisklessWorkstation

BOOTPServer

Helper Address

DHCP, BootP 등의 경우 , client 는 서버의 IP Address 를 모르는 상태에서 Broadcast 를 사용한 Processing 으로 소기의 목적 (여기서는 IP Address 할당 )을 달성한다 .Boradcast 는 Router 에서 차단되므로 다른 Subnet 에 서버가 있는 경우는 Processing 이 불가능 해진다 .Helper Address 는 브로드캐스트 Packet 을 받아 다른 서브넷에 있는 서버에 대한 Unicast 또는 다른 Subnet 으로의 Broadcast 로 변환하여 Forward 시킨다 .

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Server Location

Host Server

Host

Host ServerServer

Server

Server

Single server 가 하나의 Remote Subnet 에 있는 경우

Multiple Server 가 하나의 Remote Subnet 에 있는 경우

Multiple Server 가 여러 Remote Subnet에 있는 경우

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IP Helper Address Commands

Router(config-if)#ip helper-address forwarding_address

Broadcast Packet Forwarding 을 Enable 시킨다 . forwarding_address 설정에서 Forwarding Destination 을 지정한다 .

Default 로 Main UDP Broadcast Packet(tftp:69, DNS:53,Netbios Name:137, Netbios Datagram:138, BootP Server:67, BootP Cleient:68,TACACS:49, Time:37) 만 지정된 Address 로 Forwarding 된다 .

Packet 의 Destination Address 를 Broadcast(255.255.255.255) 에서 특정 Host 또는 directed Broadcast Address 로 바꾸어 전송한다 .

Router(config)#(no)ip forward-protocol udp [ port ]

Default UDP Port 에 추가 및 제거가 가능하다 .

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BootServer

DisklessWorkstation

172.16.2.2E0

172.16.1.1

interface ethernet 0 ip address 172.16.1.100 255.255.255.0 ip helper-address 172.16.2.2

ip forward-protocol udp 3000no ip forward-protocol udp tftp

IP Broadcast

IP Helper Address Example

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Directed Broadcastto 172.16.2.255

Unicast

(Directed Broadcast and Unicast)

E0

TFTP Server 172.16.3.2

Broadcast

DNS Server 172.16.2.1

BOOTP Server 172.16.2.2

IP Helper Address Example

interface ethernet 0 ip address 172.16.1.100 255.255.255.0 ip helper-address 172.16.2.255 ip helper-address 172.16.3.2

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