Преди интернет изобщо да съществува, съществуваха компютърни мрежи. Тези мрежи са използвали IP адреси, идентични с използваните днес. Тези мрежи бяха свързани помежду си чрез ARPANET, която в крайна сметка се превърна в това, което сега е Интернет. В тези ранни дни на компютърните мрежи мащабът и популярността на Интернет бяха по същество немислими. Много от съвременните технологии, които приемаме за даденост, просто не съществуват. Поради това и предположенията на времето бяха раздадени огромни партиди IP адреси.
Тъй като ARPANET продължи да расте, беше определено, че съвременната система за раздаване на адреси ще се сблъска с проблеми с изчерпването на адресното пространство в близко бъдеще. Класовата мрежа беше първият опит за забавяне на проблема с изчерпването на пространството. За да разберете какво е класова мрежа и как работи, е важно да разберете системите, които са в основата й, предимно IPv4 адреси.
Структура на IP адреса
IP адресът е уникален адрес на интернет протокол, използван за насочване на мрежовия трафик през интернет. IPv4 е основната схема за адресиране. IPv4 адресите обикновено се показват в нотация с четири точки, за да бъдат четими от хора. Например IP адрес може да изглежда така „192.168.0.1“. Всеки IP адрес има четири секции, разделени с точки, оттук и терминът – четириъгълник с точки. Въпреки това, той също се нарича десетична нотация с точка.
В действителност обаче компютрите всъщност не използват този формат. Както всичко, с което работят компютрите, IP адресите се използват в двоичен формат. В случай на IPv4 адреси, всяка от четирите секции, известни като октет, е представена от 8 двоични цифри. Горният адрес наистина е „11000000.10101000.00000000.00000001“ в двоичен код.
Едно от ключовите неща за това е, че тъй като всеки октет е представен само от 8 двоични бита, четливите за човека числа трябва да са между 0 и 255. Това означава, че има най-много 255*255*255*255 или 4 294 967 296 възможни IP адреса. Докато четири милиарда възможни IP адреса вероятно изглеждат много, това е по-малко от един IP адрес на човек, който е жив в момента. Повечето хора в западния свят имат повече от едно устройство, свързано с интернет.
Мрежи от клас А и ранни предположения
В ранните дни на компютърните мрежи се предполагаше, че няма да има много мрежи. Нямаше домашни интернет връзки или дори домашни компютри. Големи компании, образователни институти и държавни служби бяха единствените места с мрежи. Предполага се, че е вероятно всички тези мрежи да нараснат значително. Обратно, общият брой на мрежите ще остане сравнително малък. Това предположение дори не беше подведено с информацията по онова време, тъй като IBM PC, първият домашен компютър, все още не беше пуснат.
Компании като Apple, Ford и AT&T получиха големи партиди от адреси. Министерството на отбраната на САЩ получи повече от дузина големи партиди адреси. Apple получи 17.0.0.0, Ford получи 19.0.0.0, AT&T получи 12.0.0.0, докато DOD получи 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 и др. Всяка от тези мрежи присвои всеки IP адрес, започващ с първото число (17, 7, 19 и т.н.), на съответните компании. Това означаваше, че всяка мрежа може да поддържа 16 777 216 индивидуални IP адреса. Това също означаваше, че има общо 255 възможни мрежи.
Това беше големият проблем, тъй като популярността на компютърните мрежи нарасна, стана ясно, че 255 мрежи няма да са достатъчни, за да задоволят търсенето. За щастие този проблем беше забелязан достатъчно рано, за да бъде разработена корекция. Първата корекция се нарича класова мрежа и е въведена през 1981 г. Между другото, това е същата година, в която беше пуснат IBM PC. Персоналните компютри и домашните интернет връзки скоро ще увеличат натиска върху адресното пространство.
Класовете
Идеята на класовата мрежа е да раздели тези масивни мрежи на много по-малки. Първоначалните огромни мрежи бяха прекласифицирани като мрежи от клас А. Новите класове B и C също бяха създадени, докато друг раздел беше отделен като запазен за бъдеща употреба. Най-лесният начин за разделяне на класовете е, че клас А заема първата половина от всички адреси. След това клас B взема половината от останалите адреси, а клас C получава половината от адресите след клас B. Останалата част от адресното пространство е запазена.
На практика това означава, че всеки IP адрес, където първият октет има число под 128, е мрежа от клас А. Мрежа от клас B е всеки адрес, при който първият октет е между 128 и 191. Всяка мрежа, в която първият октет е между 192 и 223, е мрежа от клас C. И всичко, започващо с 224 или по-високо, е запазено. В двоични термини всеки IP адрес от клас A започва с 0. Всеки адрес от клас B започва с 10, всеки адрес от клас C започва със 110, а запазеното място започва с 111. Това прави лесно определянето на границите на всяка мрежа.
Това означава, че общото пространство за мрежи от клас А е намалено наполовина от първоначалните 256 на 128. Важно е също така, че сега има 16 384 мрежи от клас B, които поддържат до 65 536 IP адреса всяка, и 2 097 152 мрежи от клас C, които поддържат 256 IP адреса всяка. Запазеното пространство в края на адресното пространство по-късно беше разделено на клас D и клас E.
Запазено място
Редица адреси в началото и края на всеки клас бяха запазени, като някои секции в средата също бяха запазени. Някои, като 0.0.0.0 до 0.255.255.255, не бяха специално използвани за нищо, вместо това бяха запазени за бъдеща употреба. Други запазени секции получиха конкретно предназначение. Например всеки IP адрес, който започва с 127, се третира като обратен адрес. Мрежовият трафик никога не се предава и просто се връща обратно към подателя, без да бъде изпратен.
Адресите, започващи с 192, бяха запазени, като 192.168 адреса бяха запазени за използване във вътрешни мрежи, позволявайки на всяка вътрешна мрежа да ги използва. Това се използва в почти всички домашни мрежи, например, тъй като предоставя 256 възможни адреса. За по-големи случаи на употреба всеки адрес, започващ с 172.16 до 172.31, също е запазен за вътрешна употреба, както и всяка мрежа, започваща с 10.
Тези частни адресни пространства са запазени само за вътрешна употреба. Цялото мрежово оборудване е проектирано да предотвратява трафика, предназначен за един от тези запазени адреси, да премине през рутер към друга мрежа. Адресите са специфични за мрежата, което означава, че всеки може да ги използва в собствените си вътрешни мрежи. За да работи това, рутерът трябва да има публичен IP адрес, следете кое вътрешно устройство е искане на какви данни от друга мрежа и се уверете, че отговорът се връща вдясно устройство. Тази техника се нарича NAT или превод на мрежови адреси.
Успех и провал на класовата мрежа
Класовата работа в мрежа позволява много по-ефективно използване на пространството, отколкото просто задаване на един 256th от възможното адресно пространство на всяка компания, която го поиска. По-голямата част от компаниите, държавните служби и т.н. не се нуждаят от 16 777 216 IP адреса. Те могат да получат много по-малък брой IP адреси, присвоени им и да се справят добре.
Въпреки че класовата мрежова система изглежда добре на хартия и със сигурност е чиста, за съжаление тя се натъква на подобни проблеми в различен мащаб. Повечето компании също са по-малки от мрежа от клас B, не се нуждаят от 65536 възможни IP адреса. Дори в средата на 80-те и началото на 90-те обаче много компании бяха твърде големи за мрежа от клас C само с 256 IP адреса. Това означаваше, че компаниите често се нуждаеха от мрежи от клас B, дори ако се нуждаеха само от 300 IP адреса. Отново това означаваше, че адресното пространство се използва неефективно с огромни групи адреси, издадени на компании, които никога няма да го използват изцяло.
Наследници на Classful Networking
Този проблем беше бързо идентифициран и така през 1993 г., само 12 години след въвеждането на класова мрежа, той беше заменен. Неговата замяна се нарича безкласово вътрешнодомейново маршрутизиране или CIDR (произнесен сайдер). CIDR позволи много повече възможности за конфигуриране на броя на издадените адреси. Позволява мрежите да бъдат дефинирани от всеки двоичен бит, а не от всеки октет. Това решение все още се използва днес, въпреки че масовият растеж на устройствата, свързани с интернет, вече е изчерпал напълно IPv4 адресното пространство дори с тази по-ефективна техника за адресиране.
Решението за това е преминаването към IPv6, което осигурява много по-голямо адресно пространство, 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 възможни адреса, за да бъдем точни. Това е приблизително 340 трилиона трилиона трилиона, което е много повече от странните 4,3 милиарда IPv4 адреса. За съжаление, въпреки спешността, предизвикана от предстоящото и вече настоящо изчерпване на IPv4 адресното пространство, поддръжката на IPv6 все още е оскъдна. Това обаче се дължи главно на наследения хардуер.
Заключение
Класовата мрежа беше ранен опит за подобряване на ефективността на разпределението на IP адреси. Той успя да забави изчерпването на IPv4 адресното пространство за 12-те години, през които беше на мястото си. Той беше заменен от CIDR, което беше по-успешно дългосрочно решение.
Някои наследства от класова мрежа продължават да съществуват, като много компании все още имат клас B или дори някои имат мрежи от клас A, които не могат да използват ефективно. Всъщност дори опитът да се направи това представлява донякъде риск за сигурността, тъй като всяка машина, използваща един от тези IP адреси, би била публично адресируема без защитна стена. В CIDR нотация мрежа от клас A е /8, мрежа от клас B е /16, а мрежа от клас C е /24.