Než byl internet vůbec věcí, existovaly počítačové sítě. Tyto sítě používaly IP adresy totožné s těmi, které se používají dnes. Tyto sítě byly propojeny přes ARPANET, který se nakonec vyvinul v to, co je nyní Internet. V těchto raných dobách počítačových sítí byly rozsah a popularita internetu v podstatě nepředstavitelné. Mnoho moderních technologií, které považujeme za samozřejmé, prostě neexistovalo. Kvůli tomu a dobovým předpokladům byly rozdány obrovské dávky IP adres.
Jak ARPANET stále rostl, bylo rozhodnuto, že současný systém předávání adres v blízké budoucnosti narazí na problémy s vyčerpáním adresního prostoru. Třídní vytváření sítí bylo prvním pokusem oddálit problém řešení vyčerpání prostoru. Abychom porozuměli tomu, co je to třídní síť a jak funguje, je důležité porozumět systémům, které jsou jejich základem, především adresám IPv4.
Struktura IP adresy
IP adresa je jedinečná adresa internetového protokolu používaná k přímému síťovému provozu přes internet. IPv4 je hlavní schéma adresování. Adresy IPv4 se obecně zobrazují v tečkovaném čtyřčíslí, aby byly čitelné pro člověka. IP adresa může vypadat například takto „192.168.0.1“. Každá IP adresa má čtyři části, oddělené tečkami, odtud termín – tečkovaná čtveřice. Označuje se však také jako tečka-desetinný zápis.
Ve skutečnosti však počítače tento formát ve skutečnosti nepoužívají. Jako vše, čím se počítače zabývají, jsou IP adresy používány binárně. V případě IPv4 adres je každá ze čtyř sekcí, známá jako oktet, reprezentována 8 binárními číslicemi. Výše uvedená adresa je skutečně „11000000.10101000.00000000.00000001“ v binární podobě.
Jednou z klíčových věcí na tom je, že protože každý oktet je reprezentován pouze 8 binárními bity, musí být pro člověka čitelná čísla mezi 0 a 255. To znamená, že existuje maximálně 255*255*255*255 nebo 4 294 967 296 možných IP adres. Zatímco čtyři miliardy možných IP adres se pravděpodobně zdají být hodně, to je méně než jedna IP adresa na osobu, která je momentálně naživu. Většina lidí v západním světě má více než jedno zařízení připojené k internetu.
Sítě třídy A a rané předpoklady
V počátcích počítačových sítí se předpokládalo, že nebude mnoho sítí. Neexistovala žádná domácí internetová připojení a dokonce ani domácí počítače. Velké společnosti, vzdělávací instituty a vládní úřady byly jedinými místy s nějakou sítí. Předpokládalo se, že všechny tyto sítě budou pravděpodobně významně růst. Naproti tomu celkový počet sítí by zůstal relativně malý. Tento předpoklad nebyl zavádějící ani s tehdejšími informacemi, protože IBM PC, první domácí počítač, ještě nebyl vydán.
Společnosti jako Apple, Ford a AT&T získaly velké dávky adres. Americké ministerstvo obrany získalo více než tucet velkých dávek adres. Apple dostal 17.0.0.0, Ford dostal 19.0.0.0, AT&T dostal 12.0.0.0, zatímco DOD dostal 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 a další. Každá z těchto sítí přiřadila každou IP adresu začínající prvním číslem (17, 7, 19 atd.) příslušným společnostem. To znamenalo, že každá síť mohla podporovat 16 777 216 jednotlivých IP adres. Znamenalo to také, že bylo celkem 255 možných sítí.
To byl velký problém, protože počítačové sítě rostly v popularitě a bylo jasné, že 255 sítí nebude stačit k uspokojení poptávky. Naštěstí byl tento problém zjištěn dostatečně brzy na to, aby byla vyvinuta oprava. První oprava se jmenovala classful networking a byla představena v roce 1981. Mimochodem, toto je stejný rok, kdy byl vydán IBM PC. Osobní počítač a domácí připojení k internetu by brzy zvýšily tlak na adresní prostor.
Třídy
Myšlenka třídního networkingu je rozdělit tyto masivní sítě na mnoho menších. Původní obrovské sítě byly překlasifikovány na sítě třídy A. Byly také vytvořeny nové třídy B a C, zatímco další část byla vyčleněna jako vyhrazená pro budoucí použití. Nejjednodušší způsob, jak oddělit třídy, je, že třída A zabírá první polovinu všech adres. Třída B pak vezme polovinu zbývajících adres a třída C získá polovinu adres po třídě B. Zbytek adresního prostoru je vyhrazen.
V praxi to znamená, že jakákoli IP adresa, kde první oktet měl číslo nižší než 128, je sítí třídy A. Síť třídy B je jakákoli adresa, kde je první oktet mezi 128 a 191. Jakákoli síť, kde je první oktet mezi 192 a 223, je sítí třídy C. A vše začínající na 224 nebo vyšší je vyhrazeno. V binárním vyjádření každá IP adresa třídy A začíná 0. Každá adresa třídy B začíná 10, každá adresa třídy C začíná 110 a rezervovaný prostor začíná 111. To umožňuje snadno určit hranice každé sítě.
To znamená, že celkový prostor pro sítě třídy A je poloviční z původních 256 na 128. Důležité je také to, že nyní existuje 16 384 sítí třídy B, z nichž každá podporuje až 65 536 IP adres, a 2 097 152 sítí třídy C, z nichž každá podporuje 256 IP adres. Rezervovaný prostor na konci adresního prostoru byl později rozdělen do třídy D a třídy E.
Vyhrazený prostor
Bylo rezervováno několik adres na začátku a na konci každé třídy, některé sekce uprostřed byly také rezervovány. Některé, například 0.0.0.0 až 0.255.255.255, nebyly konkrétně použity pro nic, místo toho byly vyhrazeny pro budoucí použití. Další vyhrazené úseky dostaly konkrétní účel. Například jakákoli IP adresa začínající 127 je považována za adresu zpětné smyčky. Síťový provoz se nikdy nepřenese a jednoduše se vrátí zpět k odesílateli, aniž by byl odeslán.
Adresy začínající na 192 byly rezervovány, přičemž 192 168 adres bylo rezervováno pro použití ve vnitřních sítích, což umožnilo použití jakékoli vnitřní sítě. To se používá například v téměř všech domácích sítích, protože poskytuje 256 možných adres. Pro větší případy použití je jakákoli adresa začínající 172.16 až 172.31 také vyhrazena pro interní použití, stejně jako jakákoli síť začínající 10.
Tyto prostory soukromých adres jsou vyhrazeny pouze pro interní použití. Všechna síťová zařízení jsou navržena tak, aby zabránila jakémukoli provozu určenému pro jednu z těchto vyhrazených adres, aby se dostal přes router do jiné sítě. Adresy jsou specifické pro síť, což znamená, že je může používat kdokoli a každý ve svých vlastních interních sítích. Aby to fungovalo, router musí mít veřejnou IP adresu, sledujte, které interní zařízení je požadovat, jaká data z jiné sítě, a zajistit, aby se odpověď vrátila správně přístroj. Tato technika se nazývá NAT nebo Network Address Translation.
Úspěch a neúspěch třídního networkingu
Třídní síťování umožňuje mnohem efektivnější využití prostoru než pouhé přiřazení jednoho 256čt možného adresního prostoru jakékoli společnosti, která o to požádá. Naprostá většina společností, vládních úřadů atd. nepotřebuje 16 777 216 IP adres. Mohou získat mnohem menší počet IP adres, které jim jsou přiděleny, a dělají to dobře.
I když klasický síťový systém vypadá dobře na papíře a je určitě čistý, bohužel naráží na podobné problémy v jiném měřítku. Většina společností je také menší než síť třídy B a nepotřebuje 65 536 možných IP adres. I v polovině 80. a na počátku 90. let však bylo mnoho společností příliš velkých na síť třídy C s pouhými 256 IP adresami. To znamenalo, že společnosti často potřebovaly sítě třídy B, i když potřebovaly pouze 300 IP adres. Opět to znamenalo, že adresní prostor byl využíván neefektivně s obrovským množstvím adres vydaných společnostem, které by jej nikdy nevyužily.
Nástupci třídy Classful Networking
Tento problém byl rychle identifikován, a tak byl v roce 1993, pouhých 12 let po zavedení klasického síťového provozu, nahrazen. Jeho náhrada se nazývala Classless Inter-Domain Routing neboli CIDR (vyslovený cider). CIDR umožňoval mnohem větší konfigurovatelnost v počtu vydaných adres. Umožňuje, aby sítě byly definovány každým binárním bitem, nikoli každým oktetem. Toto řešení se dodnes používá, i když masivní nárůst počtu zařízení připojených k internetu nyní zcela vyčerpal adresní prostor IPv4 i při použití této efektivnější techniky adresování.
Řešením je přechod na IPv6, který poskytuje mnohem větší adresní prostor, přesněji 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 možných adres. To je zhruba 340 bilionů bilionů bilionů, což je mnohem více než 4,3 miliardy lichých IPv4 adres. Naneštěstí, navzdory naléhavosti vyvolané hrozícím a nyní přítomným vyčerpáním adresního prostoru IPv4, je podpora IPv6 stále útržkovitá. To je však způsobeno především starším hardwarem.
Závěr
Třídní síťování bylo prvním pokusem o zlepšení efektivity přidělování IP adres. Podařilo se oddálit vyčerpání adresního prostoru IPv4 na 12 let, co fungoval. Byl nahrazen CIDR, což bylo z dlouhodobého hlediska úspěšnější řešení.
Některá dědictví prvotřídních sítí žijí dál a mnoho společností má stále třídu B nebo dokonce několik má přiřazeny sítě třídy A, které nemohou efektivně využít. Dokonce i pokus o to představuje určité bezpečnostní riziko, protože jakýkoli stroj používající jednu z těchto IP adres by byl veřejně adresovatelný bez firewallu. V notaci CIDR je síť třídy A /8, síť třídy B je /16 a síť třídy C je /24.