Bevor es das Internet überhaupt gab, gab es Computernetzwerke. Diese Netzwerke verwendeten IP-Adressen, die mit den heute verwendeten identisch sind. Diese Netzwerke wurden über das ARPANET miteinander verbunden, das sich schließlich zum heutigen Internet entwickelte. In diesen frühen Tagen der Computervernetzung waren Umfang und Popularität des Internets im Grunde unvorstellbar. Viele der modernen Technologien, die wir für selbstverständlich halten, gab es einfach nicht. Aus diesem Grund und den Annahmen der damaligen Zeit wurden riesige Stapel von IP-Adressen verteilt.
Als das ARPANET weiter wuchs, wurde festgestellt, dass das gegenwärtige System zum Verteilen von Adressen in naher Zukunft auf Probleme mit der Erschöpfung des Adressraums stoßen würde. Classful Networking war der erste Versuch, das Problem der Platzerschöpfung zu verzögern. Um zu verstehen, was Classful Networking ist und wie es funktioniert, ist es wichtig, die Systeme zu verstehen, die ihm zugrunde liegen, hauptsächlich IPv4-Adressen.
IP-Adressstruktur
Eine IP-Adresse ist die eindeutige Internet Protocol-Adresse, die verwendet wird, um den Netzwerkverkehr über das Internet zu leiten. IPv4 ist das wichtigste Adressierungsschema. IPv4-Adressen werden im Allgemeinen in der Dotted-Quad-Notation angezeigt, damit sie für Menschen lesbar sind. Eine IP-Adresse kann beispielsweise so aussehen: „192.168.0.1“. Jede IP-Adresse hat vier Abschnitte, die durch Punkte getrennt sind, daher der Begriff – gepunktetes Quad. Sie wird jedoch auch als Punkt-Dezimal-Notation bezeichnet.
In Wirklichkeit verwenden Computer dieses Format jedoch nicht. Wie alles, womit Computer zu tun haben, werden IP-Adressen binär verwendet. Bei IPv4-Adressen wird jeder der vier als Oktett bezeichneten Abschnitte durch 8 Binärziffern dargestellt. Die obige Adresse ist wirklich „11000000.10101000.00000000.00000001“ in Binärform.
Eines der wichtigsten Dinge dabei ist, dass die menschenlesbaren Zahlen zwischen 0 und 255 liegen müssen, da jedes Oktett nur durch 8 binäre Bits dargestellt wird. Das bedeutet, dass es maximal 255*255*255*255 oder 4.294.967.296 mögliche IP-Adressen gibt. Während vier Milliarden mögliche IP-Adressen wahrscheinlich viel erscheinen, ist das weniger als eine IP-Adresse pro derzeit lebender Person. Die meisten Menschen in der westlichen Welt haben mehr als ein mit dem Internet verbundenes Gerät.
Klasse-A-Netzwerke und frühe Annahmen
In den frühen Tagen der Computervernetzung ging man davon aus, dass es nicht viele Netzwerke geben würde. Es gab keine Heiminternetverbindungen oder sogar Heimcomputer. Große Unternehmen, Bildungseinrichtungen und Regierungsbehörden waren die einzigen Orte mit Netzwerken. Für alle diese Netzwerke wurde ein erhebliches Wachstum angenommen. Im Gegensatz dazu würde die Gesamtzahl der Netzwerke relativ klein bleiben. Diese Annahme war mit den damaligen Informationen nicht einmal falsch, da der IBM PC, der erste Heimcomputer, noch nicht erschienen war.
Unternehmen wie Apple, Ford und AT&T bekamen große Stapel von Adressen. Das US-Verteidigungsministerium erhielt mehr als ein Dutzend große Stapel von Adressen. Apple erhielt 17.0.0.0, Ford erhielt 19.0.0.0, AT&T erhielt 12.0.0.0, während das DOD 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 und mehr erhielt. Jedes dieser Netzwerke hat jede IP-Adresse beginnend mit der ersten Zahl (17, 7, 19 usw.) den jeweiligen Unternehmen zugeordnet. Dies bedeutete, dass jedes Netzwerk 16.777.216 einzelne IP-Adressen unterstützen konnte. Es bedeutete auch, dass es insgesamt 255 mögliche Netzwerke gab.
Dies war das große Problem, denn als Computernetzwerke immer beliebter wurden, wurde klar, dass 255-Netzwerke nicht ausreichen würden, um die Nachfrage zu befriedigen. Glücklicherweise wurde dieses Problem früh genug entdeckt, um eine Lösung zu entwickeln. Der erste Fix hieß Classful Networking und wurde 1981 eingeführt. Übrigens ist dies das gleiche Jahr, in dem der IBM-PC veröffentlicht wurde. Die PC- und Heim-Internetverbindungen würden bald den Druck auf den Adressraum erhöhen.
Die Klassen
Die Idee des Classful Networking besteht darin, diese riesigen Netzwerke in viele kleinere aufzuteilen. Die ursprünglichen riesigen Netzwerke wurden in Klasse-A-Netzwerke umklassifiziert. Die neuen Klassen B und C wurden ebenfalls geschaffen, während ein weiterer Abschnitt für die zukünftige Verwendung reserviert wurde. Der einfachste Weg, die Klassen zu trennen, besteht darin, dass Klasse A die erste Hälfte aller Adressen einnimmt. Klasse B übernimmt dann die Hälfte der verbleibenden Adressen und Klasse C erhält die Hälfte der Adressen nach Klasse B. Der Rest des Adressraums ist reserviert.
In der Praxis bedeutet dies, dass jede IP-Adresse, bei der das erste Oktett eine Zahl unter 128 hat, ein Klasse-A-Netzwerk ist. Ein Klasse-B-Netzwerk ist jede Adresse, bei der das erste Oktett zwischen 128 und 191 liegt. Jedes Netzwerk, bei dem das erste Oktett zwischen 192 und 223 liegt, ist ein Klasse-C-Netzwerk. Und alles, was mit 224 oder höher beginnt, ist reserviert. Binär ausgedrückt beginnt jede IP-Adresse der Klasse A mit einer 0. Jede Adresse der Klasse B beginnt mit 10, jede Adresse der Klasse C beginnt mit 110 und der reservierte Platz beginnt mit 111. Dadurch ist es leicht möglich, die Grenzen jedes Netzwerks zu bestimmen.
Damit halbiert sich der Gesamtplatz für Klasse-A-Netze von ursprünglich 256 auf 128. Wichtig ist auch, dass es jetzt 16.384 Klasse-B-Netzwerke gibt, die jeweils bis zu 65.536 IP-Adressen unterstützen, und 2.097.152 Klasse-C-Netzwerke, die jeweils 256 IP-Adressen unterstützen. Der reservierte Platz am Ende des Adressraums wurde später in Klasse D und Klasse E aufgeteilt.
Reservierter Platz
Eine Reihe von Adressen am Anfang und am Ende jeder Klasse wurden reserviert, einige Abschnitte in der Mitte wurden ebenfalls reserviert. Einige, wie 0.0.0.0 bis 0.255.255.255, wurden nicht speziell für irgendetwas verwendet, sondern für die zukünftige Verwendung reserviert. Anderen reservierten Abschnitten wurde ein bestimmter Zweck zugewiesen. Beispielsweise wird jede IP-Adresse, die mit 127 beginnt, als Loopback-Adresse behandelt. Der Netzwerkverkehr wird nie übertragen und prallt einfach an den Absender zurück, ohne gesendet zu werden.
Adressen, die mit 192 beginnen, wurden reserviert, wobei 192.168 Adressen für die Verwendung in internen Netzwerken reserviert sind, sodass sie von jedem internen Netzwerk verwendet werden können. Diese wird beispielsweise in fast allen Heimnetzwerken verwendet, da sie 256 mögliche Adressen bereitstellt. Für größere Anwendungsfälle ist jede Adresse, die mit 172.16 bis 172.31 beginnt, ebenso für die interne Verwendung reserviert wie jedes Netzwerk, das mit 10 beginnt.
Diese privaten Adressräume sind nur für den internen Gebrauch reserviert. Alle Netzwerkgeräte sind so konzipiert, dass sie verhindern, dass Datenverkehr, der für eine dieser reservierten Adressen bestimmt ist, an einem Router vorbei in ein anderes Netzwerk gelangt. Die Adressen sind netzwerkspezifisch, d. h. jeder kann sie in seinen eigenen internen Netzwerken verwenden. Damit dies funktioniert, muss der Router über eine öffentliche IP-Adresse verfügen, um welches interne Gerät es sich handelt welche Daten von einem anderen Netzwerk anfordern und sicherstellen, dass die Antwort wieder richtig ankommt Gerät. Diese Technik wird NAT oder Network Address Translation genannt.
Erfolg und Misserfolg von Classful Networking
Classful Networking ermöglicht eine viel effizientere Nutzung des Speicherplatzes als nur eine 256 zuzuweisenth des möglichen Adressraums an jedes Unternehmen, das danach fragt. Die überwiegende Mehrheit der Unternehmen, Regierungsbehörden usw. benötigt keine 16.777.216 IP-Adressen. Sie können eine viel kleinere Anzahl von IP-Adressen erhalten, die ihnen zugewiesen werden, und es geht gut.
Während das klassische Netzwerksystem auf dem Papier gut aussieht und sicherlich ordentlich ist, stößt es leider auf ähnliche Probleme in einem anderen Maßstab. Die meisten Unternehmen sind auch kleiner als ein Klasse-B-Netzwerk und benötigen keine 65536 möglichen IP-Adressen. Doch selbst Mitte der 80er und Anfang der 90er Jahre waren viele Unternehmen zu groß für ein Klasse-C-Netz mit nur 256 IP-Adressen. Dies bedeutete, dass Unternehmen oft Netzwerke der Klasse B benötigten, selbst wenn sie nur 300 IP-Adressen benötigten. Auch dies bedeutete, dass der Adressraum ineffizient genutzt wurde, da riesige Schwaden von Adressen an Unternehmen vergeben wurden, die ihn niemals vollständig nutzen würden.
Nachfolger von Classful Networking
Dieses Problem wurde schnell erkannt, und so wurde es 1993, nur 12 Jahre nach der Einführung des Classful Networking, ersetzt. Sein Ersatz hieß Classless Inter-Domain Routing oder CIDR (ausgeprägter Apfelwein). CIDR ermöglichte viel mehr Konfigurierbarkeit bei der Anzahl der ausgegebenen Adressen. Ermöglicht die Definition von Netzwerken durch jedes binäre Bit und nicht durch jedes Oktett. Diese Lösung wird auch heute noch verwendet, obwohl das massive Wachstum an mit dem Internet verbundenen Geräten den IPv4-Adressraum selbst mit dieser effizienteren Adressierungstechnik vollständig ausgeschöpft hat.
Die Lösung dafür ist der Wechsel zu IPv6, das einen viel größeren Adressraum bietet, 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 mögliche Adressen, um genau zu sein. Das sind ungefähr 340 Billionen Billionen Billionen, was viel mehr ist als die ungeraden 4,3 Milliarden IPv4-Adressen. Leider ist die IPv6-Unterstützung trotz der Dringlichkeit, die durch die bevorstehende und jetzt gegenwärtige Erschöpfung des IPv4-Adressraums angetrieben wird, immer noch lückenhaft. Dies liegt jedoch hauptsächlich an veralteter Hardware.
Fazit
Classful Networking war ein früher Versuch, die Effizienz der IP-Adresszuweisung zu verbessern. Es war erfolgreich, die Erschöpfung des IPv4-Adressraums in den 12 Jahren, in denen es existierte, zu verzögern. Es wurde durch CIDR ersetzt, das eine erfolgreichere langfristige Lösung war.
Einige Vermächtnisse des Classful Networking leben weiter, da viele Unternehmen immer noch Klasse-B-Netzwerke haben oder sogar einige, denen Klasse-A-Netzwerke zugewiesen sind, die sie möglicherweise nicht effizient nutzen können. Selbst der Versuch, dies zu tun, stellt ein gewisses Sicherheitsrisiko dar, da jeder Computer, der eine dieser IP-Adressen verwendet, ohne eine Firewall öffentlich adressierbar wäre. In der CIDR-Notation ist ein Klasse-A-Netzwerk ein /8, ein Klasse-B-Netzwerk ein /16 und ein Klasse-C-Netzwerk ein /24.