Πριν καν γίνει το Διαδίκτυο, υπήρχαν δίκτυα υπολογιστών. Αυτά τα δίκτυα χρησιμοποιούσαν διευθύνσεις IP πανομοιότυπες με αυτές που χρησιμοποιούνται σήμερα. Αυτά τα δίκτυα διασυνδέθηκαν μέσω του ARPANET, το οποίο τελικά εξελίχθηκε σε αυτό που σήμερα είναι το Διαδίκτυο. Σε αυτές τις πρώτες μέρες της δικτύωσης υπολογιστών, η κλίμακα και η δημοτικότητα του Διαδικτύου ήταν ουσιαστικά αδιανόητα. Πολλές από τις σύγχρονες τεχνολογίες που θεωρούμε δεδομένες απλά δεν υπήρχαν. Εξαιτίας αυτού και των υποθέσεων της εποχής, μοιράστηκαν τεράστιες παρτίδες διευθύνσεων IP.
Καθώς το ARPANET συνέχιζε να αναπτύσσεται, διαπιστώθηκε ότι το σύγχρονο σύστημα διανομής διευθύνσεων επρόκειτο να αντιμετωπίσει προβλήματα με εξάντληση του χώρου διευθύνσεων στο εγγύς μέλλον. Η ταξική δικτύωση ήταν η πρώτη προσπάθεια να καθυστερήσει το ζήτημα της αντιμετώπισης της εξάντλησης του χώρου. Για να κατανοήσετε τι είναι η κλάση δικτύωση και πώς λειτουργεί, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τα συστήματα στα οποία βασίζεται, κυρίως τις διευθύνσεις IPv4.
Δομή διεύθυνσης IP
Μια διεύθυνση IP είναι η μοναδική διεύθυνση πρωτοκόλλου Διαδικτύου που χρησιμοποιείται για τη διεύθυνση της κυκλοφορίας δικτύου μέσω του Διαδικτύου. Το IPv4 είναι το κύριο σχήμα διευθύνσεων. Οι διευθύνσεις IPv4 εμφανίζονται γενικά με διακεκομμένο τετραγωνικό συμβολισμό για να είναι αναγνώσιμες από τον άνθρωπο. Για παράδειγμα, μια διεύθυνση IP μπορεί να μοιάζει με αυτό το "192.168.0.1". Κάθε διεύθυνση IP έχει τέσσερις ενότητες, χωρισμένες με τελείες, εξ ου και ο όρος - διακεκομμένο τετραγωνίδιο. Ωστόσο, αναφέρεται επίσης ως συμβολισμός δεκαδικών τελειών.
Στην πραγματικότητα όμως, οι υπολογιστές δεν χρησιμοποιούν αυτή τη μορφή. Όπως όλα όσα αντιμετωπίζουν οι υπολογιστές, οι διευθύνσεις IP χρησιμοποιούνται σε δυαδική μορφή. Στην περίπτωση των διευθύνσεων IPv4, καθένα από τα τέσσερα τμήματα, γνωστά ως οκτάδα, αντιπροσωπεύεται από 8 δυαδικά ψηφία. Η παραπάνω διεύθυνση είναι πραγματικά "11000000.10101000.00000000.00000001" σε δυαδική μορφή.
Ένα από τα βασικά πράγματα σχετικά με αυτό είναι ότι επειδή κάθε οκτάδα αντιπροσωπεύεται μόνο από 8 δυαδικά bit, οι αναγνώσιμοι από τον άνθρωπο αριθμοί πρέπει να είναι μεταξύ 0 και 255. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν το πολύ 255*255*255*255 ή 4.294.967.296 πιθανές διευθύνσεις IP. Ενώ τέσσερα δισεκατομμύρια πιθανές διευθύνσεις IP φαίνονται πιθανώς πολλά, αυτό είναι λιγότερο από μία διεύθυνση IP ανά άτομο που ζει αυτήν τη στιγμή. Οι περισσότεροι άνθρωποι στον δυτικό κόσμο έχουν περισσότερες από μία συσκευές συνδεδεμένες στο διαδίκτυο.
Δίκτυα κατηγορίας Α και πρώιμες υποθέσεις
Στις πρώτες μέρες της δικτύωσης υπολογιστών, υποτίθεται ότι δεν θα υπήρχαν πολλά δίκτυα. Δεν υπήρχαν οικιακές συνδέσεις στο Διαδίκτυο ή ακόμη και οικιακούς υπολογιστές. Οι μεγάλες εταιρείες, τα εκπαιδευτικά ιδρύματα και τα κυβερνητικά τμήματα ήταν τα μόνα μέρη με δίκτυα. Όλα αυτά τα δίκτυα θεωρήθηκε ότι ήταν πιθανό να αναπτυχθούν σημαντικά. Αντίθετα, ο συνολικός αριθμός των δικτύων θα παρέμενε σχετικά μικρός. Αυτή η υπόθεση δεν ήταν καν λανθασμένη με τις πληροφορίες εκείνη την εποχή, καθώς ο IBM PC, ο πρώτος οικιακός υπολογιστής, δεν είχε κυκλοφορήσει ακόμη.
Εταιρείες όπως η Apple, η Ford και η AT&T έλαβαν μεγάλες παρτίδες διευθύνσεων. Το Υπουργείο Εξωτερικών των ΗΠΑ έλαβε περισσότερες από δώδεκα μεγάλες παρτίδες διευθύνσεων. Η Apple πήρε 17.0.0.0, η Ford 19.0.0.0, η AT&T 12.0.0.0, ενώ το DOD πήρε 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 και άλλα. Καθένα από αυτά τα δίκτυα εκχώρησε κάθε διεύθυνση IP που αρχίζει με τον πρώτο αριθμό (17, 7, 19, κ.λπ.) στις αντίστοιχες εταιρείες. Αυτό σήμαινε ότι κάθε δίκτυο μπορούσε να υποστηρίξει 16.777.216 μεμονωμένες διευθύνσεις IP. Σημαίνει επίσης ότι υπήρχαν συνολικά 255 πιθανά δίκτυα.
Αυτό ήταν το μεγάλο πρόβλημα, καθώς η δικτύωση υπολογιστών αυξανόταν σε δημοτικότητα, έγινε σαφές ότι 255 δίκτυα δεν θα ήταν αρκετά για να ικανοποιήσουν τη ζήτηση. Ευτυχώς, αυτό το ζήτημα εντοπίστηκε αρκετά νωρίς για να αναπτυχθεί μια επιδιόρθωση. Η πρώτη επιδιόρθωση ονομάστηκε classful networking και εισήχθη το 1981. Παρεμπιπτόντως, αυτή είναι η ίδια χρονιά που κυκλοφόρησε το IBM PC. Ο προσωπικός υπολογιστής και οι οικιακές συνδέσεις στο Διαδίκτυο θα αύξαναν σύντομα την πίεση στον χώρο διευθύνσεων.
Οι ταξεις
Η ιδέα της ταξικής δικτύωσης είναι να σπάσει αυτά τα τεράστια δίκτυα σε πολλά μικρότερα. Τα αρχικά τεράστια δίκτυα επαναταξινομήθηκαν ως δίκτυα Τάξης Α. Δημιουργήθηκαν επίσης οι νέες κατηγορίες Β και Γ, ενώ ένα άλλο τμήμα διατέθηκε ως δεσμευμένο για μελλοντική χρήση. Ο ευκολότερος τρόπος διαχωρισμού των κλάσεων είναι ότι η Κλάση Α καταλαμβάνει το πρώτο μισό όλων των διευθύνσεων. Στη συνέχεια, η κλάση Β παίρνει τις μισές από τις υπόλοιπες διευθύνσεις και η κλάση Γ παίρνει τις μισές από τις διευθύνσεις μετά την Κλάση Β. Ο υπόλοιπος χώρος διευθύνσεων είναι δεσμευμένος.
Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι οποιαδήποτε διεύθυνση IP όπου η πρώτη οκτάδα είχε αριθμό κάτω από 128, είναι ένα δίκτυο Κλάσης Α. Ένα δίκτυο κλάσης Β είναι οποιαδήποτε διεύθυνση όπου η πρώτη οκτάδα είναι μεταξύ 128 και 191. Κάθε δίκτυο όπου η πρώτη οκτάδα είναι μεταξύ 192 και 223 είναι δίκτυο Κατηγορίας Γ. Και οτιδήποτε ξεκινά με 224 ή υψηλότερο είναι δεσμευμένο. Σε δυαδικούς όρους, κάθε διεύθυνση IP κατηγορίας Α ξεκινά με 0. Κάθε διεύθυνση Κατηγορίας Β ξεκινά με 10, κάθε διεύθυνση Κατηγορίας Γ ξεκινά με 110 και ο δεσμευμένος χώρος ξεκινά με 111. Αυτό καθιστά εύκολο τον προσδιορισμό των ορίων κάθε δικτύου.
Αυτό σημαίνει ότι ο συνολικός χώρος για δίκτυα κλάσης Α μειώνεται στο μισό από το αρχικό 256 σε 128. Είναι σημαντικό, επίσης, σημαίνει ότι υπάρχουν πλέον 16.384 δίκτυα Κατηγορίας Β, που υποστηρίζουν έως και 65.536 διευθύνσεις IP το καθένα, και 2.097.152 δίκτυα Κατηγορίας C που υποστηρίζουν 256 διευθύνσεις IP το καθένα. Ο δεσμευμένος χώρος στο τέλος του χώρου διευθύνσεων χωρίστηκε αργότερα σε Κατηγορία D και Κλάση Ε.
Δεσμευμένος χώρος
Ένας αριθμός διευθύνσεων στην αρχή και στο τέλος κάθε τάξης ήταν δεσμευμένοι με ορισμένες ενότητες στη μέση να έχουν δεσμευτεί επίσης. Ορισμένα, όπως το 0.0.0.0 έως το 0.255.255.255 δεν χρησιμοποιήθηκαν ειδικά για τίποτα, αντίθετα δεσμεύτηκαν για μελλοντική χρήση. Σε άλλες δεσμευμένες ενότητες δόθηκε συγκεκριμένος σκοπός. Για παράδειγμα, οποιαδήποτε διεύθυνση IP που ξεκινά με 127 αντιμετωπίζεται ως διεύθυνση βρόχου. Η κίνηση του δικτύου δεν μεταδίδεται ποτέ και απλώς αναπηδά στον αποστολέα χωρίς να σταλεί.
Οι διευθύνσεις που ξεκινούν με 192 δεσμεύτηκαν, με 192.168 διευθύνσεις να έχουν δεσμευτεί για χρήση σε εσωτερικά δίκτυα, επιτρέποντας σε οποιοδήποτε εσωτερικό δίκτυο να το χρησιμοποιήσει. Αυτό χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλα τα οικιακά δίκτυα, για παράδειγμα, καθώς παρέχει 256 πιθανές διευθύνσεις. Για περιπτώσεις μεγαλύτερης χρήσης, οποιαδήποτε διεύθυνση που ξεκινά από 172.16 έως 172.31 είναι επίσης δεσμευμένη για εσωτερική χρήση όπως και κάθε δίκτυο που ξεκινά με 10.
Αυτοί οι χώροι ιδιωτικών διευθύνσεων προορίζονται μόνο για εσωτερική χρήση. Όλος ο εξοπλισμός δικτύωσης έχει σχεδιαστεί για να εμποδίζει οποιαδήποτε κίνηση που προορίζεται για μία από αυτές τις δεσμευμένες διευθύνσεις να περάσει από έναν δρομολογητή σε άλλο δίκτυο. Οι διευθύνσεις είναι συγκεκριμένες για το δίκτυο, που σημαίνει ότι ο καθένας και ο καθένας μπορούν να τις χρησιμοποιήσουν στα δικά τους εσωτερικά δίκτυα. Για να λειτουργήσει αυτό, ο δρομολογητής πρέπει να έχει μια δημόσια διεύθυνση IP, να παρακολουθείτε ποια είναι η εσωτερική συσκευή ζητώντας ποια δεδομένα από άλλο δίκτυο και βεβαιωθείτε ότι η απάντηση θα επιστρέψει στα δεξιά συσκευή. Αυτή η τεχνική ονομάζεται NAT ή Network Address Translation.
Επιτυχία και αποτυχία της ταξικής δικτύωσης
Η Classful networking επιτρέπει πολύ πιο αποτελεσματική χρήση του χώρου από την απλή εκχώρηση ενός 256ου του πιθανού χώρου διευθύνσεων σε οποιαδήποτε εταιρεία το ζητήσει. Η συντριπτική πλειοψηφία των εταιρειών, των κυβερνητικών υπηρεσιών κ.λπ., δεν χρειάζονται 16.777.216 διευθύνσεις IP. Μπορούν να λάβουν πολύ μικρότερο αριθμό διευθύνσεων IP που τους έχουν εκχωρηθεί και να κάνουν μια χαρά.
Ενώ το κλασικό σύστημα δικτύωσης φαίνεται καλό στα χαρτιά και είναι σίγουρα προσεγμένο, δυστυχώς, αντιμετωπίζει παρόμοια ζητήματα σε διαφορετική κλίμακα. Οι περισσότερες εταιρείες είναι επίσης μικρότερες από ένα δίκτυο κατηγορίας Β, χωρίς να χρειάζονται 65536 πιθανές διευθύνσεις IP. Ακόμη και στα μέσα της δεκαετίας του '80 και στις αρχές της δεκαετίας του '90, πολλές εταιρείες ήταν πολύ μεγάλες για ένα δίκτυο κατηγορίας C με μόλις 256 διευθύνσεις IP. Αυτό σήμαινε ότι οι εταιρείες χρειάζονταν συχνά δίκτυα Κατηγορίας Β, ακόμη κι αν χρειάζονταν μόνο 300 διευθύνσεις IP. Και πάλι, αυτό σήμαινε ότι ο χώρος διευθύνσεων χρησιμοποιήθηκε αναποτελεσματικά με τεράστιες εκτάσεις διευθύνσεων που εκδόθηκαν σε εταιρείες που δεν θα χρησιμοποιούσαν ποτέ το σύνολο.
Οι διάδοχοι της Classful Networking
Αυτό το ζήτημα εντοπίστηκε γρήγορα, και έτσι το 1993, μόλις 12 χρόνια μετά την εισαγωγή του classful networking, αντικαταστάθηκε. Η αντικατάστασή του ονομάστηκε Classless Inter-Domain Routing ή CIDR (προφέρεται μηλίτης). Το CIDR επέτρεψε πολύ μεγαλύτερη δυνατότητα διαμόρφωσης στον αριθμό των διευθύνσεων που εκδόθηκαν. Επιτρέποντας τα δίκτυα να ορίζονται από κάθε δυαδικό bit αντί για κάθε οκτάδα. Αυτή η λύση εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα, αν και η μαζική ανάπτυξη των συσκευών που είναι συνδεδεμένες στο Διαδίκτυο έχει πλέον εξαντλήσει πλήρως τον χώρο διευθύνσεων IPv4 ακόμη και με αυτήν την πιο αποτελεσματική τεχνική διευθυνσιοδότησης.
Η λύση σε αυτό είναι η μετάβαση στο IPv6 που παρέχει έναν πολύ μεγαλύτερο χώρο διευθύνσεων, για την ακρίβεια 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 πιθανές διευθύνσεις. Αυτό είναι περίπου 340 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια, που είναι πολύ περισσότερα από τα 4,3 δισεκατομμύρια περίεργες διευθύνσεις IPv4. Δυστυχώς, παρά τον επείγοντα χαρακτήρα που οφείλεται στην επικείμενη και τώρα παρούσα εξάντληση του χώρου διευθύνσεων IPv4, η υποστήριξη IPv6 εξακολουθεί να είναι πρόχειρη. Ωστόσο, αυτό οφείλεται κυρίως στο παλαιού τύπου υλικό.
συμπέρασμα
Η Classful networking ήταν μια πρώιμη προσπάθεια βελτίωσης της αποτελεσματικότητας της εκχώρησης διευθύνσεων IP. Ήταν επιτυχής στην καθυστέρηση της εξάντλησης του χώρου διευθύνσεων IPv4, για τα 12 χρόνια που υπήρχε. Αντικαταστάθηκε από το CIDR, το οποίο ήταν μια πιο επιτυχημένη μακροπρόθεσμη λύση.
Ορισμένες κληρονομιές της αριστοκρατικής δικτύωσης ζουν με πολλές εταιρείες να εξακολουθούν να έχουν Κατηγορία Β ή ακόμη και μερικές έχουν δίκτυα Κατηγορίας Α που τους έχουν εκχωρηθεί τα οποία δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικά. Πράγματι, ακόμη και η απόπειρα να το κάνει αυτό παρουσιάζει κάπως κίνδυνο για την ασφάλεια, καθώς κάθε μηχάνημα που χρησιμοποιεί μία από αυτές τις διευθύνσεις IP θα μπορούσε να διευθυνσιοδοτηθεί δημόσια χωρίς να υπάρχει τείχος προστασίας. Στη σημείωση CIDR ένα δίκτυο Κλάσης Α είναι /8, ένα δίκτυο Κατηγορίας Β είναι ένα /16 και ένα δίκτυο Κατηγορίας C είναι /24.