Ennen kuin Internet oli edes olemassa, tietokoneverkkoja oli olemassa. Nämä verkot käyttivät IP-osoitteita, jotka olivat identtisiä nykyisten kanssa. Nämä verkot yhdistettiin ARPANETin kautta, joka lopulta kehittyi nykyiseksi Internetiksi. Näinä tietokoneverkkojen alkuaikoina Internetin laajuus ja suosio olivat käytännössä käsittämättömiä. Monia nykyaikaisia tekniikoita, joita pidämme itsestäänselvyytenä, ei yksinkertaisesti ollut olemassa. Tämän ja sen aikaisten oletusten vuoksi IP-osoitteita jaettiin valtavia eriä.
ARPANETin kasvun jatkuessa päätettiin, että nykyaikainen osoitteiden jakamisjärjestelmä kohtaa lähitulevaisuudessa osoitetilan loppumisen ongelmia. Luokka verkostoituminen oli ensimmäinen yritys viivyttää tilan uupumisen ratkaisemista. Jotta ymmärrät, mitä klassinen verkko on ja miten se toimii, on tärkeää ymmärtää sen taustalla olevat järjestelmät, ensisijaisesti IPv4-osoitteet.
IP-osoiterakenne
IP-osoite on ainutlaatuinen Internet-protokollan osoite, jota käytetään verkkoliikenteen ohjaamiseen Internetin kautta. IPv4 on tärkein osoitejärjestelmä. IPv4-osoitteet näytetään yleensä neliöpisteinä, jotta ne ovat ihmisen luettavissa. Esimerkiksi IP-osoite voi näyttää tältä "192.168.0.1". Jokaisessa IP-osoitteessa on neljä osaa, jotka on erotettu toisistaan pisteillä, mistä johtuu termi – pisteviiva. Sitä kutsutaan kuitenkin myös piste-desimaalimerkinnällä.
Todellisuudessa tietokoneet eivät kuitenkaan käytä tätä muotoa. Kuten kaikki, mitä tietokoneet käsittelevät, IP-osoitteita käytetään binäärimuodossa. IPv4-osoitteiden tapauksessa kutakin neljästä osasta, joka tunnetaan oktettina, edustaa 8 binäärinumeroa. Yllä oleva osoite on todella "11000000.10101000.00000000.00000001" binäärimuodossa.
Yksi tärkeimmistä asioista tässä on, että koska jokaista oktettia edustaa vain 8 binääribittiä, ihmisen luettavissa olevien lukujen on oltava välillä 0-255. Tämä tarkoittaa, että mahdollista IP-osoitetta on enintään 255*255*255*255 tai 4 294 967 296. Vaikka neljä miljardia mahdollista IP-osoitetta näyttää todennäköisesti paljon, se on vähemmän kuin yksi IP-osoite tällä hetkellä elossa olevaa henkilöä kohti. Useimmilla länsimaisilla ihmisillä on useampi kuin yksi Internetiin yhdistetty laite.
Luokan A verkot ja varhaiset oletukset
Tietokoneverkkojen alkuaikoina oletettiin, että verkkoja ei olisi paljon. Kotona ei ollut Internet-yhteyksiä tai edes kotitietokoneita. Suuret yritykset, oppilaitokset ja ministeriöt olivat ainoita paikkoja, joilla oli verkostoja. Kaikkien näiden verkostojen oletettiin todennäköisesti kasvavan merkittävästi. Sitä vastoin verkkojen kokonaismäärä pysyisi suhteellisen pienenä. Tämä oletus ei edes mennyt väärään tiedosta tuolloin, koska IBM PC: tä, ensimmäistä kotitietokonetta, ei ollut vielä julkaistu.
Yritykset, kuten Apple, Ford ja AT&T, saivat suuria osoitteita. Yhdysvaltain DOD sai yli tusina isoa erää osoitteita. Apple sai 17.0.0.0, Ford sai 19.0.0.0, AT&T sai 12.0.0.0, kun taas DOD sai 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 ja enemmän. Jokainen näistä verkoista jakoi kaikki ensimmäisellä numerolla (17, 7, 19 jne.) alkavat IP-osoitteet vastaaville yrityksille. Tämä tarkoitti, että jokainen verkko voisi tukea 16 777 216 yksittäistä IP-osoitetta. Se tarkoitti myös, että mahdollisia verkkoja oli yhteensä 255.
Tämä oli suuri ongelma, sillä tietokoneverkkojen suosion kasvaessa kävi selväksi, että 255 verkkoa ei riittäisi tyydyttämään kysyntää. Onneksi tämä ongelma havaittiin riittävän ajoissa, jotta korjaus voitaisiin kehittää. Ensimmäinen korjaus oli nimeltään klassinen verkko, ja se esiteltiin vuonna 1981. Tämä on muuten samana vuonna, kun IBM PC julkaistiin. Henkilökohtainen tietokone ja kodin internetyhteydet lisäisivät pian painetta osoiteavaruuteen.
Luokat
Klassisen verkottumisen ideana on hajottaa nämä massiiviset verkot moniin pienempiin verkkoihin. Alkuperäiset valtavat verkot luokiteltiin uudelleen A-luokan verkoiksi. Myös uudet B- ja C-luokat luotiin, kun taas toinen osa varattiin tulevaa käyttöä varten. Helpoin tapa erottaa luokat on, että luokka A vie ensimmäisen puoliskon kaikista osoitteista. Luokka B ottaa sitten puolet jäljellä olevista osoitteista ja luokka C saa puolet osoitteista luokan B jälkeen. Loput osoiteavaruudesta on varattu.
Käytännössä tämä tarkoittaa, että mikä tahansa IP-osoite, jossa ensimmäisen oktetin numero oli alle 128, on A-luokan verkko. Luokan B verkko on mikä tahansa osoite, jonka ensimmäinen oktetti on välillä 128-191. Mikä tahansa verkko, jossa ensimmäinen oktetti on välillä 192–223, on luokan C verkko. Ja kaikki, joka alkaa 224:llä tai suuremmalla, on varattu. Binäärimuodossa jokainen luokan A IP-osoite alkaa nollalla. Jokainen luokan B osoite alkaa numerolla 10, jokainen luokan C osoite alkaa numerolla 110 ja varattu tila alkaa numerolla 111. Tämä tekee mahdolliseksi helposti määrittää kunkin verkon rajat.
Tämä tarkoittaa, että luokan A verkkojen kokonaistila puolittuu alkuperäisestä 256:sta 128:aan. Tärkeää on, että se tarkoittaa myös sitä, että nyt on 16 384 luokan B verkkoa, jotka tukevat kukin jopa 65 536 IP-osoitetta, ja 2 097 152 luokan C verkkoa, jotka tukevat kukin 256 IP-osoitetta. Osoitetilan lopussa oleva varattu tila jaettiin myöhemmin luokkaan D ja luokkaan E.
Varattu tila
Joukko osoitteita kunkin luokan alussa ja lopussa oli varattu ja joitain osioita myös keskellä. Joitakin, kuten 0.0.0.0 - 0.255.255.255, ei käytetty erityisesti mihinkään, vaan ne varattiin tulevaa käyttöä varten. Muille varatuille osioille annettiin erityinen tarkoitus. Esimerkiksi mitä tahansa IP-osoitetta, joka alkaa numerolla 127, käsitellään takaisinkytkentäosoitteena. Verkkoliikennettä ei koskaan välitetä ja se yksinkertaisesti palautuu takaisin lähettäjälle lähettämättä sitä.
Osoitteet, jotka alkavat numerolla 192, varattiin, ja 192 168 osoitetta varattiin käytettäväksi sisäisissä verkoissa, jolloin mikä tahansa sisäinen verkko voi käyttää sitä. Tätä käytetään esimerkiksi lähes kaikissa kotiverkoissa, koska se tarjoaa 256 mahdollista osoitetta. Suuremmissa käyttötapauksissa mikä tahansa 172.16-172.31 alkava osoite on myös varattu sisäiseen käyttöön, samoin kuin mikä tahansa 10:llä alkava verkko.
Nämä yksityiset osoitetilat on varattu vain sisäiseen käyttöön. Kaikki verkkolaitteet on suunniteltu estämään liikenne, joka on tarkoitettu johonkin näistä varatuista osoitteista, pääsemästä reitittimen ohi toiseen verkkoon. Osoitteet ovat verkkokohtaisia, eli kuka tahansa ja jokainen voi käyttää niitä omissa sisäverkoissaan. Jotta tämä toimisi, reitittimellä on oltava julkinen IP-osoite, ja seurata, mikä sisäinen laite on pyytää, mitä tietoja toisesta verkosta, ja varmistaa, että vastaus tulee takaisin oikealle laite. Tätä tekniikkaa kutsutaan NAT- tai verkko-osoitteiden käännökseksi.
Luokillisen verkostoitumisen menestys ja epäonnistuminen
Luokka verkostoituminen mahdollistaa tilan tehokkaamman käytön kuin vain yhden 256:n osoittaminenth mahdollisesta osoiteavaruudesta mille tahansa sitä pyytävälle yritykselle. Suurin osa yrityksistä, ministeriöistä jne. ei tarvitse 16 777 216 IP-osoitetta. He voivat saada paljon pienemmän määrän heille määritettyjä IP-osoitteita ja pärjäävät hyvin.
Vaikka klassinen verkkojärjestelmä näyttää hyvältä paperilla ja on varmasti siisti, valitettavasti se törmää samanlaisiin ongelmiin eri mittakaavassa. Useimmat yritykset ovat myös pienempiä kuin luokan B verkko, eivätkä ne tarvitse 65536 mahdollista IP-osoitetta. Vaikka 80-luvun puolivälissä ja 90-luvun alussa monet yritykset olivat liian suuria C-luokan verkkoon, jossa oli vain 256 IP-osoitetta. Tämä tarkoitti sitä, että yritykset tarvitsivat usein B-luokan verkkoja, vaikka ne tarvitsivat vain 300 IP-osoitetta. Tämä taas merkitsi sitä, että osoiteavaruutta käytettiin tehottomasti, kun yrityksille annettiin suuri määrä osoitteita, jotka eivät koskaan käyttäisi sitä kaikkea.
Classful Networkingin seuraajat
Tämä ongelma tunnistettiin nopeasti, ja vuonna 1993, vain 12 vuotta klassisen verkottumisen käyttöönoton jälkeen, se korvattiin. Sen korvaava nimi oli Classless Inter-Domain Routing tai CIDR (lausuttu siideri). CIDR salli paljon enemmän konfiguroitavuutta myönnettyjen osoitteiden lukumäärässä. Verkot voidaan määrittää kunkin binääribitin sijaan kunkin oktetin mukaan. Ratkaisu on edelleen käytössä, vaikka Internetiin kytkettyjen laitteiden valtava kasvu on nyt käyttänyt IPv4-osoiteavaruuden kokonaan loppuun tehokkaammalla osoitustekniikallakin.
Ratkaisu tähän on siirtyminen IPv6:een, joka tarjoaa paljon suuremman osoitetilan, 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 mahdollista osoitetta. Se on noin 340 biljoonaa biljoonaa biljoonaa, mikä on paljon enemmän kuin 4,3 miljardia paritonta IPv4-osoitetta. Valitettavasti IPv6-tuki on edelleen epäselvä, huolimatta lähestyvästä ja nykyisestä IPv4-osoitetilan loppumisesta johtuvasta kiireellisyydestä huolimatta. Tämä johtuu kuitenkin pääasiassa vanhoista laitteistoista.
Johtopäätös
Luokkaverkko oli varhainen yritys parantaa IP-osoitteiden allokoinnin tehokkuutta. Se onnistui viivyttämään IPv4-osoiteavaruuden ehtymistä niiden 12 vuoden ajan, jotka se oli olemassa. Sen korvasi CIDR, joka oli menestyneempi pitkän aikavälin ratkaisu.
Jotkut klassisen verkottumisen perinnöistä elävät edelleen, ja monilla yrityksillä on edelleen B-luokkaa tai jopa muutamalla on luokan A verkkoja, joita ne eivät voi mitenkään hyödyntää tehokkaasti. Itse asiassa jopa sen yrittäminen aiheuttaa jonkin verran turvallisuusriskiä, koska mikä tahansa kone, joka käyttää jotakin näistä IP-osoitteista, olisi julkisesti osoitettavissa ilman palomuuria. CIDR-merkinnöissä luokan A verkko on /8, luokan B verkko on /16 ja luokan C verkko on /24.