Mielőtt az internet létezett volna, léteztek számítógépes hálózatok. Ezek a hálózatok a ma használtakkal azonos IP-címeket használtak. Ezeket a hálózatokat az ARPANET-en keresztül kötötték össze, amely végül a mai internetté fejlődött. A számítógépes hálózatépítés korai napjaiban az internet nagysága és népszerűsége lényegében elképzelhetetlen volt. Sok modern technológia, amelyet természetesnek tartunk, egyszerűen nem létezett. Emiatt és a korabeli feltételezések miatt hatalmas mennyiségű IP-címet osztottak ki.
Ahogy az ARPANET tovább növekedett, úgy döntöttek, hogy a kortárs címadási rendszer a közeljövőben problémákba fog ütközni a címterület kimerülésével. A klasszikus hálózatépítés volt az első kísérlet a térkimerültség kezelésének késleltetésére. Ahhoz, hogy megértsük, mi az osztályos hálózat, és hogyan működik, fontos megérteni az alapjául szolgáló rendszereket, elsősorban az IPv4-címeket.
IP-cím szerkezete
Az IP-cím az az egyedi Internet Protokoll-cím, amely a hálózati forgalom interneten keresztül történő irányítására szolgál. Az IPv4 a fő címzési séma. Az IPv4-címek általában pontozott négyes jelöléssel jelennek meg, hogy ember által olvashatóak legyenek. Például egy IP-cím így nézhet ki: „192.168.0.1”. Minden IP-cím négy részből áll, amelyeket pontok választanak el, innen ered a pontozott négyes kifejezés. Ezt azonban pont-tizedes jelölésnek is nevezik.
A valóságban azonban a számítógépek valójában nem használják ezt a formátumot. Mint minden, amivel a számítógépek foglalkoznak, az IP-címeket is binárisan használják. Az IPv4-címek esetében mind a négy rész, az úgynevezett oktett, 8 bináris számjegyből áll. A fenti cím valóban „11000000.10101000.00000000.00000001” binárisan.
Az egyik legfontosabb dolog ezzel kapcsolatban, hogy mivel minden oktettet csak 8 bináris bit képvisel, az ember által olvasható számoknak 0 és 255 között kell lenniük. Ez azt jelenti, hogy legfeljebb 255*255*255*255 vagy 4 294 967 296 lehetséges IP-cím lehetséges. Bár a négymilliárd lehetséges IP-cím valószínűleg soknak tűnik, ez kevesebb, mint egy IP-cím jelenleg élő személyenként. A nyugati világban a legtöbb ember egynél több internetkapcsolattal rendelkező eszközzel rendelkezik.
A osztályú hálózatok és korai feltételezések
A számítógépes hálózatok korai napjaiban azt feltételezték, hogy nem lesz sok hálózat. Otthoni internetkapcsolat és még otthoni számítógép sem volt. A nagyvállalatok, az oktatási intézmények és a kormányzati szervek voltak az egyetlen olyan helyek, amelyek hálózattal rendelkeztek. Feltételezték, hogy ezek a hálózatok jelentősen növekedni fognak. Ezzel szemben a hálózatok teljes száma viszonylag kicsi maradna. Ez a feltételezés még csak nem is tévedett az akkori információkkal, mivel az IBM PC, az első otthoni számítógép még nem jelent meg.
Az olyan cégek, mint az Apple, a Ford és az AT&T, nagy mennyiségű címet kaptak. Az amerikai DOD több mint egy tucat nagy mennyiségű címet kapott. Az Apple 17.0.0.0-t, a Ford 19.0.0.0-t, az AT&T 12.0.0.0-t, míg a DOD 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 stb. Ezen hálózatok mindegyike az első számmal (17, 7, 19 stb.) kezdődő IP-címeket hozzárendelte a megfelelő vállalatokhoz. Ez azt jelentette, hogy minden hálózat 16 777 216 egyedi IP-címet tudott támogatni. Ez azt is jelentette, hogy összesen 255 lehetséges hálózat volt.
Ez volt a nagy probléma, a számítógépes hálózatok népszerűségének növekedésével nyilvánvalóvá vált, hogy a 255 hálózat nem lesz elég az igények kielégítésére. Szerencsére ezt a problémát elég korán észlelték ahhoz, hogy javítani lehessen. Az első javítást osztályos hálózatépítésnek nevezték, és 1981-ben vezették be. Egyébként ez az év, amikor az IBM PC megjelent. A személyi számítógép és az otthoni internetkapcsolat hamarosan növelni fogja a címtér nyomását.
Az osztályok
Az osztályos hálózatépítés lényege, hogy ezeket a hatalmas hálózatokat sok kisebbre bontja. Az eredeti hatalmas hálózatokat A osztályú hálózatokká minősítették át. Létrehozták az új B és C osztályokat is, míg egy másik részt tartalékoltak a jövőbeni használatra. Az osztályok szétválasztásának legegyszerűbb módja az, hogy az A osztály az összes cím első felét foglalja el. A B osztály ezután a fennmaradó címek felét, a C osztály pedig a B osztály utáni címek felét kapja. A címtér többi része le van foglalva.
A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy minden olyan IP-cím, ahol az első oktett száma 128 alatti, A osztályú hálózat. A B osztályú hálózat minden olyan cím, ahol az első oktett 128 és 191 között van. Minden olyan hálózat, ahol az első oktett 192 és 223 között van, C osztályú hálózat. És bármi, ami 224-gyel vagy magasabb számmal kezdődik, fenntartva van. Bináris értelemben minden A osztályú IP-cím 0-val kezdődik. Minden B osztályú cím 10-el kezdődik, minden C osztályú cím 110-el, a lefoglalt hely pedig 111-gyel kezdődik. Ez lehetővé teszi az egyes hálózatok határainak egyszerű meghatározását.
Ez azt jelenti, hogy az A osztályú hálózatok teljes területe felére csökken az eredeti 256-ról 128-ra. Fontos, hogy ez azt is jelenti, hogy jelenleg 16 384 B osztályú hálózat létezik, amelyek egyenként legfeljebb 65 536 IP-címet támogatnak, és 2 097 152 C osztályú hálózat, amelyek egyenként 256 IP-címet támogatnak. A címtér végén lefoglalt területet később D és E osztályra osztották.
Fenntartott hely
Az egyes osztályok elején és végén számos címet foglaltak le, és néhány középső részt is lefoglaltak. Néhányat, például a 0.0.0.0-tól 0.255.255.255-ig nem használtak kifejezetten semmire, ehelyett későbbi használatra tartották fenn. A többi fenntartott szekció konkrét célt kapott. Például minden 127-tel kezdődő IP-cím visszacsatolási címként kezelendő. A hálózati forgalom soha nem kerül továbbításra, és egyszerűen visszakerül a feladóhoz anélkül, hogy elküldené.
A 192-vel kezdődő címeket lefoglalták, 192 168 címet pedig belső hálózatokban történő használatra, így bármely belső hálózat használhatja. Ezt például szinte minden otthoni hálózatban használják, mivel 256 lehetséges címet biztosít. Nagyobb felhasználási esetekben a 172.16-tól 172.31-ig kezdődő címek szintén belső használatra vannak fenntartva, csakúgy, mint bármely 10-gyel kezdődő hálózat.
Ezek a privát címterek csak belső használatra vannak fenntartva. Minden hálózati berendezést úgy terveztek, hogy megakadályozza, hogy az ilyen lefoglalt címek egyikére irányuló forgalom egy útválasztón át egy másik hálózatba kerüljön. A címek hálózatspecifikusak, vagyis bárki és mindenki használhatja őket saját belső hálózatán. Ahhoz, hogy ez működjön, a routernek nyilvános IP-címmel kell rendelkeznie, nyomon kell követnie, melyik belső eszköz milyen adatokat kér egy másik hálózattól, és gondoskodjon arról, hogy a válasz visszakerüljön a jobb oldalra eszköz. Ezt a technikát NAT-nak vagy hálózati címfordításnak nevezik.
Az osztályos hálózatépítés sikere és kudarca
Az osztályos hálózatépítés sokkal hatékonyabb térhasználatot tesz lehetővé, mint egy 256-os hozzárendeléseth a lehetséges címterületről bármely cégnek, amely ezt kéri. A vállalatok, kormányzati szervek stb. túlnyomó többségének nincs szüksége 16 777 216 IP-címre. Sokkal kevesebb IP-címet kaphatnak hozzájuk, és jól működnek.
Bár a klasszikus hálózati rendszer jól néz ki papíron, és minden bizonnyal ügyes, sajnos más méretekben ütközik hasonló problémákba. A legtöbb vállalat kisebb, mint egy B osztályú hálózat, és nincs szüksége 65536 lehetséges IP-címre. Még a 80-as évek közepén és a 90-es évek elején is sok vállalat túl nagy volt egy C osztályú hálózathoz, mindössze 256 IP-címmel. Ez azt jelentette, hogy a vállalatoknak gyakran szükségük volt B osztályú hálózatokra, még akkor is, ha csak 300 IP-címre volt szükségük. Ez ismét azt jelentette, hogy a címteret nem hatékonyan használták fel, és rengeteg címet adtak ki olyan vállalatoknak, amelyek soha nem használnák ki az egészet.
A Classful Networking utódai
Ezt a problémát gyorsan azonosították, így 1993-ban, mindössze 12 évvel a klasszikus hálózatépítés bevezetése után, lecserélték. Cseréjét osztály nélküli tartományok közötti útválasztásnak, vagy CIDR-nek hívták.kiejtve almabor). A CIDR sokkal több konfigurálást tett lehetővé a kiadott címek számában. Lehetővé teszi a hálózatok meghatározását az egyes bináris bitekkel, nem pedig az egyes oktettekkel. Ezt a megoldást a mai napig használják, bár az internetre csatlakoztatott eszközök tömeges növekedése mára teljesen kimerítette az IPv4 címterét még ezzel a hatékonyabb címzési technikával is.
A megoldás erre az IPv6-ra való váltás, amely sokkal nagyobb címteret biztosít, egészen pontosan 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 lehetséges címet. Ez nagyjából 340 billió billió billió, ami sokkal több, mint a 4,3 milliárd páratlan IPv4-cím. Sajnos a közelgő és jelenleg is jelen lévő IPv4-címtér kimerülése miatti sürgősség ellenére az IPv6-támogatás még mindig vázlatos. Ez azonban főként a régi hardvereknek köszönhető.
Következtetés
Az osztályos hálózatépítés egy korai kísérlet volt az IP-címek kiosztásának hatékonyságának javítására. Sikeres volt az IPv4 címtér kimerülésének késleltetésében, a 12 év alatt, amíg a helyén volt. Felváltotta a CIDR, amely egy sikeresebb hosszú távú megoldás volt.
A klasszikus hálózatépítés egyes örökségei tovább élnek, sok vállalatnál még mindig B osztályú, sőt néhány olyan A osztályú hálózatot is hozzárendeltek, amelyet nem tudnak hatékonyan kihasználni. Valójában még ennek megkísérlése is jelent némi biztonsági kockázatot, mivel bármely ilyen IP-címet használó gép nyilvánosan címezhető lenne tűzfal nélkül. A CIDR jelölésben az A osztályú hálózat /8, a B osztályú hálózat /16, a C osztályú hálózat pedig /24.