מה זה רשת ייצוגית?

עוד לפני שהאינטרנט היה שם דבר, היו קיימות רשתות מחשבים. רשתות אלו השתמשו בכתובות IP זהות לאלו המשמשות כיום. רשתות אלו היו מחוברות זו לזו באמצעות ARPANET, אשר בסופו של דבר התפתח למה שהוא כיום האינטרנט. בימים הראשונים הללו של רשת מחשבים, קנה המידה והפופולריות של האינטרנט היו בלתי נתפסים בעצם. רבות מהטכנולוגיות המודרניות שאנו לוקחים כמובן מאליו פשוט לא היו קיימות. בגלל זה וההנחות של אותה תקופה, חולקו קבוצות עצומות של כתובות IP.

ככל שה-ARPANET המשיך לגדול, נקבע שהמערכת העכשווית לחלוקת כתובות הולכת להיתקל בבעיות עם מיצוי הכתובות בעתיד הקרוב. רשת מעמדית הייתה הניסיון הראשון לעכב את נושא הטיפול במיצוי החלל. כדי להבין מהי רשת ייצוגית וכיצד היא פועלת, חשוב להבין את המערכות העומדות בבסיסה, בעיקר כתובות IPv4.

מבנה כתובת IP

כתובת IP היא כתובת פרוטוקול האינטרנט הייחודית המשמשת להכוונת תעבורת רשת דרך האינטרנט. IPv4 היא ערכת הכתובת העיקרית. כתובות IPv4 מוצגות בדרך כלל בסימון מרובע מנוקד כדי להיות קריאות לאדם. לדוגמה, כתובת IP עשויה להיראות כך "192.168.0.1". לכל כתובת IP יש ארבעה חלקים, מופרדים על ידי נקודות, ומכאן המונח - מרובע מנוקד. עם זאת, זה מכונה גם סימון נקודה-עשרונית.

אולם במציאות, מחשבים לא ממש משתמשים בפורמט הזה. כמו כל דבר שמחשבים עוסקים בו, כתובות IP משמשות בבינארי. במקרה של כתובות IPv4, כל אחד מארבעת המקטעים, המכונה אוקטטה, מיוצג על ידי 8 ספרות בינאריות. הכתובת שלמעלה היא באמת "11000000.10101000.00000000.00000001" בבינארי.

אחד הדברים המרכזיים בעניין זה הוא שבגלל שכל אוקטטה מיוצגת רק על ידי 8 סיביות בינאריות, המספרים הניתנים לקריאה על ידי האדם חייבים להיות בין 0 ל-255. המשמעות היא שיש לכל היותר 255*255*255*255 או 4,294,967,296 כתובות IP אפשריות. בעוד שארבעה מיליארד כתובות IP אפשריות כנראה נראות כמו הרבה, זה פחות מכתובת IP אחת לאדם שחי כרגע. לרוב האנשים בעולם המערבי יש יותר ממכשיר אחד מחובר לאינטרנט.

רשתות Class A והנחות מוקדמות

בימים הראשונים של רשת המחשבים, ההנחה הייתה שלא יהיו הרבה רשתות. לא היו חיבורי אינטרנט ביתיים או אפילו מחשבים ביתיים. חברות גדולות, מוסדות חינוך ומשרדי ממשלה היו המקומות היחידים עם רשתות כלשהן. ההנחה הייתה שכל הרשתות הללו יצמחו באופן משמעותי. לעומת זאת, המספר הכולל של הרשתות יישאר קטן יחסית. ההנחה הזו אפילו לא הייתה מוטעית עם המידע באותה תקופה מכיוון ש-IBM PC, המחשב הביתי הראשון, עדיין לא שוחרר.

לחברות כמו אפל, פורד ו-AT&T יש קבוצות גדולות של כתובות. ה-DOD האמריקאי קיבל יותר מתריסר קבוצות גדולות של כתובות. אפל קיבלה 17.0.0.0, פורד קיבלה 19.0.0.0, AT&T קיבלה 12.0.0.0, בעוד שה-DOD קיבלה 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 ועוד. כל אחת מהרשתות הללו הקצתה כל כתובת IP שמתחילה במספר הראשון (17, 7, 19 וכו') לחברות המתאימות. המשמעות היא שכל רשת יכולה לתמוך ב-16,777,216 כתובות IP בודדות. זה גם אומר שהיו בסך הכל 255 רשתות אפשריות.

זו הייתה הבעיה הגדולה, כשהפופולריות של רשתות מחשבים גדלה, התברר ש-255 רשתות לא יספיקו כדי לספק את הביקוש. למרבה המזל, בעיה זו אותרה מוקדם מספיק כדי לפתח תיקון. התיקון הראשון נקרא רשת קלאסית והוא הוצג ב-1981. אגב, זו אותה שנה שבה יצא המחשב האישי של IBM. המחשב האישי וחיבורי האינטרנט הביתיים יגבירו בקרוב את הלחץ על שטח הכתובות.

השיעורים

הרעיון של רשתות ייצוגיות הוא לפרק את הרשתות המאסיביות הללו להרבה יותר קטנות. רשתות הענק המקוריות סווגו מחדש כרשתות Class A. כמו כן נוצרו הכיתות החדשות ב' ו-ג', בעוד שחלק נוסף הופרש כשמור לשימוש עתידי. הדרך הקלה ביותר להפריד בין המחלקות היא שכיתה א' תופסת את המחצית הראשונה של כל הכתובות. לאחר מכן מחלקה B לוקחת מחצית מהכתובות הנותרות, ומחלקה C מקבלת מחצית מהכתובות לאחר מחלקה B. שאר שטח הכתובות שמור.

מבחינה מעשית, זה אומר שכל כתובת IP שבה לשמינייה הראשונה היה מספר מתחת ל-128, היא רשת Class A. רשת Class B היא כל כתובת שבה השמינייה הראשונה היא בין 128 ל-191. כל רשת שבה השמינייה הראשונה היא בין 192 ל-223 היא רשת Class C. וכל דבר שמתחיל ב-224 ומעלה שמור. במונחים בינאריים, כל כתובת IP Class A מתחילה ב-0. כל כתובת Class B מתחילה ב-10, כל כתובת Class C מתחילה ב-110, והשטח השמור מתחיל ב-111. זה מאפשר לקבוע בקלות את הגבולות של כל רשת.

המשמעות היא שהשטח הכולל של רשתות Class A מצטמצם בחצי מ-256 ל-128. חשוב לציין, זה גם אומר שיש כעת 16,384 רשתות Class B, התומכות בעד 65,536 כתובות IP כל אחת, ו-2,097,152 רשתות Class C התומכות ב-256 כתובות IP כל אחת. השטח השמור בקצה מרחב הכתובות פוצל מאוחר יותר ל-Class D ו-Class E.

מקום שמור

מספר כתובות בתחילתו ובסיומו של כל שיעור נשמרו, כאשר חלקים מסוימים באמצע היו שמורים מדי. חלקם, כמו 0.0.0.0 עד 0.255.255.255 לא שימשו במיוחד לשום דבר, במקום זאת נשמרו לשימוש עתידי. חלקים שמורים אחרים קיבלו מטרה ספציפית. לדוגמה, כל כתובת IP שמתחילה ב-127 מטופלת ככתובת loopback. תעבורת הרשת לעולם אינה מועברת ופשוט חוזרת אל השולח מבלי להישלח.

כתובות שמתחילות ב-192 נשמרו, כאשר 192.168 כתובות שמורות לשימוש ברשתות פנימיות, מה שמאפשר לכל רשת פנימית להשתמש בה. זה משמש כמעט בכל הרשתות הביתיות, למשל, מכיוון שהוא מספק 256 כתובות אפשריות. למקרי שימוש גדולים יותר, כל כתובת שמתחילה ב-172.16 עד 172.31 שמורה לשימוש פנימי כמו כל רשת שמתחילה ב-10.

שטחי כתובות פרטיים אלו שמורים לשימוש פנימי בלבד. כל ציוד הרשת נועד למנוע מכל תעבורה המיועדת לאחת מהכתובות השמורות הללו לעבור על פני נתב לרשת אחרת. הכתובות הן ספציפיות לרשת, כלומר כל אחד וכל אחד יכול להשתמש בהן ברשתות הפנימיות שלו. כדי שזה יעבוד, הנתב חייב להיות בעל כתובת IP ציבורית, עקוב אחר התקן פנימי לבקש אילו נתונים מרשת אחרת, ולהבטיח שהתגובה תחזור ימינה התקן. טכניקה זו נקראת NAT או Network Address Translation.

הצלחה וכישלון של רשת ייצוגית

רשת ייצוגית מאפשרת שימוש הרבה יותר יעיל בחלל מאשר רק הקצאת 256 אחת^ה' של מרחב הכתובות האפשרי לכל חברה שתבקש זאת. הרוב המכריע של החברות, משרדי הממשלה וכו', אינן זקוקות ל-16,777,216 כתובות IP. הם יכולים לקבל מספר קטן בהרבה של כתובות IP שהוקצו להם ולהסתדר מצוין.

בעוד שמערכת הרשת המעמדית נראית טוב על הנייר, ובהחלט מסודרת, למרבה הצער, היא נתקלת בבעיות דומות בקנה מידה שונה. רוב החברות גם קטנות יותר מרשת מסוג B, לא זקוקות ל-65536 כתובות IP אפשריות. אפילו באמצע שנות ה-80 ותחילת שנות ה-90, חברות רבות היו גדולות מדי עבור רשת מסוג C עם 256 כתובות IP בלבד. המשמעות היא שחברות נזקקו לרוב לרשתות Class B, גם אם הן היו זקוקות ל-300 כתובות IP בלבד. שוב, משמעות הדבר היא ששטח הכתובות נוצל בצורה לא יעילה עם חלקים עצומים של כתובות שהונפקו לחברות שלעולם לא ינצלו את כולו.

ממשיכי דרכו של רשת Classful

בעיה זו זוהתה במהירות, וכך בשנת 1993, רק 12 שנים לאחר הצגת הרשתות הייצוגיות, היא הוחלפה. ההחלפה שלו נקראה Classless Inter-Domain Routing, או CIDR (סיידר מבוטא). CIDR איפשר הרבה יותר הגדרות תצורה במספר הכתובות שהונפקו. מאפשר להגדיר רשתות על ידי כל סיביות בינאריות ולא על ידי כל אוקטט. פתרון זה עדיין נמצא בשימוש היום, אם כי הגידול האדיר במכשירים המחוברים לאינטרנט מיצה לחלוטין את מרחב הכתובות של IPv4 אפילו עם טכניקת הכתובת היעילה יותר הזו.

הפתרון לכך הוא המעבר ל-IPv6 המספק מרחב כתובות גדול בהרבה, 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 כתובות אפשריות ליתר דיוק. זה בערך 340 טריליון טריליון טריליון, שזה הרבה יותר מ-4.3 מיליארד כתובות IPv4 מוזרות. למרבה הצער, למרות הדחיפות המונעת על ידי מיצוי שטחי כתובות ה-IPv4 הממשמש ובא ועכשיו, תמיכת ה-IPv6 עדיין מצומצמת. עם זאת, זה נובע בעיקר מחומרה מדור קודם.

סיכום

רשת ייצוגית הייתה ניסיון מוקדם לשפר את היעילות של הקצאת כתובות IP. היא הצליחה לעכב את מיצוי מרחב הכתובות של IPv4, במשך 12 השנים שבהן היה קיים. זה הוחלף על ידי CIDR, שהיה פתרון מוצלח יותר לטווח ארוך.

חלק מהמורשת של רשתות ייצוגיות מתקיימות עם חברות רבות שעדיין מחזיקות ב-Class B או אפילו לכמה שהוקצו להן רשתות Class A שהן לא יכולות לעשות בהן שימוש יעיל. אכן, אפילו ניסיון לעשות זאת מהווה סיכון אבטחה מסוים שכן כל מכונה המשתמשת באחת מאותן כתובות IP תהיה ניתנת להתייחסות ציבורית ללא חומת אש. בסימון CIDR רשת Class A היא /8, רשת Class B היא /16 ורשת Class C היא /24.