インターネットが登場する前から、コンピュータ ネットワークが存在していました。 これらのネットワークは、現在使用されているものと同じ IP アドレスを使用していました。 これらのネットワークは ARPANET を介して相互接続され、最終的に現在のインターネットに発展しました。 コンピュータ ネットワーキングの黎明期には、インターネットの規模と人気は本質的に想像を絶するものでした。 私たちが当たり前だと思っている現代のテクノロジーの多くは、単に存在しませんでした。 このことと当時の想定により、大量の IP アドレスが配布されました。
ARPANET が成長し続けるにつれて、アドレスを配布するための現在のシステムは、近い将来、アドレス空間の枯渇という問題に直面するだろうと判断されました。 クラスフル ネットワーキングは、スペースの枯渇に対処するという問題を遅らせるための最初の試みでした。 クラスフル ネットワーキングとは何か、またその仕組みを理解するには、その基盤となるシステム、主に IPv4 アドレスを理解することが重要です。
IP アドレス構造
IP アドレスは、ネットワーク トラフィックをインターネット経由で転送するために使用される一意のインターネット プロトコル アドレスです。 IPv4 は主要なアドレッシング スキームです。 通常、IPv4 アドレスは、人間が判読できるように、ドット 4 重表記で表示されます。 たとえば、IP アドレスは「192.168.0.1」のようになります。 各 IP アドレスには、ドットで区切られた 4 つのセクションがあります。 ただし、ドット 10 進数表記とも呼ばれます。
ただし、実際には、コンピューターは実際にはこの形式を使用していません。 コンピュータが扱うすべてのものと同様に、IP アドレスはバイナリで使用されます。 IPv4 アドレスの場合、オクテットと呼ばれる 4 つのセクションのそれぞれが 8 桁の 2 進数で表されます。 上記のアドレスは、実際にはバイナリで「11000000.10101000.00000000.00000001」です。
これに関する重要な点の 1 つは、各オクテットが 8 バイナリ ビットでしか表されないため、人間が読み取れる数値は 0 から 255 の間でなければならないということです。 これは、最大で 255*255*255*255 または 4,294,967,296 の可能な IP アドレスがあることを意味します。 考えられる 40 億の IP アドレスはおそらく多くのように思えますが、現在生きている 1 人あたりの IP アドレスは 1 つ未満です。 西側諸国のほとんどの人は、インターネットに接続されたデバイスを複数持っています。
クラス A ネットワークと初期の仮定
コンピュータ ネットワーキングの黎明期には、多くのネットワークは存在しないと想定されていました。 自宅のインターネット接続はなく、自宅のコンピューターさえありませんでした。 ネットワークを持つ場所は、大企業、教育機関、政府機関だけでした。 これらのネットワークはすべて、大幅に成長する可能性が高いと想定されていました。 対照的に、ネットワークの総数は比較的少ないままです。 最初の家庭用コンピューターである IBM PC がまだリリースされていなかったので、この仮定は当時の情報で見当違いではありませんでした。
Apple、Ford、AT&T などの企業は大量のアドレスを取得しました。 米国国防総省は、12 を超える大量の住所を取得しました。 Apple は 17.0.0.0、Ford は 19.0.0.0、AT&T は 12.0.0.0、DOD は 6.0.0.0、7.0.0.0、11.0.0.0 などです。 これらの各ネットワークは、最初の番号 (17、7、19 など) で始まるすべての IP アドレスをそれぞれの企業に割り当てました。 これは、各ネットワークが 16,777,216 個の個別の IP アドレスをサポートできることを意味します。 また、合計 255 の可能なネットワークがあることも意味します。
これは大きな問題でした。コンピュータ ネットワーキングの人気が高まるにつれ、255 のネットワークでは需要を満たすことができないことが明らかになりました。 ありがたいことに、この問題は早期に発見され、修正プログラムが開発されました。 最初の修正はクラスフル ネットワーキングと呼ばれ、1981 年に導入されました。 ちなみに、これはIBM PCが発売された年と同じです。 パソコンと自宅のインターネット接続は、すぐにアドレス空間への圧力を高めます。
クラス
クラスフル ネットワーキングの考え方は、これらの大規模なネットワークを多数の小さなネットワークに分割することです。 元の巨大なネットワークは、クラス A ネットワークとして再分類されました。 新しいクラス B と C も作成されましたが、別のセクションは将来の使用のために予約されています。 クラスを分離する最も簡単な方法は、クラス A がすべてのアドレスの前半を占めることです。 クラス B は残りのアドレスの半分を取得し、クラス C はクラス B の後にアドレスの半分を取得します。 残りのアドレス空間は予約されています。
実際には、これは、最初のオクテットの数値が 128 未満の IP アドレスはすべてクラス A ネットワークであることを意味します。 クラス B ネットワークは、最初のオクテットが 128 ～ 191 の任意のアドレスです。 最初のオクテットが 192 ～ 223 のネットワークは、クラス C ネットワークです。 また、224 以上で始まるものはすべて予約されています。 バイナリ用語では、すべてのクラス A IP アドレスは 0 で始まります。 すべてのクラス B アドレスは 10 で始まり、すべてのクラス C アドレスは 110 で始まり、予約済みスペースは 111 で始まります。 これにより、各ネットワークの境界を簡単に判断できます。
これは、クラス A ネットワークの全体的なスペースが元の 256 から 128 に半分になることを意味します。 重要なことに、これは、それぞれ最大 65,536 の IP アドレスをサポートする 16,384 のクラス B ネットワークと、それぞれ 256 の IP アドレスをサポートする 2,097,152 のクラス C ネットワークが存在することも意味します。 アドレス空間の最後にある予約済み空間は、後にクラス D とクラス E に分割されました。
予約済みスペース
各クラスの最初と最後にいくつかのアドレスが予約されており、中間のいくつかのセクションも予約されています。 0.0.0.0 から 0.255.255.255 のようなものは特に何にも使用されておらず、代わりに将来の使用のために予約されています。 他の予約済みセクションには、特定の目的が与えられました。 たとえば、127 で始まる IP アドレスはすべてループバック アドレスとして扱われます。 ネットワーク トラフィックは送信されず、送信されずに送信者に跳ね返されます。
192 で始まるアドレスは予約されており、192.168 アドレスは内部ネットワークで使用するために予約されており、すべての内部ネットワークで使用できます。 これは、たとえば、256 の可能なアドレスを提供するため、ほとんどすべてのホーム ネットワークで使用されます。 大規模な使用例では、172.16 から 172.31 で始まるアドレスも、10 で始まるネットワークと同様に内部使用のために予約されます。
これらのプライベート アドレス空間は、内部使用のみに予約されています。 すべてのネットワーク機器は、これらの予約済みアドレスのいずれかを宛先とするトラフィックがルーターを通過して別のネットワークに到達するのを防ぐように設計されています。 アドレスはネットワーク固有です。つまり、誰でも自分の内部ネットワークで使用できます。 これが機能するには、ルーターにパブリック IP アドレスが必要です。 別のネットワークからどのデータを要求し、応答が正しく返されるようにします デバイス。 この技術は、NAT またはネットワーク アドレス変換と呼ばれます。
クラスフル ネットワーキングの成功と失敗
クラスフル ネットワーキングにより、1 つの 256 を割り当てるよりもはるかに効率的にスペースを使用できます。番目 それを要求するすべての企業への可能なアドレス空間の。 企業や政府機関などの大多数は、16,777,216 個の IP アドレスを必要としません。 割り当てられた IP アドレスの数ははるかに少なく、問題なく動作します。
クラスフル ネットワーキング システムは理論上は良さそうに見えますが、残念ながら、異なる規模で同様の問題に遭遇します。 また、ほとんどの企業はクラス B ネットワークよりも小規模であり、65536 個の IP アドレスを必要としません。 しかし、80 年代半ばから 90 年代前半でさえ、多くの企業は 256 個の IP アドレスしかないクラス C ネットワークには大きすぎました。 これは、300 の IP アドレスしか必要としない場合でも、多くの企業がクラス B ネットワークを必要とすることを意味していました。 繰り返しになりますが、これはアドレス空間が非効率的に使用され、そのすべてを利用することのない企業に大量のアドレスが発行されることを意味していました。
クラスフル ネットワーキングの後継者
この問題はすぐに特定されたため、クラスフル ネットワーキングが導入されてからわずか 12 年後の 1993 年に置き換えられました。 その代替は Classless Inter-Domain Routing または CIDR (顕著なサイダー). CIDR により、発行されるアドレスの数をより多く設定できるようになりました。 各オクテットではなく各バイナリ ビットでネットワークを定義できるようにします。 このソリューションは現在でも使用されていますが、インターネットに接続されたデバイスの大幅な増加により、このより効率的なアドレス指定手法を使用しても、IPv4 アドレス空間が完全に使い果たされています。
その解決策は、はるかに大きなアドレス空間を提供する IPv6 への切り替えです。正確には、340、282、366、920、938、463、463、374、607、431、768、211、456 の可能なアドレスです。 これはおよそ 340 兆兆であり、43 億の奇数の IPv4 アドレスよりもはるかに多くなります。 残念ながら、差し迫った現在の IPv4 アドレス空間の枯渇による緊急性にもかかわらず、IPv6 のサポートはまだ不十分です。 ただし、これは主にレガシー ハードウェアによるものです。
結論
クラスフル ネットワーキングは、IP アドレス割り当ての効率を改善するための初期の試みでした。 12 年間、IPv4 アドレス空間の枯渇を遅らせることに成功しました。 これは、より成功した長期的なソリューションである CIDR に取って代わられました。
クラスフル ネットワーキングの一部の遺産は、多くの企業がまだクラス B を使用しているか、またはクラス A ネットワークを割り当てられている企業がいくつかあり、効率的に使用できない可能性があります。 実際、そうしようとしても、それらの IP アドレスのいずれかを使用するマシンは、ファイアウォールを設置しなくてもパブリックにアドレス指定できるため、多少のセキュリティ リスクが生じます。 CIDR 表記では、クラス A ネットワークは /8、クラス B ネットワークは /16、クラス C ネットワークは /24 です。