Zanim Internet był czymś, istniały sieci komputerowe. Sieci te wykorzystywały adresy IP identyczne z używanymi dzisiaj. Sieci te zostały połączone przez ARPANET, który ostatecznie przekształcił się w to, co jest obecnie Internetem. W tych wczesnych dniach sieci komputerowych skala i popularność Internetu były w zasadzie niewyobrażalne. Wiele nowoczesnych technologii, które uważamy za oczywiste, po prostu nie istniało. W związku z tym i ówczesnymi założeniami rozdawane były ogromne partie adresów IP.
Wraz z rozwojem sieci ARPANET ustalono, że współczesny system rozdawania adresów napotka w najbliższej przyszłości problemy z wyczerpaniem przestrzeni adresowej. Tworzenie sieci z klasami było pierwszą próbą opóźnienia problemu wyczerpania przestrzeni. Aby zrozumieć, czym jest sieć klasowa i jak działa, ważne jest, aby zrozumieć leżące u jej podstaw systemy, głównie adresy IPv4.
Struktura adresu IP
Adres IP to unikalny adres protokołu internetowego używany do kierowania ruchu sieciowego przez Internet. IPv4 to główny schemat adresowania. Adresy IPv4 są zazwyczaj wyświetlane w notacji z kropkami, aby były czytelne dla człowieka. Na przykład adres IP może wyglądać tak „192.168.0.1”. Każdy adres IP ma cztery sekcje oddzielone kropkami, stąd określenie – czwórka z kropkami. Jednak jest to również określane jako notacja kropkowo-dziesiętna.
W rzeczywistości jednak komputery tak naprawdę nie używają tego formatu. Jak wszystko, czym zajmują się komputery, adresy IP są używane w postaci binarnej. W przypadku adresów IPv4 każda z czterech sekcji, znanych jako oktet, jest reprezentowana przez 8 cyfr binarnych. Powyższy adres to tak naprawdę „11000000.10101000.00000000.000000001” w postaci binarnej.
Jedną z kluczowych rzeczy jest to, że ponieważ każdy oktet jest reprezentowany tylko przez 8 bitów binarnych, liczby czytelne dla człowieka muszą zawierać się w przedziale od 0 do 255. Oznacza to, że istnieje maksymalnie 255*255*255*255 lub 4 294 967 296 możliwych adresów IP. Chociaż cztery miliardy możliwych adresów IP prawdopodobnie wydaje się dużo, to mniej niż jeden adres IP na żyjącą obecnie osobę. Większość ludzi w świecie zachodnim ma więcej niż jedno urządzenie podłączone do Internetu.
Sieci klasy A i wczesne założenia
Na początku tworzenia sieci komputerowych zakładano, że nie będzie wielu sieci. Nie było domowych połączeń internetowych ani nawet domowych komputerów. Duże firmy, instytuty edukacyjne i departamenty rządowe były jedynymi miejscami, w których istniały jakiekolwiek sieci. Założono, że wszystkie te sieci będą prawdopodobnie znacznie się rozwijać. Natomiast całkowita liczba sieci pozostałaby stosunkowo niewielka. To założenie nie było nawet błędne w przypadku informacji w tamtym czasie, ponieważ IBM PC, pierwszy komputer domowy, nie został jeszcze wydany.
Firmy takie jak Apple, Ford i AT&T otrzymały duże partie adresów. Amerykański Departament Obrony otrzymał kilkanaście dużych partii adresów. Apple otrzymał 17.0.0.0, Ford 19.0.0.0, AT&T 12.0.0.0, podczas gdy DOD otrzymał 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 i więcej. Każda z tych sieci przypisywała każdy adres IP zaczynający się od pierwszej liczby (17, 7, 19 itd.) do odpowiednich firm. Oznaczało to, że każda sieć mogła obsługiwać 16 777 216 indywidualnych adresów IP. Oznaczało to również, że istnieje łącznie 255 możliwych sieci.
To był duży problem, gdy popularność sieci komputerowych rosła, stało się jasne, że 255 sieci nie wystarczy do zaspokojenia popytu. Na szczęście ten problem został zauważony wystarczająco wcześnie, aby można było opracować poprawkę. Pierwsza poprawka nosiła nazwę Classful Networking i została wprowadzona w 1981 roku. Nawiasem mówiąc, jest to ten sam rok, w którym wypuszczono IBM PC. Komputer osobisty i domowe połączenia internetowe wkrótce zwiększą presję na przestrzeń adresową.
Klasy
Ideą sieci klasowych jest rozbicie tych ogromnych sieci na wiele mniejszych. Pierwotne ogromne sieci zostały sklasyfikowane jako sieci klasy A. Utworzono również nowe klasy B i C, a inną sekcję odłożono jako zarezerwowaną do wykorzystania w przyszłości. Najłatwiejszym sposobem oddzielenia klas jest to, że klasa A zajmuje pierwszą połowę wszystkich adresów. Klasa B zajmuje wtedy połowę pozostałych adresów, a Klasa C otrzymuje połowę adresów po klasie B. Reszta przestrzeni adresowej jest zarezerwowana.
W praktyce oznacza to, że każdy adres IP, w którym pierwszy oktet miał liczbę poniżej 128, jest siecią klasy A. Sieć klasy B to dowolny adres, w którym pierwszy oktet zawiera się w przedziale od 128 do 191. Każda sieć, w której pierwszy oktet ma wartość od 192 do 223, jest siecią klasy C. I wszystko, co zaczyna się od 224 lub wyższej, jest zarezerwowane. W kategoriach binarnych każdy adres IP klasy A zaczyna się od 0. Każdy adres klasy B zaczyna się od 10, każdy adres klasy C zaczyna się od 110, a zarezerwowana przestrzeń zaczyna się od 111. Dzięki temu łatwo można określić granice każdej sieci.
Oznacza to, że całkowita przestrzeń dla sieci klasy A została zmniejszona o połowę z pierwotnych 256 do 128. Co ważne, oznacza to również, że obecnie istnieją 16 384 sieci klasy B, które obsługują do 65 536 adresów IP każda, oraz 2 097 152 sieci klasy C, które obsługują 256 adresów IP każda. Zarezerwowana przestrzeń na końcu przestrzeni adresowej została później podzielona na klasę D i klasę E.
Zarezerwowane miejsce
Pewna liczba adresów na początku i na końcu każdej klasy została zarezerwowana, a niektóre sekcje w środku również zostały zarezerwowane. Niektóre, takie jak 0.0.0.0 do 0.255.255.255, nie były specjalnie używane do niczego, zamiast tego są zarezerwowane do przyszłego użytku. Innym zarezerwowanym działom nadano określony cel. Na przykład każdy adres IP zaczynający się od 127 jest traktowany jako adres pętli zwrotnej. Ruch sieciowy nigdy nie jest przesyłany i po prostu wraca do nadawcy bez wysyłania.
Adresy zaczynające się od 192 zostały zarezerwowane, przy czym 192.168 adresów zostało zarezerwowanych do użytku w sieciach wewnętrznych, umożliwiając korzystanie z nich dowolnej sieci wewnętrznej. Jest to używane na przykład w prawie wszystkich sieciach domowych, ponieważ zapewnia 256 możliwych adresów. W przypadku większych przypadków każdy adres rozpoczynający się od 172.16 do 172.31 jest również zarezerwowany do użytku wewnętrznego, podobnie jak każda sieć zaczynająca się od 10.
Te prywatne przestrzenie adresowe są zarezerwowane wyłącznie do użytku wewnętrznego. Cały sprzęt sieciowy został zaprojektowany tak, aby żaden ruch przeznaczony dla jednego z tych zarezerwowanych adresów nie przedostawał się przez router do innej sieci. Adresy są specyficzne dla sieci, co oznacza, że każdy może ich używać we własnych sieciach wewnętrznych. Aby to zadziałało, router musi mieć publiczny adres IP, śledź, które urządzenie wewnętrzne jest żądanie jakich danych z innej sieci i upewnij się, że odpowiedź wraca do właściwej urządzenie. Ta technika nazywa się NAT lub translacją adresów sieciowych.
Sukces i porażka sieci klasowych
Klasyczna sieć pozwala na znacznie bardziej efektywne wykorzystanie przestrzeni niż tylko przypisanie jednego 256ten możliwej przestrzeni adresowej do dowolnej firmy, która o to poprosi. Zdecydowana większość firm, departamentów rządowych itp. nie potrzebuje 16 777 216 adresów IP. Mogą uzyskać znacznie mniejszą liczbę przypisanych im adresów IP i dobrze sobie radzą.
Podczas gdy system sieciowy z klasą wygląda dobrze na papierze i jest z pewnością zgrabny, niestety napotyka podobne problemy na inną skalę. Większość firm jest również mniejsza niż sieć klasy B, nie potrzebuje 65536 możliwych adresów IP. Jednak nawet w połowie lat 80. i na początku lat 90. wiele firm było zbyt dużych dla sieci klasy C z zaledwie 256 adresami IP. Oznaczało to, że firmy często potrzebowały sieci klasy B, nawet jeśli potrzebowały tylko 300 adresów IP. Ponownie oznaczało to, że przestrzeń adresowa była wykorzystywana nieefektywnie w przypadku dużej liczby adresów wydawanych firmom, które nigdy nie wykorzystałyby jej w całości.
Następcy Classful Networking
Ten problem został szybko zidentyfikowany, więc w 1993 roku, zaledwie 12 lat po wprowadzeniu sieci klasowej, został on zastąpiony. Jego zamiennik nazywał się bezklasowym routingiem międzydomenowym lub CIDR (wyraźny cydr). CIDR pozwalał na znacznie większą konfigurowalność liczby wydawanych adresów. Umożliwianie definiowania sieci przez każdy bit binarny, a nie przez każdy oktet. To rozwiązanie jest nadal w użyciu, chociaż ogromny wzrost urządzeń podłączonych do Internetu całkowicie wyczerpał przestrzeń adresową IPv4, nawet przy tej bardziej wydajnej technice adresowania.
Rozwiązaniem jest przejście na IPv6, które zapewnia znacznie większą przestrzeń adresową, a dokładniej 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 możliwych adresów. To około 340 bilionów bilionów bilionów, czyli znacznie więcej niż 4,3 miliarda nieparzystych adresów IPv4. Niestety, pomimo pośpiechu spowodowanego zbliżającym się i obecnym wyczerpaniem przestrzeni adresowej IPv4, obsługa IPv6 jest wciąż pobieżna. Wynika to jednak głównie ze starszego sprzętu.
Wniosek
Sieć klasowa była wczesną próbą poprawy wydajności alokacji adresów IP. Udało mu się opóźnić wyczerpywanie się przestrzeni adresowej IPv4 przez 12 lat jej istnienia. Został on zastąpiony przez CIDR, który był bardziej udanym rozwiązaniem długoterminowym.
Niektóre spuścizny sieci klasowych nadal istnieją, a wiele firm nadal ma przypisaną klasę B lub nawet kilka z przypisanymi do nich sieciami klasy A, z których nie mogą efektywnie korzystać. Rzeczywiście, nawet próba zrobienia tego stanowi pewne zagrożenie bezpieczeństwa, ponieważ każdy komputer korzystający z jednego z tych adresów IP byłby publicznie adresowalny bez zainstalowanej zapory. W notacji CIDR sieć klasy A to /8, sieć klasy B to /16, a sieć klasy C to /24.