Antes mesmo da Internet existir, as redes de computadores já existiam. Essas redes usavam endereços IP idênticos aos usados hoje. Essas redes foram interconectadas pela ARPANET, que eventualmente evoluiu para o que hoje é a Internet. Nesses primeiros dias de rede de computadores, a escala e a popularidade da Internet eram essencialmente inconcebíveis. Muitas das tecnologias modernas que damos como garantidas simplesmente não existiam. Por causa disso e das suposições da época, grandes lotes de endereços IP foram distribuídos.
À medida que a ARPANET continuava a crescer, foi determinado que o sistema contemporâneo de distribuição de endereços teria problemas com a exaustão do espaço de endereço em um futuro próximo. A rede classful foi a primeira tentativa de retardar a questão do esgotamento do espaço de endereçamento. Para entender o que é uma rede classful e como ela funciona, é importante entender os sistemas subjacentes a ela, principalmente os endereços IPv4.
Estrutura de endereço IP
Um endereço IP é o endereço de protocolo de Internet exclusivo usado para direcionar o tráfego de rede pela Internet. IPv4 é o principal esquema de endereçamento. Os endereços IPv4 geralmente são exibidos na notação de quatro pontos para serem legíveis por humanos. Por exemplo, um endereço IP pode ter esta aparência “192.168.0.1”. Cada endereço IP tem quatro seções, separadas por pontos, daí o termo – dotted quad. No entanto, também é referido como notação ponto-decimal.
Na realidade, porém, os computadores não usam esse formato. Como tudo com que os computadores lidam, os endereços IP são usados em binário. No caso de endereços IPv4, cada uma das quatro seções, conhecida como octeto, é representada por 8 dígitos binários. O endereço acima é realmente “11000000.10101000.00000000.00000001” em binário.
Uma das principais coisas sobre isso é que, como cada octeto é representado apenas por 8 bits binários, os números legíveis por humanos devem estar entre 0 e 255. Isso significa que existem no máximo 255*255*255*255 ou 4.294.967.296 endereços IP possíveis. Embora quatro bilhões de endereços IP possíveis provavelmente pareçam muito, isso é menos de um endereço IP por pessoa atualmente viva. A maioria das pessoas no mundo ocidental tem mais de um dispositivo conectado à Internet.
Redes Classe A e Premissas Preliminares
Nos primórdios das redes de computadores, supunha-se que não haveria muitas redes. Não havia conexões de internet em casa ou mesmo computadores domésticos. Grandes empresas, institutos educacionais e departamentos governamentais eram os únicos lugares com redes. Presumiu-se que todas essas redes provavelmente cresceriam significativamente. Em contraste, o número total de redes permaneceria relativamente pequeno. Essa suposição nem estava equivocada com as informações da época, pois o IBM PC, o primeiro computador doméstico, ainda não havia sido lançado.
Empresas como Apple, Ford e AT&T receberam grandes lotes de endereços. O Departamento de Defesa dos EUA obteve mais de uma dúzia de grandes lotes de endereços. A Apple obteve 17.0.0.0, a Ford obteve 19.0.0.0, a AT&T obteve 12.0.0.0, enquanto o DOD obteve 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 e muito mais. Cada uma dessas redes atribuiu cada endereço IP começando com o primeiro número (17, 7, 19, etc) para as respectivas empresas. Isso significava que cada rede poderia suportar 16.777.216 endereços IP individuais. Isso também significava que havia um total de 255 redes possíveis.
Esse era o grande problema, à medida que as redes de computadores cresciam em popularidade, ficou claro que 255 redes não seriam suficientes para atender a demanda. Felizmente, esse problema foi detectado cedo o suficiente para que uma correção fosse desenvolvida. A primeira correção foi chamada de rede classful e foi introduzida em 1981. Aliás, este é o mesmo ano em que o IBM PC foi lançado. O computador pessoal e as conexões domésticas de internet logo aumentariam a pressão sobre o espaço de endereçamento.
As classes
A ideia da rede classful é dividir essas redes massivas em muitas redes menores. As grandes redes originais foram reclassificadas como redes Classe A. As novas classes B e C também foram criadas, enquanto outra seção foi reservada para uso futuro. A maneira mais fácil de separar as classes é que a Classe A ocupa a primeira metade de todos os endereços. A classe B recebe metade dos endereços restantes e a classe C recebe metade dos endereços após a classe B. O restante do espaço de endereço é reservado.
Na prática, isso significa que qualquer endereço IP em que o primeiro octeto tenha um número abaixo de 128 é uma rede Classe A. Uma rede Classe B é qualquer endereço onde o primeiro octeto está entre 128 e 191. Qualquer rede em que o primeiro octeto esteja entre 192 e 223 é uma rede Classe C. E qualquer coisa que comece com 224 ou superior é reservada. Em termos binários, todo endereço IP Classe A começa com 0. Todo endereço Classe B começa com 10, todo endereço Classe C começa com 110 e o espaço reservado começa com 111. Isso torna fácil determinar os limites de cada rede.
Isso significa que o espaço geral para redes de classe A é reduzido pela metade dos 256 originais para 128. É importante ressaltar que isso também significa que agora existem 16.384 redes Classe B, que suportam até 65.536 endereços IP cada, e 2.097.152 redes Classe C que suportam 256 endereços IP cada. O espaço reservado no final do espaço de endereço foi posteriormente dividido em Classe D e Classe E.
Espaço reservado
Vários endereços no início e no final de cada aula foram reservados com algumas seções no meio também. Alguns, como 0.0.0.0 a 0.255.255.255 não foram usados especificamente para nada, sendo reservados para uso futuro. Outras seções reservadas receberam um propósito específico. Por exemplo, qualquer endereço IP que comece com 127 é tratado como um endereço de loopback. O tráfego de rede nunca é transmitido e simplesmente retorna ao remetente sem ser enviado.
Endereços a partir de 192 foram reservados, sendo 192.168 endereços reservados para uso em redes internas, permitindo que qualquer rede interna o utilizasse. Isso é usado em quase todas as redes domésticas, por exemplo, pois fornece 256 endereços possíveis. Para casos de uso maiores, qualquer endereço começando com 172,16 a 172,31 também é reservado para uso interno, assim como qualquer rede começando com 10.
Esses espaços de endereços privados são reservados apenas para uso interno. Todos os equipamentos de rede são projetados para evitar que qualquer tráfego destinado a um desses endereços reservados passe de um roteador para outra rede. Os endereços são específicos da rede, o que significa que qualquer pessoa pode usá-los em suas próprias redes internas. Para que isso funcione, o roteador deve ter um endereço IP público, acompanhar qual dispositivo interno está solicitar quais dados de outra rede e garantir que a resposta volte para a direita dispositivo. Essa técnica é chamada de NAT ou Tradução de Endereço de Rede.
Sucesso e fracasso da rede classful
A rede classful permite um uso muito mais eficiente do espaço do que apenas atribuir um 256º do espaço de endereçamento possível para qualquer empresa que o solicite. A grande maioria das empresas, departamentos governamentais, etc., não precisa de 16.777.216 endereços IP. Eles podem obter um número muito menor de endereços IP atribuídos a eles e se sair bem.
Embora o sistema de rede classful pareça bom no papel e seja certamente elegante, infelizmente, ele se depara com problemas semelhantes em uma escala diferente. A maioria das empresas também é menor que uma rede classe B, não necessitando de 65.536 endereços IP possíveis. Mesmo em meados dos anos 80 e início dos anos 90, porém, muitas empresas eram grandes demais para uma rede classe C com apenas 256 endereços IP. Isso significava que as empresas muitas vezes precisavam de redes Classe B, mesmo que precisassem apenas de 300 endereços IP. Mais uma vez, isso significava que o espaço de endereço era usado de forma ineficiente com vastas faixas de endereços emitidas para empresas que nunca utilizariam todo ele.
Sucessores do Classful Networking
Esse problema foi rapidamente identificado e, em 1993, apenas 12 anos após a introdução da rede classful, ela foi substituída. Sua substituição foi chamada de Classless Inter-Domain Routing, ou CIDR (cidra pronunciada). O CIDR permitiu muito mais configurabilidade no número de endereços emitidos. Permitindo que as redes sejam definidas por cada bit binário em vez de cada octeto. Essa solução ainda está em uso hoje, embora o crescimento maciço de dispositivos conectados à Internet tenha esgotado completamente o espaço de endereço IPv4, mesmo com essa técnica de endereçamento mais eficiente.
A solução para isso é a mudança para IPv6, que fornece um espaço de endereço muito maior, 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 endereços possíveis para ser exato. Isso é aproximadamente 340 trilhões de trilhões de trilhões, o que é muito mais do que os 4,3 bilhões de endereços IPv4 ímpares. Infelizmente, apesar da urgência impulsionada pelo iminente e agora presente esgotamento do espaço de endereçamento IPv4, o suporte IPv6 ainda é incompleto. No entanto, isso se deve principalmente ao hardware legado.
Conclusão
A rede classful foi uma tentativa inicial de melhorar a eficiência da alocação de endereços IP. Foi bem sucedido em retardar o esgotamento do espaço de endereços IPv4, pelos 12 anos em que estava em vigor. Foi substituído pelo CIDR, que era uma solução de longo prazo mais bem-sucedida.
Alguns legados de redes classful continuam com muitas empresas ainda tendo Classe B ou até mesmo algumas com redes Classe A atribuídas a elas, das quais não podem fazer uso eficiente. De fato, mesmo tentar fazer isso apresenta um risco de segurança, pois qualquer máquina que use um desses endereços IP seria endereçável publicamente sem um firewall instalado. Na notação CIDR, uma rede Classe A é /8, uma rede Classe B é /16 e uma rede Classe C é /24.