Innan internet ens var en grej fanns datornätverk. Dessa nätverk använde IP-adresser identiska med de som används idag. Dessa nätverk var sammankopplade över ARPANET, som så småningom utvecklades till vad som nu är Internet. I dessa tidiga dagar av datornätverk var omfattningen och populariteten av Internet i huvudsak ofattbar. Många av de moderna tekniker som vi tar för givna fanns helt enkelt inte. På grund av detta och dåtidens antaganden delades stora partier av IP-adresser ut.
När ARPANET fortsatte att växa fastställdes det att det moderna systemet för att dela ut adresser skulle stöta på problem med utmattning av adressutrymme inom en snar framtid. Klassiskt nätverkande var det första försöket att fördröja frågan om att ta itu med utrymmesutmattning. För att förstå vad klassificerat nätverk är, och hur det fungerar, är det viktigt att förstå de system som ligger bakom det, främst IPv4-adresser.
IP-adressstruktur
En IP-adress är den unika Internet Protocol-adress som används för att dirigera nätverkstrafik över Internet. IPv4 är det huvudsakliga adresseringsschemat. IPv4-adresser visas i allmänhet i den prickade fyrkantiga notationen för att vara läsbara för människor. Till exempel kan en IP-adress se ut så här "192.168.0.1". Varje IP-adress har fyra sektioner, åtskilda av punkter, därav termen – prickad quad. Men det kallas också punkt-decimal notation.
I verkligheten använder dock datorer faktiskt inte detta format. Precis som allt som datorer hanterar används IP-adresser i binärt format. När det gäller IPv4-adresser representeras var och en av de fyra sektionerna, känd som en oktett, av 8 binära siffror. Ovanstående adress är egentligen "11000000.10101000.00000000.00000001" i binärt format.
En av de viktigaste sakerna med detta är att eftersom varje oktett bara representeras av 8 binära bitar, måste de läsbara talen vara mellan 0 och 255. Det betyder att det finns som mest 255*255*255*255 eller 4 294 967 296 möjliga IP-adresser. Medan fyra miljarder möjliga IP-adresser förmodligen verkar vara mycket, är det mindre än en IP-adress per person som för närvarande lever. De flesta människor i västvärlden har mer än en internetansluten enhet.
Klass A-nätverk och tidiga antaganden
I början av datornätverk antogs det att det inte skulle finnas många nätverk. Det fanns inga hemanslutningar till internet eller ens hemdatorer. Stora företag, utbildningsinstitutioner och statliga myndigheter var de enda platserna med några nätverk. Alla dessa nätverk antogs sannolikt växa avsevärt. Däremot skulle det totala antalet nätverk förbli relativt litet. Detta antagande var inte ens missriktat med informationen vid den tiden eftersom IBM PC, den första hemdatorn, inte hade släppts ännu.
Företag som Apple, Ford och AT&T fick stora mängder adresser. US DOD fick mer än ett dussin stora grupper av adresser. Apple fick 17.0.0.0, Ford fick 19.0.0.0, AT&T fick 12.0.0.0, medan DOD fick 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 och mer. Vart och ett av dessa nätverk tilldelade varje IP-adress som börjar med det första numret (17, 7, 19, etc) till respektive företag. Detta innebar att varje nätverk kunde stödja 16 777 216 individuella IP-adresser. Det innebar också att det fanns totalt 255 möjliga nätverk.
Detta var det stora problemet, eftersom datornätverk växte i popularitet blev det klart att 255 nätverk inte skulle räcka för att tillfredsställa efterfrågan. Lyckligtvis upptäcktes det här problemet tidigt nog för att en fix skulle kunna utvecklas. Den första fixen kallades classful networking och den introducerades 1981. Detta är för övrigt samma år som IBM PC: n släpptes. Persondatorn och internetanslutningarna i hemmet skulle snart öka trycket på adressutrymmet.
Klasserna
Tanken med klassificerat nätverk är att dela upp dessa enorma nätverk i många mindre. De ursprungliga enorma nätverken klassificerades om till klass A-nätverk. De nya klasserna B och C skapades också, medan ytterligare en sektion avsattes som reserverad för framtida bruk. Det enklaste sättet att separera klasserna är att klass A tar upp den första hälften av alla adresser. Klass B tar sedan hälften av de återstående adresserna, och klass C får hälften av adresserna efter klass B. Resten av adressutrymmet är reserverat.
I praktiken betyder detta att varje IP-adress där den första oktetten hade ett nummer under 128, är ett klass A-nätverk. Ett klass B-nätverk är vilken adress som helst där den första oktetten är mellan 128 och 191. Alla nätverk där den första oktetten är mellan 192 och 223 är ett klass C-nätverk. Och allt som börjar med 224 eller högre är reserverat. I binära termer börjar varje klass A IP-adress med en 0. Varje klass B-adress börjar med 10, varje klass C-adress börjar med 110 och det reserverade utrymmet börjar med 111. Detta gör det enkelt att fastställa gränserna för varje nätverk.
Detta innebär att det totala utrymmet för klass A-nätverk halveras från de ursprungliga 256 till 128. Viktigt, det betyder också att det nu finns 16 384 klass B-nätverk, som stöder upp till 65 536 IP-adresser vardera, och 2 097 152 klass C-nätverk som stöder 256 IP-adresser vardera. Det reserverade utrymmet i slutet av adressutrymmet delades senare upp i klass D och klass E.
Reserverat utrymme
Ett antal adresser i början och slutet av varje klass var reserverade med vissa sektioner i mitten också reserverade. Vissa, som 0.0.0.0 till 0.255.255.255, användes inte specifikt för någonting, utan reserverades för framtida användning. Andra reserverade avsnitt fick ett specifikt syfte. Till exempel, alla IP-adresser som börjar med 127 behandlas som en loopback-adress. Nätverkstrafiken överförs aldrig och studsar helt enkelt tillbaka till avsändaren utan att skickas.
Adresser som börjar med 192 reserverades, med 192.168 adresser reserverade för användning i interna nätverk, vilket gör det möjligt för alla interna nätverk att använda det. Detta används till exempel i nästan alla hemnätverk, eftersom det ger 256 möjliga adresser. För större användningsfall är alla adresser som börjar med 172.16 till 172.31 också reserverade för internt bruk, liksom alla nätverk som börjar med 10.
Dessa privata adressutrymmen är endast reserverade för internt bruk. All nätverksutrustning är utformad för att förhindra all trafik som är avsedd för en av dessa reserverade adresser från att ta sig förbi en router till ett annat nätverk. Adresserna är nätverksspecifika, vilket innebär att alla och alla kan använda dem i sina egna interna nätverk. För att detta ska fungera måste routern ha en offentlig IP-adress, håll koll på vilken intern enhet det är begära vilken data från ett annat nätverk, och se till att svaret kommer tillbaka till höger enhet. Denna teknik kallas NAT eller Network Address Translation.
Framgång och misslyckande med klassrikt nätverk
Klassiskt nätverkande möjliggör mycket effektivare användning av utrymmet än att bara tilldela en 256th av det möjliga adressutrymmet till alla företag som ber om det. De allra flesta företag, statliga myndigheter etc. behöver inte 16 777 216 IP-adresser. De kan få ett mycket mindre antal IP-adresser tilldelade dem och klarar sig bra.
Även om det klassiska nätverkssystemet ser bra ut på papper, och verkligen är snyggt, stöter det tyvärr på liknande problem i en annan skala. De flesta företag är också mindre än ett klass B-nätverk och behöver inte 65536 möjliga IP-adresser. Även i mitten av 80-talet och början av 90-talet var många företag för stora för ett klass C-nätverk med bara 256 IP-adresser. Detta innebar att företag ofta behövde nätverk av klass B även om de bara behövde 300 IP-adresser. Återigen innebar detta att adressutrymmet användes ineffektivt med stora mängder adresser som utfärdades till företag som aldrig skulle utnyttja allt.
Efterträdare till Klassiskt nätverkande
Detta problem upptäcktes snabbt, och 1993, bara 12 år efter att klassificerat nätverk introducerades, ersattes det. Dess ersättare kallades Classless Inter-Domain Routing, eller CIDR (uttalad cider). CIDR tillät mycket mer konfigurerbarhet i antalet utfärdade adresser. Tillåter att nätverk definieras av varje binär bit snarare än varje oktett. Denna lösning används fortfarande idag, även om den massiva tillväxten av internetanslutna enheter nu helt har uttömt IPv4-adressutrymmet även med denna mer effektiva adresseringsteknik.
Lösningen på det är bytet till IPv6 som ger ett mycket större adressutrymme, 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 möjliga adresser för att vara exakt. Det är ungefär 340 biljoner biljoner biljoner, vilket är mycket mer än de 4,3 miljarder udda IPv4-adresser. Tyvärr, trots brådskan som drivs av den förestående och nu nuvarande utmattningen av IPv4-adressutrymmet, är IPv6-stödet fortfarande otydligt. Detta beror dock främst på äldre hårdvara.
Slutsats
Klassiskt nätverkande var ett tidigt försök att förbättra effektiviteten av IP-adressallokering. Det var framgångsrikt med att fördröja uttömningen av IPv4-adressutrymmet under de 12 år som det var på plats. Det ersattes av CIDR, vilket var en mer framgångsrik långsiktig lösning.
Vissa arv av klassrikt nätverk lever vidare med många företag som fortfarande har klass B eller och till och med några som har klass A-nätverk tilldelade som de omöjligt kan använda sig av på ett effektivt sätt. Till och med ett försök att göra det utgör en viss säkerhetsrisk eftersom alla maskiner som använder en av dessa IP-adresser skulle kunna adresseras offentligt utan en brandvägg på plats. I CIDR-notation är ett nätverk av klass A en /8, ett nätverk av klass B är ett /16 och ett nätverk av klass C är ett /24.