ก่อนที่อินเทอร์เน็ตจะเป็นอะไรซักอย่าง เครือข่ายคอมพิวเตอร์ก็มีอยู่แล้ว เครือข่ายเหล่านี้ใช้ที่อยู่ IP เหมือนกับที่ใช้ในปัจจุบัน เครือข่ายเหล่านี้เชื่อมต่อถึงกันผ่าน ARPANET ซึ่งในที่สุดก็พัฒนาจนกลายเป็นอินเทอร์เน็ตในปัจจุบัน ในยุคแรกๆ ของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ขนาดและความนิยมของอินเทอร์เน็ตเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึง เทคโนโลยีสมัยใหม่หลายอย่างที่เรามองข้ามไปนั้นไม่มีอยู่จริง ด้วยเหตุนี้และสมมติฐานของเวลา จึงมีการแจกจ่ายที่อยู่ IP จำนวนมาก
ในขณะที่ ARPANET เติบโตอย่างต่อเนื่อง ได้มีการพิจารณาแล้วว่าระบบร่วมสมัยสำหรับการแจกที่อยู่จะประสบปัญหาเกี่ยวกับการหมดพื้นที่ที่อยู่ในอนาคตอันใกล้ เครือข่ายที่มีระดับเป็นความพยายามครั้งแรกในการชะลอปัญหาเรื่องพื้นที่ว่าง เพื่อให้เข้าใจว่าระบบเครือข่ายที่มีระดับคืออะไรและทำงานอย่างไร สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจระบบที่เป็นรากฐาน โดยหลักคือที่อยู่ IPv4
โครงสร้างที่อยู่ IP
ที่อยู่ IP คือที่อยู่ Internet Protocol เฉพาะที่ใช้เพื่อกำหนดเส้นทางการรับส่งข้อมูลเครือข่ายผ่านอินเทอร์เน็ต IPv4 เป็นรูปแบบการกำหนดที่อยู่หลัก โดยทั่วไปที่อยู่ IPv4 จะแสดงเป็นสัญลักษณ์ประ-ควอดเพื่อให้มนุษย์อ่านได้ ตัวอย่างเช่น ที่อยู่ IP อาจมีลักษณะดังนี้ “192.168.0.1” ที่อยู่ IP แต่ละรายการมีสี่ส่วน คั่นด้วยจุด ดังนั้นคำว่า - สี่เหลี่ยมประ อย่างไรก็ตาม มันยังเรียกว่าสัญกรณ์จุดทศนิยม
ในความเป็นจริง คอมพิวเตอร์ไม่ได้ใช้รูปแบบนี้จริงๆ เช่นเดียวกับทุกอย่างที่คอมพิวเตอร์จัดการ ที่อยู่ IP จะถูกใช้ในไบนารี ในกรณีของที่อยู่ IPv4 แต่ละส่วนสี่ส่วนที่เรียกว่าออคเต็ตจะแสดงด้วยเลขฐานสอง 8 หลัก ที่อยู่ด้านบนคือ “11000000.10101000.00000000.00000001” ในรูปแบบไบนารีจริงๆ
สิ่งสำคัญประการหนึ่งเกี่ยวกับเรื่องนี้ก็คือ เนื่องจากแต่ละออคเต็ตจะแสดงด้วยเลขฐานสอง 8 บิตเท่านั้น ตัวเลขที่มนุษย์อ่านได้ต้องอยู่ระหว่าง 0 ถึง 255 ซึ่งหมายความว่ามีที่อยู่ IP ที่เป็นไปได้สูงสุด 255*255*255*255 หรือ 4,294,967,296 รายการ แม้ว่าที่อยู่ IP ที่เป็นไปได้สี่พันล้านรายการอาจดูเหมือนมาก แต่ที่อยู่ IP นั้นน้อยกว่าหนึ่งที่อยู่ต่อคนที่มีชีวิตอยู่ในปัจจุบัน คนส่วนใหญ่ในโลกตะวันตกมีอุปกรณ์เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตมากกว่าหนึ่งเครื่อง
เครือข่ายคลาส A และข้อสันนิษฐานเบื้องต้น
ในยุคแรกๆ ของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ สันนิษฐานว่าคงมีเครือข่ายไม่มากนัก ไม่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่บ้านหรือแม้แต่คอมพิวเตอร์ที่บ้าน บริษัทขนาดใหญ่ สถาบันการศึกษา และหน่วยงานของรัฐเป็นเพียงที่เดียวที่มีเครือข่าย เครือข่ายทั้งหมดเหล่านี้ถือว่ามีแนวโน้มเติบโตอย่างมาก ในทางตรงกันข้าม จำนวนเครือข่ายทั้งหมดจะยังคงค่อนข้างน้อย สมมติฐานนี้ไม่ผิดแม้แต่กับข้อมูลในขณะนั้นเนื่องจาก IBM PC ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ที่บ้านเครื่องแรกยังไม่ได้รับการเผยแพร่
บริษัทอย่าง Apple, Ford และ AT&T มีที่อยู่จำนวนมาก US DOD มีที่อยู่จำนวนมากมากกว่าหนึ่งโหล Apple ได้ 17.0.0.0, Ford ได้ 19.0.0.0, AT&T ได้ 12.0.0.0 ในขณะที่ DOD ได้ 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 และอื่นๆ แต่ละเครือข่ายเหล่านี้กำหนดที่อยู่ IP ทั้งหมดที่ขึ้นต้นด้วยหมายเลขแรก (17, 7, 19 ฯลฯ) ให้กับบริษัทที่เกี่ยวข้อง ซึ่งหมายความว่าแต่ละเครือข่ายสามารถรองรับที่อยู่ IP แต่ละรายการได้ 16,777,216 รายการ นอกจากนี้ยังหมายความว่ามีเครือข่ายที่เป็นไปได้ทั้งหมด 255 เครือข่าย
นี่เป็นปัญหาใหญ่ เนื่องจากเครือข่ายคอมพิวเตอร์ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น จึงเป็นที่ชัดเจนว่า 255 เครือข่ายไม่เพียงพอต่อความต้องการ โชคดีที่พบปัญหานี้เร็วพอสำหรับการแก้ไข การแก้ไขครั้งแรกเรียกว่าระบบเครือข่ายแบบมีระดับและเปิดตัวในปี 2524 อนึ่ง ปีนี้เป็นปีเดียวกับที่ IBM PC เปิดตัว คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่บ้านจะเพิ่มแรงกดดันต่อพื้นที่ที่อยู่ในไม่ช้า
ชั้นเรียน
แนวคิดของเครือข่ายที่มีระดับคือการแบ่งเครือข่ายขนาดใหญ่เหล่านี้ออกเป็นเครือข่ายย่อยๆ เครือข่ายขนาดใหญ่ดั้งเดิมถูกจัดประเภทใหม่เป็นเครือข่าย Class A คลาส B และ C ใหม่ก็ถูกสร้างขึ้นเช่นกัน ในขณะที่ส่วนอื่นถูกแยกไว้สำหรับใช้ในอนาคต วิธีที่ง่ายที่สุดในการแยกชั้นเรียนคือ Class A ใช้ที่อยู่ครึ่งแรกของที่อยู่ทั้งหมด จากนั้นคลาส B จะใช้ที่อยู่ที่เหลือครึ่งหนึ่ง และคลาส C จะได้รับที่อยู่ครึ่งหนึ่งหลังคลาส B ส่วนที่เหลือของพื้นที่ที่อยู่ถูกสงวนไว้
ในทางปฏิบัติหมายความว่าที่อยู่ IP ใด ๆ ที่ octet แรกมีตัวเลขต่ำกว่า 128 เป็นเครือข่าย Class A เครือข่ายคลาส B คือที่อยู่ใดๆ ที่ออคเต็ตแรกอยู่ระหว่าง 128 ถึง 191 เครือข่ายใดๆ ที่ออคเต็ตแรกอยู่ระหว่าง 192 ถึง 223 จะเป็นเครือข่ายคลาส C และสิ่งใดที่ขึ้นต้นด้วย 224 หรือสูงกว่านั้นสงวนไว้ ในแง่ไบนารี ทุกที่อยู่ IP ของ Class A เริ่มต้นด้วย 0 ที่อยู่ Class B ทุกแห่งเริ่มต้นด้วย 10 ทุกที่อยู่ Class C เริ่มต้นด้วย 110 และพื้นที่สงวนขึ้นต้นด้วย 111 ทำให้สามารถกำหนดขอบเขตของแต่ละเครือข่ายได้อย่างง่ายดาย
ซึ่งหมายความว่าพื้นที่โดยรวมสำหรับเครือข่ายคลาส A ลดลงครึ่งหนึ่งจากเดิม 256 เป็น 128 ที่สำคัญ ยังหมายความว่าขณะนี้มีเครือข่าย Class B 16,384 เครือข่ายที่รองรับที่อยู่ IP 65,536 แต่ละรายการและเครือข่าย Class C 2,097,152 เครือข่ายที่รองรับที่อยู่ IP 256 แห่งแต่ละรายการ พื้นที่สงวนที่ส่วนท้ายของพื้นที่ที่อยู่ถูกแบ่งออกเป็นคลาส D และคลาส E ในภายหลัง
พื้นที่สำรอง
ที่อยู่จำนวนมากในตอนต้นและตอนท้ายของแต่ละคลาสถูกจองไว้ โดยมีบางส่วนที่อยู่ตรงกลางถูกสงวนไว้ด้วย บางอย่าง เช่น 0.0.0.0 ถึง 0.255.255.255 ไม่ได้ใช้สำหรับสิ่งใดโดยเฉพาะ แต่สงวนไว้สำหรับใช้ในอนาคต ส่วนอื่นๆ ที่สงวนไว้มีจุดประสงค์เฉพาะ ตัวอย่างเช่น ที่อยู่ IP ใดๆ ที่ขึ้นต้นด้วย 127 จะถือว่าเป็นที่อยู่แบบวนรอบ ทราฟฟิกเครือข่ายไม่เคยถูกส่งและเพียงแค่ตีกลับไปยังผู้ส่งโดยไม่ถูกส่ง
ที่อยู่ที่ขึ้นต้นด้วย 192 ถูกสงวนไว้ โดยมีที่อยู่ 192.168 ที่สงวนไว้เพื่อใช้ในเครือข่ายภายใน ทำให้เครือข่ายภายในใช้งานได้ ซึ่งใช้ในเครือข่ายภายในบ้านเกือบทั้งหมด เช่น เนื่องจากมีที่อยู่ที่เป็นไปได้ 256 รายการ สำหรับกรณีการใช้งานขนาดใหญ่ ที่อยู่ใดๆ ที่ขึ้นต้นด้วย 172.16 ถึง 172.31 นั้นสงวนไว้สำหรับใช้ภายในเช่นเดียวกับเครือข่ายใดๆ ที่ขึ้นต้นด้วย 10
พื้นที่ที่อยู่ส่วนตัวเหล่านี้สงวนไว้สำหรับใช้ภายในเท่านั้น อุปกรณ์เครือข่ายทั้งหมดได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันการรับส่งข้อมูลที่กำหนดไว้สำหรับที่อยู่สำรองเหล่านี้ไม่ให้ผ่านเราเตอร์ไปยังเครือข่ายอื่น ที่อยู่เป็นแบบเฉพาะเครือข่าย หมายความว่าทุกคนและทุกคนสามารถใช้ที่อยู่เหล่านี้ในเครือข่ายภายในของตนเองได้ เพื่อให้ใช้งานได้ เราเตอร์ต้องมีที่อยู่ IP สาธารณะ ติดตามว่าอุปกรณ์ภายในตัวใดอยู่ ขอข้อมูลอะไรจากเครือข่ายอื่นและให้แน่ใจว่าการตอบสนองกลับมาทางขวา อุปกรณ์. เทคนิคนี้เรียกว่า NAT หรือ Network Address Translation
ความสำเร็จและความล้มเหลวของเครือข่ายที่มีระดับ
เครือข่ายที่มีระดับช่วยให้สามารถใช้พื้นที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการกำหนดเพียง256ไทย ของพื้นที่ที่อยู่ที่เป็นไปได้สำหรับบริษัทใดๆ ที่ร้องขอ บริษัทส่วนใหญ่ หน่วยงานราชการ ฯลฯ ไม่ต้องการที่อยู่ IP 16,777,216 แห่ง พวกเขาสามารถได้รับที่อยู่ IP จำนวนน้อยกว่ามากและทำได้ดี
แม้ว่าระบบเครือข่ายที่มีระดับจะดูดีบนกระดาษและเป็นระเบียบเรียบร้อย แต่น่าเสียดายที่ระบบพบปัญหาที่คล้ายกันในระดับที่แตกต่างกัน บริษัทส่วนใหญ่ยังเล็กกว่าเครือข่ายคลาส B โดยไม่ต้องการที่อยู่ IP ที่เป็นไปได้ 65536 รายการ แม้ว่าในช่วงกลางทศวรรษ 80 และต้นยุค 90 หลายบริษัทก็ใหญ่เกินไปสำหรับเครือข่ายคลาส C ที่มีที่อยู่ IP เพียง 256 แห่ง ซึ่งหมายความว่าบริษัทต่างๆ มักต้องการเครือข่าย Class B แม้ว่าพวกเขาต้องการที่อยู่ IP เพียง 300 แห่งเท่านั้น อีกครั้ง นี่หมายความว่าพื้นที่ที่อยู่ถูกใช้อย่างไม่มีประสิทธิภาพโดยมีที่อยู่จำนวนมากที่ออกให้กับบริษัทที่ไม่เคยใช้พื้นที่ทั้งหมด
ผู้สืบทอดสู่เครือข่ายแบบมีระดับ
ปัญหานี้ได้รับการระบุอย่างรวดเร็ว และในปี 1993 เพียง 12 ปีหลังจากมีการแนะนำเครือข่ายแบบคลาสิค ปัญหานี้ก็ถูกแทนที่ การแทนที่เรียกว่า Classless Inter-Domain Routing หรือ CIDR (เด่นชัดไซเดอร์). CIDR อนุญาตให้กำหนดค่าได้มากขึ้นในจำนวนที่อยู่ที่ออก อนุญาตให้กำหนดเครือข่ายโดยแต่ละบิตไบนารีมากกว่าแต่ละออคเต็ต โซลูชันนี้ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน แม้ว่าการเติบโตอย่างมากในอุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตได้ทำให้พื้นที่ที่อยู่ IPv4 หมดลงอย่างสมบูรณ์ แม้จะมีเทคนิคการระบุที่อยู่ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นก็ตาม
วิธีแก้ปัญหาคือเปลี่ยนไปใช้ IPv6 ซึ่งมีพื้นที่ที่อยู่ขนาดใหญ่กว่ามาก 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 ที่อยู่ที่เป็นไปได้ให้ถูกต้อง นั่นคือประมาณ 340 ล้านล้านล้านล้าน ซึ่งมากกว่าที่อยู่ IPv4 แปลก ๆ 4.3 พันล้านรายการ น่าเสียดายที่แม้จะมีความเร่งด่วนขับเคลื่อนโดยกำลังใกล้เข้ามาและขณะนี้การสนับสนุนการหมดพื้นที่ที่อยู่ IPv4 การสนับสนุน IPv6 ยังคงเป็นภาพร่าง อย่างไรก็ตาม สาเหตุหลักมาจากฮาร์ดแวร์รุ่นเก่า
บทสรุป
เครือข่ายที่มีระดับเป็นความพยายามในการปรับปรุงประสิทธิภาพการจัดสรรที่อยู่ IP ในช่วงต้น ประสบความสำเร็จในการชะลอการหมดพื้นที่ที่อยู่ IPv4 เป็นเวลา 12 ปี CIDR เข้ามาแทนที่ ซึ่งเป็นวิธีแก้ปัญหาระยะยาวที่ประสบความสำเร็จมากกว่า
เครือข่ายที่มีระดับบางรุ่นยังคงดำเนินต่อไป โดยบริษัทจำนวนมากยังคงมี Class B อยู่ หรือแม้แต่บางบริษัทที่มีเครือข่าย Class A มอบหมายให้พวกเขา ซึ่งพวกเขาไม่สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แท้จริงแล้วแม้แต่การพยายามทำเช่นนั้นก็ยังมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอยู่บ้าง เนื่องจากเครื่องใดๆ ที่ใช้ที่อยู่ IP ดังกล่าวจะสามารถระบุที่อยู่ได้ต่อสาธารณะโดยไม่มีไฟร์วอลล์ ในรูปแบบ CIDR เครือข่าย Class A คือ /8, เครือข่าย Class B คือ /16 และเครือข่าย Class C คือ /24