Ще до появи Інтернету існували комп’ютерні мережі. Ці мережі використовували IP-адреси, ідентичні тим, що використовуються сьогодні. Ці мережі були з’єднані між собою через ARPANET, яка згодом перетворилася на те, що зараз є Інтернетом. На початку розвитку комп’ютерних мереж масштаб і популярність Інтернету були просто немислимими. Багато сучасних технологій, які ми сприймаємо як належне, просто не існували. Через це та припущення того часу були роздані величезні партії IP-адрес.
Оскільки мережа ARPANET продовжувала розвиватися, було визначено, що сучасна система роздачі адрес зіткнеться з проблемами вичерпання адресного простору в найближчому майбутньому. Класова мережа була першою спробою відстрочити проблему вичерпання простору. Щоб зрозуміти, що таке класова мережа та як вона працює, важливо розуміти системи, які лежать в її основі, насамперед адреси IPv4.
Структура IP-адреси
IP-адреса — це унікальна адреса Інтернет-протоколу, яка використовується для спрямування мережевого трафіку через Інтернет. IPv4 є основною схемою адресації. Адреси IPv4, як правило, відображаються у чотирикратному позначенні з крапками, щоб їх було зрозуміло людині. Наприклад, IP-адреса може виглядати так: «192.168.0.1». Кожна IP-адреса складається з чотирьох розділів, розділених крапками, звідки і пішов термін «четвірка з пунктиром». Однак його також називають точково-десятковою нотацією.
Однак насправді комп’ютери не використовують цей формат. Як і все, з чим мають справу комп’ютери, IP-адреси використовуються у двійковому форматі. У випадку адрес IPv4 кожна з чотирьох секцій, відомих як октет, представлена 8 двійковими цифрами. Наведена вище адреса справді є «11000000.10101000.00000000.00000001» у двійковому форматі.
Одна з ключових речей у цьому полягає в тому, що оскільки кожен октет представлений лише 8 двійковими бітами, зрозумілі людині числа мають бути від 0 до 255. Це означає, що існує не більше 255*255*255*255 або 4 294 967 296 можливих IP-адрес. Хоча чотири мільярди можливих IP-адрес, мабуть, здаються багатою, це менше, ніж одна IP-адреса на людину, яка зараз живе. Більшість людей у західному світі мають більше одного пристрою, підключеного до Інтернету.
Мережі класу А та ранні припущення
На початку розвитку комп’ютерних мереж передбачалося, що мереж не буде багато. Не було домашнього підключення до Інтернету чи навіть домашніх комп’ютерів. Великі компанії, навчальні заклади та державні відомства були єдиними місцями, де були будь-які мережі. Передбачалося, що всі ці мережі значно зростуть. Навпаки, загальна кількість мереж залишиться відносно невеликою. Це припущення навіть не було помилковим з інформацією того часу, оскільки IBM PC, перший домашній комп’ютер, ще не був випущений.
Такі компанії, як Apple, Ford і AT&T, отримали великі партії адрес. Міністерство оборони США отримало більше десятка великих пакетів адрес. Apple отримала 17.0.0.0, Ford – 19.0.0.0, AT&T – 12.0.0.0, а Міністерство оборони – 6.0.0.0, 7.0.0.0, 11.0.0.0 тощо. Кожна з цих мереж призначила кожну IP-адресу, починаючи з першої цифри (17, 7, 19 тощо), відповідним компаніям. Це означало, що кожна мережа могла підтримувати 16 777 216 окремих IP-адрес. Це також означало, що всього було 255 можливих мереж.
Це було великою проблемою, оскільки популярність комп’ютерних мереж зросла, стало зрозуміло, що 255 мереж буде недостатньо, щоб задовольнити попит. На щастя, цю проблему було помічено досить рано, щоб її виправити. Перше виправлення називалося класовою мережею і було представлено в 1981 році. До речі, цього ж року було випущено IBM PC. Персональний комп’ютер і домашнє підключення до Інтернету незабаром посилять тиск на адресний простір.
Класи
Ідея класової мережі полягає в тому, щоб розбити ці масивні мережі на безліч менших. Оригінальні величезні мережі були перекласифіковані як мережі класу А. Також було створено нові класи B і C, а інший розділ було відкладено для майбутнього використання. Найпростіший спосіб відокремити класи полягає в тому, що клас A займає першу половину всіх адрес. Потім клас B отримує половину адрес, що залишилися, а клас C отримує половину адрес після класу B. Решта адресного простору зарезервовано.
На практиці це означає, що будь-яка IP-адреса, де перший октет має число менше 128, є мережею класу A. Мережа класу B – це будь-яка адреса, де перший октет знаходиться між 128 і 191. Будь-яка мережа, де перший октет знаходиться між 192 і 223, є мережею класу C. І все, що починається з 224 або вище, зарезервовано. У двійковому вигляді кожна IP-адреса класу A починається з 0. Кожна адреса класу B починається з 10, кожна адреса класу C починається з 110, а зарезервований простір починається з 111. Це дозволяє легко визначити межі кожної мережі.
Це означає, що загальний простір для мереж класу А зменшено вдвічі з початкових 256 до 128. Важливо, що це також означає, що зараз існує 16 384 мережі класу B, які підтримують до 65 536 IP-адрес кожна, і 2 097 152 мережі класу C, які підтримують 256 IP-адрес кожна. Зарезервований простір на кінці адресного простору пізніше було розділено на клас D і клас E.
Зарезервований простір
Кілька адрес на початку та в кінці кожного класу було зарезервовано, а також деякі розділи в середині. Деякі, як-от 0.0.0.0 до 0.255.255.255, спеціально не використовувалися ні для чого, натомість були зарезервовані для майбутнього використання. Інші заповідні ділянки отримали цільове призначення. Наприклад, будь-яка IP-адреса, яка починається з 127, розглядається як петлева адреса. Мережевий трафік ніколи не передається, а просто повертається до відправника без надсилання.
Адреси, що починаються з 192, були зарезервовані, а 192.168 адрес було зарезервовано для використання у внутрішніх мережах, що дозволяло будь-якій внутрішній мережі використовувати їх. Це використовується майже в усіх домашніх мережах, наприклад, оскільки надає 256 можливих адрес. Для великих випадків використання будь-яка адреса, що починається з 172.16 до 172.31, також зарезервована для внутрішнього використання, як і будь-яка мережа, що починається з 10.
Ці приватні адресні простори зарезервовано лише для внутрішнього використання. Усе мережеве обладнання розроблено таким чином, щоб запобігти проходженню будь-якого трафіку, призначеного для однієї з цих зарезервованих адрес, через маршрутизатор до іншої мережі. Адреси є мережевими, тобто кожен може використовувати їх у власних внутрішніх мережах. Щоб це працювало, маршрутизатор повинен мати публічну IP-адресу, слідкуйте за внутрішнім пристроєм запитуючи які дані з іншої мережі, і переконайтеся, що відповідь повертається правильно пристрій. Ця техніка називається NAT або трансляцією мережевих адрес.
Успіх і поразка класової мережі
Класова мережа дозволяє набагато ефективніше використовувати простір, ніж просто призначити один 256тис можливого адресного простору будь-якій компанії, яка запитує про це. Переважній більшості компаній, державних установ тощо не потрібні 16 777 216 IP-адрес. Вони можуть отримувати набагато меншу кількість IP-адрес, призначених їм, і справляються добре.
Хоча класова мережева система виглядає добре на папері і, безумовно, акуратна, на жаль, вона стикається з подібними проблемами в іншому масштабі. Більшість компаній також менші за мережу класу B, тому не потребують 65536 можливих IP-адрес. Навіть у середині 80-х і на початку 90-х років багато компаній були занадто великими для мережі класу С із лише 256 IP-адресами. Це означало, що компаніям часто потрібні мережі класу B, навіть якщо їм потрібно лише 300 IP-адрес. Знову ж таки, це означало, що адресний простір використовувався неефективно з великою кількістю адрес, наданих компаніям, які ніколи не використали б його весь.
Наступники Classful Networking
Цю проблему було швидко виявлено, і тому в 1993 році, лише через 12 років після запровадження класової мережі, її замінили. Її заміну назвали безкласовою міждоменной маршрутизацією або CIDR (виражений сидр). CIDR дозволяв набагато більше налаштовувати кількість виданих адрес. Дозволяє визначати мережі кожним двійковим бітом, а не кожним октетом. Це рішення все ще використовується сьогодні, хоча масове зростання кількості підключених до Інтернету пристроїв тепер повністю вичерпало адресний простір IPv4 навіть із цією більш ефективною технікою адресації.
Рішенням цього є перехід на IPv6, який забезпечує набагато більший адресний простір, а точніше 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 можливих адрес. Це приблизно 340 трильйонів трильйонів трильйонів, що набагато більше, ніж 4,3 мільярда IPv4-адрес. На жаль, незважаючи на терміновість, спричинену майбутнім вичерпанням адресного простору IPv4, підтримка IPv6 все ще залишається незначною. Однак це в основному через застаріле обладнання.
Висновок
Класова мережа була першою спробою підвищити ефективність розподілу IP-адрес. Він успішно затримав вичерпання адресного простору IPv4 протягом 12 років, коли він існував. Його замінив CIDR, який був більш успішним довгостроковим рішенням.
Деякі спадщини класових мереж живуть, оскільки багато компаній все ще мають клас B або навіть деякі мають мережі класу A, які вони не можуть ефективно використовувати. Справді, навіть спроба зробити це становить певний ризик для безпеки, оскільки будь-яка машина, яка використовує одну з цих IP-адрес, буде доступною для загального доступу без брандмауера. У нотації CIDR мережа класу A – це /8, мережа класу B – /16, а мережа класу C – /24.