Ранняя система организации IPv4 адресного пространства

Введение

Ранняя система организации адресного пространства IPv4.

Классифицированная сеть – устаревшая сетевая архитектура, использовавшаяся в Интернете с 1981 года до внедрения CIDR (бесклассной междоменной маршрутизации) в 1993 году. Этот метод разделяет адресное пространство протокола IPv4 (версии 4) на пять классов адресов, основываясь на четырех старших битах адреса. Классы A, B и C предоставляют одноадресные (unicast) адреса для сетей трех различных размеров. Класс D предназначен для многоадресной (multicast) сети, а диапазон адресов класса E зарезервирован для будущих или экспериментальных целей. После прекращения использования, элементы концепции классифицированных сетей сохранились в ограниченном объеме лишь в параметрах конфигурации по умолчанию некоторых сетевых программных и аппаратных компонентов, в частности, в настройках масок подсетей по умолчанию.

Предыстория

В первоначальном определении адреса, наиболее значимые восемь бит 32-битного IPv4-адреса представляли собой поле сетевого номера, которое указывало конкретную сеть, к которой был подключен хост. Оставшиеся 24 бита определяли локальный адрес, также называемый остаточной частью адреса, который однозначно идентифицировал хост, подключенный к этой сети. Этот формат был достаточен в то время, когда существовало лишь несколько крупных сетей, таких как ARPANET (сеть № 10), и до широкого распространения локальных вычислительных сетей (LAN). Вследствие этой архитектуры, адресное пространство поддерживало лишь небольшое количество (254) независимых сетей. До введения адресных классов, единственными доступными блоками адресов были эти большие блоки, которые впоследствии стали известны как сети класса A. В результате, некоторые организации, участвовавшие в раннем развитии Интернета, получили выделение адресного пространства, значительно превышающее их потребности (16 777 216 IP-адресов каждой). Уже на ранних этапах роста сети стало очевидно, что это станет критическим ограничением масштабируемости.

Введение классов адресов

Расширение сети должно было обеспечить совместимость с существующим адресным пространством и структурой пакетов IPv4, а также избежать перенумерации существующих сетей. Решение заключалось в расширении определения поля сетевого номера для включения большего количества битов, что позволяло назначать больше сетей, каждая из которых потенциально могла иметь меньше хостов. Поскольку все существовавшие на тот момент сетевые номера были меньше 64, они использовали только 6 младших значащих битов поля сетевого номера. Таким образом, стало возможным использовать старшие значащие биты адреса для введения набора классов адресов, сохраняя при этом существующие сетевые номера в первом из этих классов. Новая архитектура адресации была представлена в 1981 году как часть спецификации Интернет-протокола. Она разделила адресное пространство в основном на три формата адресов, впоследствии называемых классами адресов, и оставила четвертой диапазон зарезервированным для определения позднее. Первый класс, обозначенный как класс A, содержал все адреса, в которых старший значащий бит равен нулю. Номер сети для этого класса задается следующими 7 битами, что обеспечивает в общей сложности 128 сетей, включая нулевую сеть и уже выделенные IP-сети. Сеть класса B – это сеть, в которой два старших значащих бита всех адресов установлены в 1 и 0 соответственно. Для этих сетей сетевой адрес задается следующими 14 битами адреса, оставляя 16 битов для нумерации хостов в сети, что составляет общее количество адресов в сети. Класс C был определен тремя старшими битами, установленными в 1, 1 и 0, и назначением следующих 21 бита для нумерации сетей, оставляя каждую сеть с 256 локальными адресами. Ведущая последовательность битов 111 обозначала в то время не указанный режим адресации ("переход в расширенный режим адресации"), который позже был подразделен на класс D (1110) для многоадресной рассылки, а блок 1111 был оставлен зарезервированным для будущего использования и обозначен как класс E. Это изменение архитектуры расширило адресную емкость Интернета, но не предотвратило исчерпание IP-адресов. Проблема заключалась в том, что многим сайтам требовались более крупные адресные блоки, чем предоставляла сеть класса C, поэтому им выделялся блок класса B, который в большинстве случаев был намного больше, чем необходимо. Из-за быстрого роста Интернета пул нераспределенных адресов класса B (214, или около 16 000) быстро истощался. Начиная с 1993 года, классовая адресация была заменена междоменной маршрутизацией без классов (CIDR) в попытке решить эту проблему.

Expansion of the network had to ensure compatibility with the existing address space and the IPv4 packet structure, and avoid the renumbering of the existing networks. The solution was to expand the definition of the network number field to include more bits, allowing more networks to be designated, each potentially having fewer hosts. Since all existing network numbers at the time were smaller than 64, they had only used the 6 least significant bits of the network number field. Thus it was possible to use the most significant bits of an address to introduce a set of address classes while preserving the existing network numbers in the first of these classes. The new addressing architecture was introduced by in 1981 as a part of the specification of the Internet Protocol. It divided the address space into primarily three address formats, henceforth called address classes, and left a fourth range reserved to be defined later. The first class, designated as Class A, contained all addresses in which the most significant bit is zero. The network number for this class is given by the next 7 bits, therefore accommodating 128 networks in total, including the zero network, and including the IP networks already allocated. A Class B network was a network in which all addresses had the two most significant bits set to 1 and 0 respectively. For these networks, the network address was given by the next 14 bits of the address, thus leaving 16 bits for numbering host on the network for a total of addresses per network. Class C was defined with the 3 high order bits set to 1, 1, and 0, and designating the next 21 bits to number the networks, leaving each network with 256 local addresses. The leading bit sequence 111 designated an at the time unspecified addressing mode ("escape to extended addressing mode"), which was later subdivided as Class D (1110) for multicast addressing, while leaving as reserved for future use the 1111 block designated as Class E.

This architecture change extended the addressing capacity of the Internet but did not prevent IP address exhaustion. The problem was that many sites needed larger address blocks than a Class C network provided, and therefore they received a Class B block, which was in most cases much larger than required. Due to the rapid growth of the Internet, the pool of unassigned Class B addresses (214, or about 16,000) was rapidly being depleted. Starting in 1993, classful networking was replaced by Classless Inter Domain Routing (CIDR), in an attempt to solve this problem.