Такая структура является иерархической. Но в отличие от CIDR здесь используются фиксированные размеры блоков адресов. Существует 2 млрд адресов, но благодаря иерархической организации адресного пространства это число сократилось на миллионы. В частности, одним из виновников этого является класс сетей В. Для большинства организаций класс А с 16 млн адресов — это слишком много, а класс С с 256 адресами — слишком мало. Класс В с 65 536 адресами — это то, что нужно. В интернет-фольклоре такая дилемма известна под названием проблемы трех медведей.
Но на самом деле, и класс В слишком велик для большинства контор, которые устанавливают у себя сети. Исследования показали, что более чем в половине случаев сети класса В включают в себя менее 50 хостов. Безо всяких сомнений, всем этим организациям хватило бы и сетей класса С, однако почему-то все уверены, что в один прекрасный день маленькое предприятие вдруг разрастется настолько, что сеть выйдет за пределы 8-битного адресного пространства хостов. Сейчас, оглядываясь назад, кажется, что лучше было бы использовать в классе С 10-битную адресацию (до 1022 хостов в сети). Если бы это было так, то, возможно, большинство организаций приняло бы разумное решение устанавливать у себя сети класса С, а не В. Таких сетей могло бы быть полмиллиона, а не 16 384, как в случае сетей класса В.
Нельзя обвинять в создавшейся ситуации проектировщиков Интернета за то, что они не увеличили (или не уменьшили) адресное пространство сетей класса В. В то время, когда принималось решение о создании трех классов сетей, Интернет был инструментом научно-исследовательских организаций США (плюс несколько компаний и военных организаций, занимавшихся исследованиями с помощью сети). Никто тогда не предполагал, что Интернет станет коммерческой системой коммуникации общего пользования, соперничающей с телефонной сетью. Тогда кое-кто сказал, ничуть не сомневаясь в своей правоте: «В США около 2000 колледжей и университетов. Даже если все они подключатся к Интернету и к ним присоединятся университеты из других стран, мы никогда не превысим число 16 000, потому что высших учебных заведений по всему миру не так уж много. Зато мы будем кодировать номер хоста целым числом байт, что ускорит процесс обработки пакетов» (в то время это выполнялось исключительно программными средствами). Быть может, в один прекрасный день кто-то скажет, обвиняя разработчиков телефонной сети: «Вот идиоты! Почему они не включили номер планеты в телефонный номер?» Когда телефонные сети создавались, никто не думал, что это понадобится.
Для решения этих проблем стали создаваться подсети, обеспечивающие гибкий механизм выделения блоков адресов отдельным организациям. Позднее в употребление вошла новая схема, позволяющая уменьшить размер таблиц маршрутизации — CIDR. Сейчас биты, указывающие на класс сети (A, B или C), не используются, хотя ссылки на них в литературе встречаются все еще довольно часто.
Отказ от классов усложнил процесс маршрутизации. В старой системе, построенной на классах, маршрутизация происходила следующим образом. По прибытии пакета на маршрутизатор копия IP-адреса, извлеченного из пакета и сдвинутого вправо на 28 бит, давала 4-битный номер класса. С помощью 16-альтернативного ветвления пакеты рассортировывались на A, B, C (а также D и E): восемь случаев было зарезервировано для А, четыре для В, два для С. Затем при помощи маскировки по коду каждого класса определялся 8-, 16- или 32-битный сетевой номер, который и записывался с выравниванием по правым разрядам в 32-битное слово. Сетевой номер отыскивался в таблице А, В или С, причем для А и В применялась индексация, а для С — хэш-функция. По найденной записи определялась выходная линия, по которой пакет и отправлялся в дальнейшее путешествие. Этот метод гораздо проще, чем нахождение наиболее длинного совпадающего префикса, при котором простой поиск по таблице невозможен, так как префиксы IP-адресов могут иметь произвольную длину.
Адреса класса D и сейчас используются в Интернете для многоадресной рассылки. Вообще-то правильнее было бы сказать, что они начинают использоваться для этих целей, так как до недавнего времени многоадресная рассылка не имела широкого распространения в Интернете.
Некоторые адреса имеют особое назначение (рис. 5.47). IP-адрес 0.0.0.0 — наименьший адрес — используется хостом только при загрузке. Он означает «эта сеть» или «этот хост». IP-адреса с нулевым номером сети обозначают текущую сеть. Эти адреса позволяют машинам обращаться к хостам собственной сети, не зная ее номера (но
они должны знать маску сети, чтобы знать количество используемых нулей). Адрес, состоящий только из единиц, или 255.255.255.255 — наибольший адрес — обозначает все хосты в указанной сети. Он обеспечивает широковещание в пределах текущей (обычно локальной) сети. Адреса, в которых указана сеть, но в поле номера хоста одни единицы, обеспечивают широковещание в пределах любой удаленной локальной сети, соединенной с Интернетом. Однако многие сетевые администраторы отключают эту возможность по соображениям безопасности. Наконец, все адреса вида 127.xx.yy. zz зарезервированы для тестирования сетевого программного обеспечения методом обратной петли (loopback). Отправляемые по этому адресу пакеты не попадают на линию, а обрабатываются локально как входные пакеты. Это позволяет пакетам быть «посланными» на хост, когда отправитель на этом же хосте не знает его (и своего) номера и даже если хост его не имеет, что может пригодиться для тестирования.
Рис. 5.47. Специальные IP-адреса
NAT — трансляция сетевого адреса
IP-адреса являются дефицитным ресурсом. У провайдера может быть /16-адрес (бывший класс В), дающий возможность подключить 65 534 хоста. Если клиентов становится больше, начинают возникать проблемы.
Этот дефицит ресурсов стал причиной появления методов эффективного использования IP-адресов. Идея одного из подходов заключается в том, что IP-адрес выделяется компьютеру, который в данный момент включен и подключен к сети; когда этот компьютер становится неактивным, его адрес присваивается новому соединению. В таком случае один /16-адрес будет обслуживать до 65 534 активных пользователей.
Такая стратегия в некоторых ситуациях работает хорошо — например, при подключении к сети через телефон, для мобильных и других ПК, где соединение или питание могут временно отсутствовать. Но если заказчиком является организация, эта стратегия, как правило, не подходит. Дело в том, что корпоративные клиенты предпочитают, чтобы компьютеры работали постоянно. Некоторые компьютеры являются рабочими станциями сотрудников, и данные с них резервируются в ночное время, а некоторые служат веб-серверами и поэтому должны уметь незамедлительно отвечать на любой удаленный запрос. Такие организации обладают линией доступа, обеспечивающей постоянное соединение с Интернетом.
Проблема усугубляется еще и тем, что все большее число частных пользователей желают иметь ADSL или кабельное соединение с Интернетом, поскольку при этом отсутствует повременная оплата (взимается только ежемесячная абонентская плата). Многие такие пользователи имеют дома два и более компьютера (например, по одному на каждого члена семьи) и хотят, чтобы все машины имели постоянный выход в Интернет. Решение таково: необходимо установить (беспроводной) маршрутизатор и объединить все компьютеры в домашнюю локальную сеть. А уже маршрутизатор должен быть подключен к провайдеру. С точки зрения провайдера, в этом случае семья будет выступать в качестве аналога маленькой фирмы с несколькими компьютерами. Добро пожаловать в Jones, Inc! Если использовать обычные схемы, то каждый компьютер будет сохранять свой IP-адрес в течение всего дня. Но для интернет-провайдеров с несколькими тысячами клиентов (многие из которых представляют собой целые организации или семьи, также похожие на небольшие организации) такая ситуация недопустима, так как IP-адресов попросту не хватит. Проблема дефицита IP-адресов отнюдь не теоретическая и отнюдь не относится к отдаленному будущему. Она уже актуальна и бороться с ней приходится здесь и сейчас. В долгосрочной перспективе решением будет тотальный перевод всего Интернета на протокол IPv6 со 128-битной адресацией. Этот переход действительно постепенно происходит, но процесс идет настолько медленно, что затягивается на годы. Видя это, многие поняли, что нужно срочно найти какое-нибудь решение хотя бы на ближайшее время. Такое решение было найдено и сейчас широко используется: это метод трансляции сетевого адреса, NAT (Network Address Translation), описанный в RFC 3022. Суть его мы рассмотрим ниже, а более подробную информацию можно найти в (Dutcher, 2001).
