ネットワーク入門：IP アドレスを理解する――基本の習得

ネットワークは、アドレスがなければ機能しない。何かを送信する時は、送信先と送信元を指定する必要がある。効率的なネットワーク エンジニアや管理者になるためには、IP アドレスを完全に理解する必要がある。

すぐに決断できなくてはならないのだ。何か障害が発生する場合、それは恐らくアドレスの割り当てがおかしくなったことが原因だろう。ヒーローになるか、「問題解決に手間取る」人間になるのかは、この問題を早急に特定することにかかっている。ネットワーク入門の第2回でサブネットをカバーする前に、IP アドレスの最も重要な形式を徹底的に探求しておきたい。サブネットを理解するには、これがきわめて重大になる。

■IPv4 のアドレスと32bit の数値
IP アドレスはわずか32biｔ の二進数だが、これらの二進数が重要だ。これらの扱い方は必ず知っておかなくてはならない。新しいネットワーク管理者がサブネットのマスクを扱っていると、記憶していない部分が混乱を招くことが多い。サブネットマスクの役割は、「ネットワーク」を示すアドレスの部分と、「ホスト」を示すアドレスの部分との境界を移動させることだけだ。この IP アドレスとマスクの考え方にいったん慣れてしまえば、IP アドレスはマスターしたといって良い。

二進数は単純だ。二進数には0と1しかかなく、32bit の数字はは32の0と1を持つ。われわれはみな、どのけたも0から9を持つことのできる十進数になれている。だが、二進数ではどれも0か1しか持てない。255.255.255.0を二進数で示すと以下のようになる。

11111111.11111111.11111111.00000000

便宜上、ネットワークエンジニアは大体の場合 IP アドレスを4つの8bit の集まり（オクテット）に分割する。8bit の数字では、すべての bit が1になると、その数は255になる。先に示した11111111というアドレスは255を表し、00000000は0を表す。

実際の二進数は、2のべき乗がベースになる。各bit はそれぞれが異なる2のべき乗を表す。左が最上位 bit で、以下のように数字が並ぶ。


結果は加算で求める。つまり、すべての bit がセットされている場合は、各けたの2のべき乗をすべて足す。たとえば、8bit の11111111という数字がある場合は、単純に2⁷ + 2 ⁶ + 2 ⁵ + 2 ⁴ + 2 ³ + 2 ² + 2 ¹ + 2 ⁰ = 255のように計算する。

今度は少し複雑な11110000の例を考える。

上にあるこの8bit の数字では4つの bit が「セット」されている。その各けたの2のべき乗の値を足すと、2⁷ + 2⁶ + 2 ⁵ + 2 ⁴ = 240となる。

たったこれだけの簡単なことだ。二進数と十進数の形に変換できれば、サブネットマスクやネットワークアドレスも間単に分かる。その方法は、次回のネットワーク入門で説明する。

ここからは32bit の IPv4 アドレスを中心に見ていく。理解しなくてはならないタイプがいくつかある。IP アドレスはすべて0.0.0.0〜255.255.255.255の間で表すが、そのなかのいくつかには特別な用途がある。

ループバック：ホストから外に出ないパケット（すなわち、外部ネットワークインターフェースを行き来しない）。 例：127.0.0.1

ユニキャスト：1つの IP アドレスに向かうパケット。例：2.2.2.2

マルチキャスト：ルータによって複製され、マルチキャストのルーティングメカニズムによってルーティングされることになるパケット。例：226.0.0.2

リミテッドブロードキャスト：ローカルサブネット限定ですべてのホストに送信されるブロードキャストパケット。例：255.255.255.255

ディレクテドブロードキャスト：特定のサブネットにルーティングされてからブロードキャストされるパケット。例：1.1.1.255（このサブネット上にないとの仮定）

また、プライベート/マルチキャストアドレスなど、特殊な IP アドレスもいくつかある。224.0.0.0〜239.255.255.255のアドレスはマルチキャスト用に予約されている。インターネットでは、RFC 1918やそのほかいくつかの専用の割り当て分を除き、これ以下の範囲が解放されている。これらの「1918アドレス」はプライベートアドレスとなっており、インターネットルータはこれらのルーティングは行わない。その範囲は以下の通り。

・10.0.0.0 -10.255.255.255
・172.16.0.0 - 172.31.255.255
・192.168.0.0 - 192.168.255.255

これらの IP アドレスは、ローカルにあるコンピュータであれば何台にでも割り当てることができるが、これらのコンピュータでインターネットにアクセスするには、まずそのアドレスをグローバルにルーティング可能なアドレスへ変換する必要がある。これは通常、Network Address Translation （NAT）（定義）によって行われる。予約されている空間は1918のアドレスだけではないが、これらは「サイトローカル」として定義されている。マルチキャストにもインターネットに出ないよう予約されたアドレスの範囲がある。224.0.0.0〜224.0.0.255はマルチキャストの「リンクローカル」アドレスとなっている。

次回のネットワーク入門に必要な基礎知識として、ローカルサブネットの概念を全員に理解しておいていただきたい。

サブネットマスクが適切にコンフィギュレーションされていると仮定した場合、有効な IP アドレスを一度割り当てれば、そのコンピュータはローカルネットワークとやりとりできるようになる。サブネットマスクは、どの IP アドレスがローカルサブネット上にあり、どれがないのかを OS に伝える。やりとりしたい IP がローカルサブネットにある場合は、OS がルータを使わずにそれと直接やりとりすることができる。

つまり、ARP でマシンに接触し、やりとりを開始するだけだ。IP アドレスとサブネットマスクのコンフィギュレーションは/24の汎用ネットワークの場合は非常にわかりやすい。標準の255.255.255.0のマスクは、最初の3つの8進数がネットワークアドレスで、後ろの部分がホスト用に予約されていることを意味する。たとえば、10.0.0.1 の IP と255.255.255.0（/24、二進数の場合は24bit）のマスクが割り当てられたコンピュータは10.0.0.1〜10.0.0.255の範囲内ならどれとでもやりとりをすることができる。

次回は CIDR を使ったサブネットの要点まで進むので、ここで説明したことは必ずすべて理解しておいていただきたい。　

まとめ
IP アドレスはわずか32bit の数字だ。そして、サブネットマスクは IP アドレスの bit に自由に重ねて大小さまざまなネットワークを作り出すための「カバー」に過ぎない。 IP アドレスの「ネットワーク」部分はローカルサブネットの規模をホストに伝え、そこから直接やりとり可能な相手が伝えられる。 ユニキャストのパケットは1台のコンピュータに流れ、ブロードキャストのパケットは複数に流れる。