109.1 レッスン 1

IPアドレスの先頭数ビットのパターンに応じてアドレス範囲を クラス に分類することがあります。現在ではほとんど使われないのですが、特別な役割を持つアドレス範囲を理解する助けになりますので、ここに示しておきます。

通信を行うためには、ネットワーク上の機器それぞれが少なくとも1つのユニークなIPアドレスを持つ必要があります。しかしながら、インターネットに接続する世界中の機器それぞれにユニークなIPアドレスを与えるには、IP（v4）のアドレス範囲では不十分です。そこでプライベートなIPアドレスが定義されました。

プライベートIPアドレスとは、企業や組織、家庭などの 閉じた内部（プライベート） ネットワークで使用するために予約されているIPアドレスの範囲です。プライベートネットワーク内ではプライベートアドレスを使用し、プライベートネットワークとインターネットの境界で、公式なパブリックIPアドレスに変換します。

つまり、インターネット上では（公式な、すなわちルーティングされる）パブリックIPアドレスを使用してやり取りを行いますが、プライベートネットワーク内では（予約された範囲内の）プライベートIPアドレスを使用します。境界ルーターでは NAT（Network Address Translation） ないし NAPT（Network Address and Port Translation） と呼ばれる機能を有効化し、プライベートネットワークとパブリックネットワークの間で（IPアドレスを含む）トラフィックの変換を行います。（NAPT のことを マスカレード（Masquerade） と呼ぶこともあります。）

プライベートIPアドレスの範囲は、次の表に示すように、クラスごとに決められています:

ここで、IPアドレスを2進数形式と10進数形式の間で変換する方法を解説しておきましょう。

10進数から2進数への変換は、2による除算を繰り返すことで行います。例として、10進数の105を2進数に変換してみましょう:

2進数 10110000 を例に取りましょう。

IPアドレスには2つの意味が含まれていて、上位ビットがネットワークを、下位ビットが（そのネットワークにおける）各ホストを表します。ネットマスク（netmask） は、ネットワークを表すビットを、IPアドレスと同じ形式（8ビットが4つで32ビット）で示すものです。例を示します。

ネットマスク 255.255.0.0 を例にとると、前半の16ビット（2つの10進数）がネットワーク/サブネットを示し、後半の16ビットがそのネットワーク内のホストを示します。

表にあるCIDR（Classless Inter-Domain Routing/サイダーと読む）というのは、ネットワークを示すビット数がいくつかであるかを示す数値で、ネットマスクを簡単に示したものです。たとえば、255.255.255.0 を、/ 24 と示します。（訳注: 日本では プレフィックス長、CIDR表記 などと呼びます。）

歴史的には、アドレスクラスごとにネットマスクが決められていました。IPv4アドレスの利用効率を高めるためにCIDRの概念が登場して任意長のプリフィックス長が使えるようになってからは、アドレスクラスの概念はほぼ使われなくなっています。

なおこれらのパターンは、あくまでも「デフォルトの」ネットマスクを示しているだけです。実際には次に示すように、どのIPアドレスでも任意のマスクを使用することができます。

IPアドレスとネットマスク、マスク長の使用例を示します:

この場合、IPアドレスの上位24ビット（3つの10進数）でネットワークを定義し、下位8ビット（最後の10進数）がホストを指定するアドレスになります。つまり、このネットワークの範囲は 192.168.8.0 から 192.168.8.255 になります。

重要なポイントが2つあります: ネットワーク/サブネットごとに2つの予約アドレスがあります。範囲内の最初のアドレス（この場合は 192.168.8.0）を ネットワークアドレス と呼び、ネットワーク/サブネットそのものを示します。範囲内の最後のアドレス（この場合は 192.168.8.255）を ブロードキャストアドレス と呼び、ネットワーク/サブネット内の全てのホストに同じメッセージ（パケット）を同報するために使われます。

ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスは、ネットワーク上のホストマシンに割り当てることができません。したがって、実際に使用できるIPアドレスは、192.168.8.1 から 192.168.8.254 の範囲です。

同じIPアドレスですが、ネットマスクが異なる場合を見てみましょう。

ネットマスクの変更による、ネットワーク/サブネット内のIPアドレス範囲の変化に着目してください。

2番目の例に示したように、ネットマスクによるネットワークの分割は、デフォルト値（8、16、24）に限られません。必要に応じて、ネットワーク部分のビットを追加・削除して、サブネットの大きさ（収納できるホストの台数）を調整することができます。

例えば次のようになります。

このネットワークを2つに分割する場合は、次のように、ネットマスクのネットワーク部のビットを追加します。

これにより、次の2つのサブネットができます。

さらにサブネットに分割したければ、次のようにします:

以下の4つのサブネットに分かれます:

それぞれのサブネットには、ネットワーク自体（範囲の最初）とブロードキャスト（範囲の最後）の予約アドレスが取られるので、ネットワークを細分化するほどに、ホストに使用できるIPアドレスが少なくなります。

IPアドレスとネットマスクから、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを見つけて、ネットワーク/サブネットにおけるホストのIPアドレス範囲を知ることができます。

ネットワークアドレスは、IPアドレスとネットマスクで、ビット単位の “論理積（AND）” を求めることで取得できますます。IPアドレス 192.168.8.12 と、ネットマスク 255.255.255.192 の例を見てみましょう。

前述の方法で、10進数から2進数に変換すると、次のようになります。

“論理積（AND）” では、1&1=1、0&0=0、1&0=0なので、次のようになります。

したがって、このサブネットのネットワークアドレスは 192.168.8.0 です。

次にブロードキャストアドレスを求めてみましょう。IPアドレスのホスト部のビットをすべて1にします。

この場合のブロードキャストアドレスは 192.168.8.63 になります。

まとめると、次のようになります。

IPパケットを直接やり取りできるのは、同じネットワーク/サブネット内にあるマシンに限られます。

次の例ではどうでしょう。

この場合、192.168.10.20 のマシンは、異なる論理ネットワーク上にある 192.168.200.100 のマシンにパケットを直接送信することができません。

この2台のホストが通信するためには、ルーター（またはルーター群）が必要です。ルーターは2つのネットワーク間を橋渡しするので、ゲートウェイとも呼ばれます。ルータは複数のネットワークインターフェイスを持ち、それぞれのネットワークにアクセスできるようにIPアドレスが構成されます。例えば、192.168.10.1 と 192.168.200.1 です。これで、ルーターがネットワークをまたぐ通信を中継できます。

ネットワーク上のそれぞれのホストでは、デフォルトルート を構成します。デフォルトルートとは、それぞれのホストが、「自分とは異なるネットワークに宛てたパケット」を送出するIPアドレスです。

上の例では、192.168.10.0/24 ネットワーク上のマシンのデフォルトルートがルーター/ゲートウェイのアドレスである 192.168.10.1 に、192.168.200.0/24 上のマシンのデフォルトルートが 192.168.200.1 になります。

デフォルトルートは、プライベートネットワーク（LAN）上のマシンが、ルーターを介してインターネット（WAN）にアクセスするためにも使用されます。