#3ネットワークの基礎　IPv4 アドレッシングを「住所システム」で完全理解する

はじめに

前回はイーサネットとスイッチを解説しました。MAC アドレスという「社員証番号」を使って、同じ LAN 内でフレームを届ける仕組みでした。

今回は「IPv4 アドレッシング」に入ります。

私のロードマップを使った人がこんなことを言っていました。
「サブネットマスクが何をしているのか、最後までよくわからなかった」

CCNA の学習で IP アドレスとサブネットの計算に苦手意識を持つ方はとても多いです。
ただ、計算の前に「なぜこの仕組みが存在するのか」を理解していると、暗記量がぐっと減ります。
この記事ではまず仕組みの理解を優先して進めます。

IPアドレスとは何か 「インターネット上の住所」

IP アドレスとは、ネットワーク上の機器を識別するための番号です。

前回学んだ MAC アドレスが「機器自身に刻まれた社員証番号」だとすれば、IP アドレスは「その機器が今どこにいるかを示す住所」です。

LAN の中だけで通信するなら MAC アドレスだけで十分です。

しかしインターネットを通じて世界中の機器と通信するには、MAC アドレスだけでは対応できません。

MAC アドレスは機器ごとに固有の番号であり、「どのネットワークに属しているか」という位置情報を持っていないからです。

IP アドレスはこの問題を解決します。
IP アドレスには「どのネットワークに属しているか」という情報が含まれており、ルーターはその情報をもとにデータを正しい方向へ転送し
ます。

現在広く使われているのは IPv4 (Internet Protocol Version 4）というバージョンで、32 ビットの数値をドット（.）で 4 つに区切って表現します。192.168.1.10 のような形です。各区切りは 0〜255 の値を取ります。

ネットワーク部とホスト部——「区名」と「番地」

IP アドレスは、ネットワーク部とホスト部の 2 つに分かれています。

日本の住所を思い浮かべてください。
「東京都渋谷区代々木 1 丁目 5 番 3 号」という住所には階層があります。「東京都渋谷区代々木 1 丁目」がエリアを示す部分（ネットワーク部）、
「5 番 3 号」が個別の建物を示す部分（ホスト部）です。

IP アドレスも同じ構造です。
192.168.1.10 というアドレスであれば、192.168.1 がネットワーク部（渋谷区代々木 1 丁目）、10 がホスト部（5 番 3 号）に相当します。

同じネットワーク部を持つ機器同士は同じネットワークに属しており、直接通信できます。

この分け方を決めるのがサブネットマスクです。

サブネットマスクとは—— 「どこまでが区名かを示す定規」

サブネットマスクは、IP アドレスのどこまでがネットワーク部でどこからがホスト部かを示すための値です。

住所の例えで続けると、「渋谷区代々木 1 丁目」までがエリア名（ネットワーク部）だと知っている人には不要ですが、初めてその住所を見る人には「どこまでがエリア名なのか」がわかりません。

サブネットマスクはその「境目を示す定規」です。

255.255.255.0 というサブネットマスクは、2 進数で表すと
11111111.11111111.11111111.00000000になります。
最初の 24 ビットがすべて 1、残り 8 ビットがすべて 0 になります。

「1 が続く部分がネットワーク部、0 の部分がホスト部」というルールです。

192.168.1.10 / 255.255.255.0 という組み合わせであれば、最初の 24 ビット（192.168.1）がネットワーク部、残り 8 ビット（10）がホスト部です。

このサブネットマスクを /24 と省略して書くこともあります。
24 というのは「先頭から何ビットがネットワーク部か」を示す数字です。
これを CIDR（サイダー）表記と呼びます。
192.168.1.10/24 という書き方です。

同じ 192.168.1.x のアドレスを持つ機器は同じネットワークに属しており、直接通信できます。

サブネット化とは ——「マンションのフロア分割」

ネットワークを小さな単位（サブネット）に分割することをサブネット化と呼びます。

大きなマンションがあって、全住民が同じ廊下を自由に行き来できる状態を想像してください。
住民が増えれば増えるほど廊下が混雑し、誰がどこにいるかも管理しにくくなります。

そこでフロアごとに分けると、1 階の住民は 1 階内だけで行き来でき、他のフロアには入れなくなります。
管理が楽になり、セキュリティも上がります。

サブネット化も同じ発想です。
大きなネットワークをサブネットに分割することで、ブロードキャストが届く範囲を小さくし、通信の混雑を抑えます。

また、部署ごとにサブネットを分けることで、他の部署の通信が見えないようにするセキュリティ上のメリットもあります。

プライベートアドレスとパブリックアドレス ——「内線番号と代表電話」

IP アドレスにはプライベートアドレスとパブリックアドレスの 2 種類があります。

プライベートアドレスは「社内内線番号」です。
社内でしか通じませんが、社内では自由に使えます。

どの会社も同じ内線番号体系を使っていても問題がないように、プライベートアドレスも世界中の LAN で同じ範囲が使い回されています。
インターネット上には出ていかないからです。

プライベートアドレスとして使える範囲は以下の 3 つです。
10.0.0.0〜10.255.255.255：大規模ネットワーク向け。企業の基幹ネットワークなどで使われます。
172.16.0.0〜172.31.255.255：中規模ネットワーク向け。
192.168.0.0〜192.168.255.255：家庭や小規模オフィスで最もよく使われる範囲です。

パブリックアドレスは「会社の代表電話番号」です。
世界中でひとつしか存在しない番号で、インターネット上で一意に管理されます。
ISP（インターネットサービスプロバイダ）から割り当てられます。

家庭のルーターは、内側のプライベートアドレスと外側のパブリックアドレスを変換しています。
これが NAT（Network Address Translation）という技術です。
「内線から外線に取り次ぐ交換手」と考えるとわかりやすいです

まとめ

IP アドレスはネットワーク上の「住所」です。
ネットワーク部（区名）とホスト部（番地）に分かれており、その境目を決めるのがサブネットマスクです。

サブネット化はネットワークをフロアごとに分割する考え方で、管理効率とセキュリティを高めます。

プライベートアドレスは LAN 内の内線番号、パブリックアドレスは外部向けの代表番号で、NAT が両者をつなぐ交換手として機能します。

私のロードマップを使った人も「IPv4 の仕組みを理解してからサブネット計算に入ったら、急にスムーズになった」と言っていました。
計算の練習は仕組みの理解の後で十分です。

次回は TCP と UDP を扱います。

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