1-6 IP アドレスとサブネットマスク

1. IP アドレスとは

IP アドレスとは、ネットワーク層で機器を識別するために割り当てられる論理アドレスである。IPv4 では 32 ビット長で表され、8 ビットずつ 4 組をピリオドで連結する ドット 10 進表記 で記される（例: 192.168.1.10）。1 オクテットの値は 0〜255 で、全体で理論上およそ 43 億通りのアドレスが存在する。

MAC アドレスがインタフェースに焼き込まれた識別子であるのに対し、IP アドレスは管理者またはプロトコルが 論理的に割り当てる識別子 である。同じ機器でも接続先ネットワークが変われば異なる IP アドレスが付与される。

2. ネットワーク部とホスト部

IP アドレスは、上位ビットの ネットワーク部 と下位ビットの ホスト部 に分割される。ネットワーク部はそのアドレスが属するネットワークを、ホスト部は当該ネットワーク内の個々の機器を識別する。

ネットワーク部が同一のアドレス同士は同じネットワークに属し、L2 のフレーム転送で直接通信できる。異なるネットワーク部同士の通信には必ずルーターが介在する。機器が IP アドレスを見て最初に行うのは「宛先は自分と同じネットワーク部か否か」の判定であり、その結果でフレームを直接送るかデフォルトゲートウェイへ渡すかが決まる。

3. サブネットマスクと CIDR 表記

IP アドレスのどこまでがネットワーク部かを示すのが サブネットマスク である。IP アドレスと同じ 32 ビット長のビットパターンで、ネットワーク部のビットを 1、ホスト部のビットを 0 で表す。たとえば 255.255.255.0 は上位 24 ビットがネットワーク部であることを示す。

このビット数をスラッシュで併記する短縮表記を CIDR 表記（Classless Inter-Domain Routing 表記）と呼ぶ。192.168.1.0/24 と書けば、192.168.1 までがネットワーク部、残り 8 ビットがホスト部の意である。

ホスト部のビット数を n とすると当該ネットワーク内のアドレスは 2^n 個あるが、先頭は ネットワークアドレス、末尾は ブロードキャストアドレス として予約されるため、ホストに割り当てられるのは 2^n - 2 個となる。/24 の利用可能ホスト数は 254、/30 は 2 である。

4. クラスフルからクラスレスへ

IPv4 の運用初期には、アドレスを A から E までのクラスに分けて管理する クラスフルアドレッシング が用いられていた。クラス A は /8、クラス B は /16、クラス C は /24 と、ネットワーク部の境界がクラスごとに固定されていた。

この方式は組織規模に対して粒度が粗すぎ、アドレス枯渇を加速させた。これを解消するため 1993 年に標準化されたのが CIDR である。クラス境界に縛られずサブネットマスクを任意位置に置けるため、必要数に応じた粒度で割り当てられる。現在の IPv4 ネットワークはすべて CIDR を前提とする。

5. プライベートアドレスと特殊用途

IPv4 アドレス空間の一部は、特定用途のために予約されている。代表的な範囲を以下に示す。

プライベートアドレスは外部通信時に NAT でグローバルアドレスへ変換される。IPv4 アドレス空間は事実上枯渇しており、これを 128 ビットに拡張した後継規格 IPv6 が定義されている。詳細は第 3 章で扱う。

6. 次節

続く 1-7 では、同一ホスト上で動作する複数アプリケーションを区別する ポート番号 と、その上に立つ TCP・UDP の役割を扱う。