IPネットワークの基本

要点と定義

TCP/IPでは、通信の機能を層ごとに分け、各層のプロトコルが連携してデータを届けます。送信時には各層が制御情報を加え、受信時には対応する層がそれを読み取ります。IPはネットワーク層でパケットをネットワーク間へ運び、TCPとUDPはトランスポート層で端末上の通信を扱います。HTTPやDNSはアプリケーション層のプロトコルです。

ルータは宛先IPアドレスをルーティングテーブルと照合して、パケットの次の転送先を決めます。MACアドレスは同じリンク内でフレームを届けるときに使われ、ネットワーク間の経路選択に使う宛先IPアドレスとは役割が異なります。

IPv4アドレスのネットワーク部とホスト部の境界は、サブネットマスクまたはCIDRのプレフィックス長で表します。たとえば /28 は先頭28ビットがネットワーク部という意味です。マスクが255.255.255.240なら、最後のオクテットのブロック幅は256−240＝16です。末尾19を含む範囲は16〜31なので、ネットワークアドレスの末尾は16、ブロードキャストアドレスの末尾は31です。

過年度の設問にはIPv4アドレスをクラスで分類する旧来の形式があります。示されたアドレスの先頭オクテットが128なら、旧来のクラス分類では128〜191の範囲に入るためクラスBです。クラス分類は過年度問題を解く基礎として区別し、個別ネットワークの境界はマスクまたはCIDRのプレフィックス長から判断します。

NATはプライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスを相互に変換します。NAPTはIPアドレスに加えてポート番号も使って通信を区別し、変換表で対応を管理します。そのため、複数端末が一つのグローバルIPアドレスを共有して通信できます。

TCPとUDPはいずれもトランスポート層のプロトコルで、ポート番号によって端末上の通信相手を区別します。TCPは再送や順序制御を行い、データを確実に届けることを重視します。UDPは再送や順序制御を行わず、制御による遅延を抑えたい通信で使われます。

ポート番号は通信の向きと合わせて読みます。Webサーバが80番ポートで待ち受ける場合、要求ではPC側のポートが送信元、80番が宛先です。応答ではサーバの80番が送信元、PC側のポートが宛先になります。

DNSはホスト名などに対応するIPアドレスを調べる仕組みです。DNSキャッシュサーバは対応情報を一時保存して問い合わせに利用します。誤った対応がキャッシュにあると、そのキャッシュサーバを使い、該当する名前を調べた利用者が誤った宛先を受け取ることがあります。

適用条件と例

サブネットの範囲を求めるときは、マスクの値が変化するオクテットに注目します。たとえば最後のオクテットが224なら、ブロック幅は256−224＝32です。末尾70は64〜95の範囲に入り、ネットワークアドレスは末尾64、ブロードキャストアドレスは末尾95です。一般的なIPv4サブネットでホストに割り当てるアドレス数を数える場合は、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを除きます。