IPアドレスとアドレス解決の仕組み

IPアドレスは、ネットワーク層でホストを識別するための番号であり、サブネットマスクによってネットワーク部とホスト部に分けられる。アドレス解決とは、同一のネットワーク上で通信相手のIPアドレスから、データリンク層で使うMACアドレスを求めることである。IPアドレスの計算、アドレス解決、DHCPによる自動設定は、ネットワークの基礎として出題されやすい。

ARPによるアドレス解決

ARP（Address Resolution Protocol）は、同一リンク上で宛先のIPv4アドレスに対応するMACアドレスを求めるプロトコルである。送信元は対象のIPアドレスを問い合わせるARP要求をブロードキャストし、該当する端末からMACアドレスの応答を受け取る。

ARPの役割は、誤り通知や経路選択ではない。IPネットワーク上の誤り通知や診断にはICMPが使われ、経路の決定にはルーティングプロトコルが用いられる。ARPはあくまで、次に送る相手のMACアドレスを調べるための仕組みである。

ARPで得たIPアドレスとMACアドレスの対応は、端末のARPテーブルに一時的に保存される。この内容はarpコマンドで表示でき、IPアドレスが分かっている機器のMACアドレスを確認する方法として使われる。 ipconfigやifconfigは自端末のIPアドレスなどを表示するもの、netstatは接続状態を表示するもの、pingは宛先への到達性を確認するものであり、いずれも対応するMACアドレスを表示する用途ではない。

サブネットマスクによるネットワークアドレスの計算

サブネットマスクの値は、ネットワーク部とホスト部の境界を示す。例えば255.255.252.0は/22に相当し、第3オクテットではサブネットが4刻みで区切られる。この場合、IPアドレス172.30.123.45のホストが属するネットワークアドレスは172.30.120.0である。ホストの第3オクテットの値123が、120から123の範囲に含まれることから求められる。

ホストアドレスを求める式は、IPアドレスaとサブネットマスクmを用いて a & ~m で表される。サブネットマスクを反転すると、ホスト部のビットだけが1になるため、論理積によってホスト部だけを取り出せる。