IPアドレス【Internet Protocol Address】

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IPアドレスとは

最終更新
2004-01-09T00:00:00+09:00
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https://www.7key.jp/nw/tcpip/ip/ipadd.html#ipadd

インターネットやイントラネットなど、TCP/IPネットワークには非常にたくさんのコンピュータが接続されています。その１台１台のコンピュータは、それぞれ自分の通信したい相手とだけデータのやりとりを行う必要があります。通信するからには、相手がいないとはじまりません（その為のネットワークなのですから…）し、相手を特定しないことにはどうしようもありません。そこで、相手を特定するために各機器にはそれぞれ識別番号がつけられており、その識別番号のことをIPアドレスといいます。特にインターネットに直接繋がっている機器に付けられたものをグローバルIPアドレス、LANなど個別に構築されたネットーワーク内の機器に付与される物をローカルIPアドレスといいます。グローバルIPアドレスはこの数値に重複があってはならないため、割り当てなどの管理は各国のNICが行っています。

IPアドレスの構成

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IPアドレスは、ネットワークを識別するためのネットワーク部とネットワーク内のコンピュータを識別するためのホスト部から構成されています。解りにくければ電話番号を思い出してください。電話番号は、市外局番＋自分の電話番号になっていますが、考え方は全く同じです。市外局番がIPアドレスでのネットワーク部、自分の電話番号がIPアドレスでのホスト部をそれぞれ表しているということになります。つまり、[IPアドレス] = [ネットワーク部] ＋ [ホスト部]という標記の仕方になります。

では、具体的な例を見てみましょう。現在インターネットで利用されていますIPv4【Internet Protocol Version 4】では、IPアドレスを 32 ビットの長さで表し、通常はこの 32 ビットのアドレスを 8 ビットずつに区切ったものを 10 進数に変換して表示します。

11000000101010000000000101100100
　　　　↓（8 ビットずつに区切る）
11000000　10101000　00000001　01100100
　　　　↓
　192　　168　　1　　100
IPアドレスは 192.168.1.100

ただしこのままでは、どこまでがネットワーク部でどこからがホスト部なのか判断がつきません。そこで、IPアドレス内のどこまでをネットワーク部として使うのかを定義する値が、後に説明しているサブネットマスクです。

IPアドレスの決まり

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IPアドレスを割り振るには以下のような約束事があります。

サブネットマスク【subnet mask】

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IPアドレスの構成で少しふれましたが、IPアドレスを設定するときには必ず、IPアドレスと一緒にサブネットマスクというものを指定する必要があります。インターネットのような巨大な TCP/IPネットワークでは、IPアドレスを複数の小さなネットワーク(サブネット)に分割して管理しています。そこで、IPアドレスの何ビットまでを、ネットワーク識別のためのネットワークアドレスに使用するかを定義するものが必要であり、それがサブネットマスクなのです。

サブネットマスクもIPアドレスと同じく 32 ビットのアドレスを 8 ビットずつに区切ったものを 10 進数に変換して表します。IPアドレスからネットワークアドレス部を取得する方法は、サブネットマスク値からIPアドレスとビットの論理積を計算します。サブネットマスクのネットワークアドレスを指す部分はすべて 1 なので、IPアドレスでの該当部分がそのままネットワークアドレスとなります。

例えば、IPアドレス 192.168.1.100、サブネットマスク 255.255.255.0 のネットワークアドレスは、以下のように 192.168.1.0 と求めることができます。

IPアドレスの説明
1921681100
↓↓↓↓
11000000 10101000 00000001 01100100
AndAndAndAnd
11111111111111111111111100000000
↓↓↓↓
11000000 10101000 00000001 00000000
↓↓↓↓
19216810

もう一つ例として 255.255.255.248 というサブネットマスクを考えます。2進数で表すと、先頭から 29ビット目までが 1、残りの 3ビットが 0 となります。解りやすく言いますと、先頭から続く 1 の部分が、そのコンピュータに与えられたIPアドレスのうち、ネットワークアドレス部がどこまでであるかを示し、残りの 3ビットがそのネットワークアドレスに属するIPアドレス数を表します。よって、 255.255.255.248 というサブネットマスクが示す、そのネットワークアドレスで保有するIPアドレス数は 3 ビット分。即ち、192.168.1.0 から 192.168.1.7 までの 8 個となります。

ただし、ここで注意すべき点が一つあります。IPアドレスの決まりで説明した通り、ホスト部が全て「1」、全て「0」のIPアドレスは約束違反となっています。なぜならば、

192.168.1.0 はネットワークアドレスなので割り振ることができません。

192.168.1.7 はブロードキャストアドレスなので割り振ることができません

IPアドレスのアドレスクラス

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アドレスクラスとは、IPアドレスの値によって、IPアドレスを幾つかのカテゴリに分類したもののことを言います。アドレスクラスを説明するにあたり、もっとも重要なことは、IPアドレスというものは、ネットワーク部を長くするとホスト部が短くなり、ネットワーク部を短くすると、ホスト部が長くなる、ということです。なんでこんな当たり前な話が重要かと言いますと、ネットワーク部が長くなるということは、表現できるネットワークの数が多くなる一方、1つのネットワークに接続できるホストの総数が少なくなり、逆にネットワーク部を短くすると、表現できるネットワークの総数は少なくなるが、1つのネットワーク内に接続できるホストの総数は多くなるからです。これは、ネットワークの設計などを行うときに、必ず考慮しなければならない重要な概念となっており、ネットワークの規模に応じて、IPアドレスのアドレスクラスを定義することが必要になります。

アドレスクラスは A 〜 E まで 5 つありますが、コンピュータ等ノードに割り当てるIPアドレスはクラス A 〜 C のいずれかになり、クラス D、E は特別な用途に利用されます。

IPアドレスのアドレスクラス
　クラスＡ　0xxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
　クラスＢ　10xxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
　クラスＣ　110xxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
　クラスＤ　1110xxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
　クラスＥ　1111xxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
クラスA
最上位の1bitが「0」ならば、そのIPアドレスは「クラスA」になります。「0.0.0.0〜127.255.255.255」がクラスAに該当します。これは・a href="https://www.7key.jp/nw/technology/vopn/sip.html#sip_address" title="SIPあどれす">SIPアドレス空間（≒42億個）のうち、半分に相当することになります。ネットマスクの値は「255.0.0.0」となっています。この結果IPアドレスは、1バイトのネットワーク部と3バイトのホスト部に分けられます。クラスAでは、IPアドレスの最上位bitは常に「0」に固定ですので、結局、ネットワーク・アドレスとしては、「0〜127」までの全部で128個が利用できることとなり、それぞれのネットワーク内には最大でそれぞれ約1600万台（0.0.0〜255.255.255）のホストを収容できることになっています。
クラスB
最上位の2bitが「1−0」ならば、そのIPアドレスは「クラスB」になります。「128.0.0.0〜191.255.255.255」がクラスBに該当します。これは・a href="https://www.7key.jp/nw/technology/vopn/sip.html#sip_address" title="SIPあどれす">SIPアドレス空間のうち、4分の1に相当することになります。ネットマスクの値は「255.255.0.0」となっています。この結果IPアドレスは、2バイトのネットワーク部と2バイトのホスト部に分けられます。クラスBでは、IPアドレスの最上位の2bitは常に「1−0」に固定なので、結局、ネットワーク・アドレスとしては、「128.0〜191.255」までの全部で1万6384個が利用できることとなり、それぞれのネットワーク内には最大でそれぞれ約6万5000台（0.0〜255.255）のホストを収容できることになっています。
クラスC
最上位の3bitが「1−1−0」ならば、そのIPアドレスは「クラスC」になります。「192.0.0.0〜223.255.255.255」がクラスCに該当します。これは・a href="https://www.7key.jp/nw/technology/vopn/sip.html#sip_address" title="SIPあどれす">SIPアドレス空間のうち、8分の1に相当することになります。ネットマスクの値は「255.255.255.0」となっています。この結果IPアドレスは、3バイトのネットワーク部と1バイトのホスト部に分けられます。クラスAでは、IPアドレスの最上位の3bitは常に「1−1−0」に固定なので、結局、ネットワーク・アドレスとしては、「192.0.0〜223.255.255」までの全部で約200万個が利用でき、それぞれのネットワーク内には最大でそれぞれ約250台（0〜255）のホストを収容することができる。
クラスD
最上位の4bitが「1−1−1−0」ならば、そのIPアドレスは「クラスD」になります。「224.0.0.0〜239.255.255.255」がクラスDに該当します。クラスDは、マルチキャスト通信で使われる特別なIPアドレスで、マルチキャスト通信を使用したマルチメディア・アプリケーションなどで使われます。よって、一般的なノードにクラスDのIPアドレスだけを付けることはありません。
クラスE
最上位の4bitが「1−1−1−1」ならば、そのIPアドレスは「クラスE」になります。「240.0.0.0〜255.255.255.255」がクラスEに該当します。ただし、このクラスは「実験的」な目的のためにTCP/IP（IPv4）の開発当初から予約されていますので、実際に使われることはありません。

IPv6【Internet Protocol Version 6】

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現在のIPv4では、IPアドレスというものは、 32 ビットの長さで表されます。ということは、2 ^ 32 = 42億9496万7296 台までしかインターネットに接続することができませんので近い将来IPアドレスが足りなくなることが心配され始めました。そこで、IPv4に代わる次世代のプロトコルとして、IPv6の標準化が進行しています。IPv6では128ビットのアドレスが使われるため、当分アドレスが足りなくなる心配はありません。

IPv6の特徴は、ただ単にアドレス数が増えただけではありません。IPアドレスを階層化にすることで、経路表を集約し、ルータにかかる負担を減らすことができるのです。このような理由により処理が高速化したならば、それだけネットワークのレスポンス向上も期待ができるようになるということです。

また、IPv4よりもパケットヘッダを簡素化することにより、パケットのオーバーヘッドを減少させることができます。

さらに、IPv6では認証と暗号に関する拡張機能を必ず実装する仕組みになっています。IPv4では可変長のオプション領域にこのセキュリティ機能を実装していましたが、IPv6ではセキュリティ領域が義務付けられています。

そして、IPv6では端末のインターフェイスIDとルータからのプレフィックスによってIPアドレスが自動生成されるので、サーバーによるアドレスの管理が必要なくなります。

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