♣第３回はネットワーク層からおさえておきたいベスト３！♣
♦第１位 予約済みIPアドレス (ネットワークアドレス・ブロードキャストアドレス)
§.IPアドレスの概要
IPアドレスとは、ネットワーク全体で通信機器を特定するために使用されるアドレスのことです。ネットワーク層ヘッダ内に情報が格納されています。
※MACアドレスは同一ネットワーク上の機器を特定するために使用される。
いわば、ネットワーク機器の住所のようなものです。 (よくこの例えが用いられています。)
通信の届きうる範疇において、唯一無二のIPアドレスを付与します。
同じ住所が複数あったら困りますよね？住所も全国で唯一無二に割り当てられているはずです。
§.ネットワークアドレス・ブロードキャストアドレス
ネットワーク機器を特定する用途とは別のIPアドレスがあります。これらは予約済みIPアドレスと呼ばれています。
今回は予約済みIPアドレスの中でも (試験的に) 特に重要な、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスについて言及していきたいと思います。
§.IPアドレスの領域
IPアドレスはネットワーク部とホスト部の２つの領域からなります。この境界線を表すものとしてサブネットマスクがあります。
サブネットマスク ビットが１の部分がネットワーク部、０の部分がホスト部を表す。
IPアドレスは３２ビットの２進数で表されます。同様に、サブネットマスクも３２ビットの２進数で表されます。
例えば、
IPアドレス １１００００００．１０１０１０００．００００１０１０．０００００００１
サブネットマスク １１１１１１１１．１１１１１１１１．１１１１１１１１．００００００００
このようになります。
上述の通り、サブネットマスクのビットが１の部分はネットワーク部を、０の部分はホスト部を表していますので、IPアドレスの青い部分がネットワーク部、赤い部分がホスト部という風に境界線を把握することができます。
IPアドレスの基本の説明を終えたところで、本題であるネットワークアドレス・ブロードキャストアドレスについて説明いたします。
・ネットワークアドレス
ネットワークセグメントを表すアドレス。ホスト部のビットがすべて０のもの。
・ブロードキャストアドレス
ブロードキャスト通信時に使用されるアドレス。同一ネットワークセグメントに所属する端末全体宛ての通信。
ホスト部のビットがすべて１のもの。
ネットワークセグメントというのはチームだと思ってください。チーム名を表すのがネットワークアドレスです。チームに所属する一人ひとりに充てられた番号がIPアドレス、チーム全体の連絡網として使用されるのがブロードキャストアドレスです。
要するに、同一のネットワークに所属している端末は、同一のネットワークアドレス・ブロードキャストアドレスを持つ、ということです。
IPアドレスはネットワークの管理者が充てていくものなので、割り当ての際には特にこの点に留意する必要があります。
♦第２位 可変長サブネットマスク
§.クラスフルアドレス
IPアドレスは３２ビットで構成されており、８ビットごとにオクテットという単位で区切られています。そうすると、第１～４オクテットがあるわけなのですが、オクテットの境界線でネットワーク部とホスト部が切り替わるようなアドレス体系をクラスフルといいます。
表.クラスフルアドレスとサブネットマスク・IPアドレス数
| クラス | サブネットマスク | １ネットワーク当たりのIPアドレス数 |
|---|---|---|
| A | ２５５．０．０．０ | 16,777,214個 |
| B | ２５５．２５５．０．０ | 65,534個 |
| C | ２５５．２５５．２５５．０ | 254個 |
このように、規模によって適切なクラスを選択して使用していくのですが、オクテットで切るとどうしてもアドレス体系がおおざっぱになってしまいます。
例えば、５００台の端末が所属するネットワークを作成したいとなった場合、クラスCではアドレス数が不足していますので、クラスBを使用するしかありません。５００個のIPアドレスしか使用しなければ、そのネットワークには６５，０００個のアドレスが余ってしまうことになります。
§.可変長サブネットマスク
クラスフルなアドレスを使用するとおおざっぱなアドレス体系になってしまう。この原因はオクテットで区切っていることにあります。ビット単位で区切ってあげればもう少し柔軟なアドレス体系になります。この考えこそが可変長サブネットマスクです。
可変長サブネットマスクは、４つの１０進数で表される他、/ (スラッシュ) 表記でもよく表されます。例えば、”/２５”なら先頭から２５ビットまでネットワーク部だということを表します。
上記の例を考えてみましょう。５００個のIPアドレスが必要なら、最低限で済ませるためにどのようなサブネットマスクを使用したら良いでしょう？
ホスト部のビットの組み合わせの数＝IPアドレスの数
ということを考えれば、ビットは０か１の２通りなので、
２のｎ乗ー２≥５００
この式を満たす初めてのｎを求めれば良いわけです。この場合はｎ＝９が初めて条件を満たすｎですね。
よってホスト部は９ビットとなり、サブネットマスクは /２３ もしくは、２５５．２５５．２５４．０となります。
条件式のー２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外するためのものです。
これでネットワーク１つにつき、５１０個のIPアドレスを用意することができますね。先ほどよりも無駄がかなり少ないです。
♦第３位 ルータの動作
ルータがコリジョンドメイン・ブロードキャストドメインを分割することは第２回でお話ししました。もうちょっとだけ詳しくルータについて見ていきましょう。
ルータはネットワーク層ヘッダ内にあるIPアドレスを元に、データを転送していきます。これをルーティングといいます。
また、ルータは異なるネットワーク同士を結ぶ橋渡しをしてくれます。逆に言えば、ルータはネットワークを分割しています。
異なるネットワークへとパケットを転送していく際に、変換しなければならないものがあります。
それは、MACアドレスです。
MACアドレスは、ネットワークセグメント内の機器を識別するために利用されています。ネットワークの境界にあるルータをまたげば、当然異なるネットワークセグメントとなりますので、MACアドレスの書き換えを行います。
端末は、異なるネットワークにある端末へと通信を行う際にはまず、自身のネットワークの出口を目指します。(デフォルトゲートウェイ) これがルータのインターフェイスになります。
なので、端末は送信元MACアドレスを自分、宛先MACアドレスをルータのインターフェイスにして通信を行うことになります。
それをキャッチしたルータは異なるネットワークへ転送していかなければなりません。そこで、送信元を自分のインターフェイス、宛先を目的地に書き換えるわけです。
このように、ルータはMACアドレスの書き換えを行っています。
⇒第４回はトランスポート層編です。
…と思ったんですけど、IPアドレス関連はかなり重要なので、次回補足で説明します。
※注釈
※1 このランキングは完全に独断と偏見によって作成されています。あくまで参考として捉えて戴きたく存じます。一切の責任は負いかねますのであしからず。
※2 技術者として成長するためにはどれも欠かせないものばかりです。資格取得レベルにてランキングを作成しています。
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