[ネットワーク] ・TCP/IP第4層(5層)プロトコル ・インターネット層(ネットワーク層) ・IPアドレス

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I. 概要

前回の記事では、インターネット プロトコル IP について簡単に紹介しました。インターネットプロトコルIPは大きく分けて、①IPアドレッシング、②ルーティング(最終ノードへの転送)、③IPパケット化とグループ化の3つの主要な機能モジュールに分かれます。
この記事では、IP アドレスの基本について詳しく説明します。IPアドレスの構成、分類、ブロードキャストアドレス、マルチキャスト、サブネットマスクなどが含まれます。

TCP/IP で通信する場合、ホストとルーターはIP アドレスによって識別されます。正常な通信を確保するには、各デバイスに正しい IP アドレスを設定する必要があります。インターネット通信では、世界中で正しいIPアドレスを設定する必要があります。そうしないと、正常な通信がまったく実現できません。

したがって、IP アドレスは TCP/IP 通信の基礎のようなものです。

次に、IP アドレスの定義

IPアドレス（IPv4アドレス）は32ビットの正の整数で表され、コンピュータ内部では2進数（2進数とは数字を0と1で表す方法のこと）で処理されます。

実際には、点分十进制IP アドレスを表すためによく使用されます。つまり、32 ビットの IP アドレスが 8 ビットの 4 つのグループに分割され、各グループが「.」で区切られ、各グループの数値が次のように変換されます。 10 進数。

IPアドレスで表される数字を全体として計算すると以下のような値が得られます。$2^{32}$ = 4294967296。この計算結果から、最大 43 億台のコンピュータがネットワークに接続できることがわかります。ただし、ホストによっては複数のネットワーク カードが搭載されており、複数の IP アドレスを設定する必要があるため、使用できる IP アドレスが少なくなります。さらに、IP アドレスはネットワーク部分とホスト部分に分割されるため、使用できる IP アドレスの数は大幅に少なくなります。では、IP アドレスの数の問題はどのように解決すればよいのでしょうか? IPアドレスの数を増やすにはIPv6を利用することもできますが、現在ではNAT技術（プライベートアドレスを利用する技術。後の記事で説明します）が一般的に使われています。

3. IPアドレスの構成

IP アドレスは、ネットワーク識別子(ネットワーク アドレス) とホスト識別子(ホスト アドレス) の 2 つの部分で構成されます。ネットワーク IDデータリンクの各セグメントに異なる値を設定します。ネットワーク セグメントを区別するために共通に使用される ID です。同じセグメントに接続されているホストは同じネットワーク。ホスト アドレスは、同じネットワーク セグメント内で繰り返し出現することはできません。

では、32 ビット IP アドレスのうち、ネットワーク アドレスとホストアドレスは何ビットを占めるのでしょうか?
当初、ネットワーク アドレスとホスト アドレスが占めるビット数は、ソートされた方法で区別されていました。現在は基本的にサブネット マスク (ネットワーク プレフィックス) によって区別されています。サブネット マスクを使用すると、ユーザーはネットワーク アドレスとホスト アドレスが占める桁数を設定できます。たとえば、24 はサブネット マスクが 24 ビットであることを意味し192.168.128.10/24、ネットワーク アドレスも示します。24 ビットを取ります。

4. IPアドレスの分類

IPアドレスは、1番目から4番目までのビット列によってネットワーク識別子とホスト識別子を区別し、合計5つのカテゴリに分類されます。

• クラスAアドレス：最初の8桁がネットワークアドレス（ネットワーク番号）、残りの24桁がホストアドレス（ホスト番号）で、
  ネットワークアドレスの1桁目0は で始まり、残り7桁の合計です。$2^7$ = 128、ドット付き 10 進表記で、クラス A ネットワーク アドレス範囲は 0.0.0.0 ～ 127.0.0.0 で、これは0.0.0.0予約されたアドレスであり、このネットワークを意味します。127.x.x.xアドレスはローカル ソフトウェアループバック テスト。たとえば、次のようになります。127.0.0.1それはループバックアドレスです。合計 126 桁が使用可能です。
  ホストアドレス2 24 2^{24}です$2^{24}$ = 16,777,216、x.0.0.0合計x.255.255.255と、16,777,214 になります。
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  クラス B アドレス: 最初の 16 ビットはネットワーク アドレス (ネットワーク番号)、残りの 16 ビットはホスト アドレス (ホスト番号) で、ネットワーク アドレスの最初の 2 ビットは で始まり、残りの 14 ビットの10合計2 14 2^{14}の$2^{14}$ = 16384、ドット付き 10 進表記では、クラス B ネットワーク アドレスの範囲は 128.0.0.0 ～ 191.255.0.0 であり、128.0.0.0使用できません。使用できるクラス B の最小アドレスは128.1.0.0合計$2^{14}$ -1=16383 個。
  ホストアドレスは2 16 2^{16}です$2^{16}$ = 65536、x.x.0.0合計x.x.255.255と、65534 になります。
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  クラス C アドレス: 最初の 24 ビットがネットワーク アドレス (ネットワーク番号)、残りの 8 ビットがホスト アドレス (ホスト番号) で、ネットワーク アドレスの最初の 3 ビットは で始まり、残りの 21 ビットの合計です110。2 21 2^{21}の$2^{21}$ =2,097,152、ドット付き 10 進表記で、クラス C のネットワーク アドレス範囲は 192.168.0.0 ～ 239.255.255.0 で、192.0.0.0使用できません。使用できるクラス B の最小アドレスは192.0.1.0、使用可能なネットワーク アドレスの総数桁は$2^{21}$ -1==2,097,151。
  ホストアドレスは2 8 2^{8}です$2^8$ = 256、x.x.x.0合計をx.x.x.255と、254 になります。
• クラス D アドレス: 32 ビットはすべてネットワーク アドレス (ネットワーク番号) であり、ホスト アドレスは含まれず、マルチキャスト。
  ネットワーク アドレスの最初の 4 桁が1110先頭で、残りの 28 桁の合計は$2^{28}$ = 268,435,456、クラス C ネットワーク アドレスの範囲は、ドット付き 10 進数で表されます: 224.0.0.0 ～ 239.255.255.255。
• クラス E アドレス: 最初の 4 桁は1111先頭で、未使用および予約されています。
  

5. ブロードキャストアドレス

ブロードキャスト アドレスは、同じリンク (ネットワーク セグメント) 内で相互に接続されているホスト間でデータ パケットを送信するために使用されます。

IP アドレスのホスト アドレス部分をすべて 1 に設定すると、ブロードキャスト アドレス、たとえばブロードキャスト アドレスになります192.168.1.255/24。

同様に、MAC アドレスのすべてのビットが 1 に設定されている場合、FF:FF:FF:FF:FF:FFブロードキャスト アドレスが形成されます。ブロードキャスト IP パケットがデータリンク フレームの形式で送信される場合は、FF:FF:FF:FF:FF:FFすべて 1 の MAC アドレスを介して転送する必要があります。ビット。

放送にはローカル放送と直接放送の2種類があります。ネットワーク内でのブロードキャストをローカルブロードキャスト、異なるネットワーク間でのブロードキャストをダイレクトブロードキャストと呼びます。

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参考資料：
『コンピュータネットワーク』第7版、謝希仁編
『図解TCP/IP』第5版

ホストの定義は、IPアドレスが設定されているが経路制御を行っていない装置を指し、IPアドレスを持ち経路制御機能を持つ装置を「ルータ」、ノードを「ルータ」と呼びます。ホストとルーターの総称。