【初心者向け】IPアドレス(IPv4)の基礎をわかりやすく丁寧に解説【図解】

基礎
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IPアドレスってそもそも何?

数字ばっかりで意味不明…

読み方がわからない!

上記のような疑問を解消するための記事を書きました。

この記事を読めば、初心者でもIP(IPv4)アドレスの基本的な考え方や仕組みが理解できるようになりますよ。IPアドレスの理解に少しでも不安のある方はぜひ読んでみてください。

目次
・IPアドレスとは
・IPアドレスの構成
・サブネットマスク
・2種類の特別な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
・プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレス 
・まとめ:1分で総復習 

IPアドレスとは

IPアドレス(Internet Protocol Address)は、ITの世界における住所のようなものです。Internet Protocolはインターネットを通じてデータ(パケット)を送受信するための約束・決め事のことです。そしてAddressは日本語訳すると住所ですね。つまりIPアドレスは、データの送り主と宛先を表すものと言えます。

例えばAmazonで商品を注文した場合、そこには必ず荷物の送り主と宛先の住所が存在しますね。それと同じでITの世界でも、データのやり取りをする場合には送り主と宛先の住所であるIPアドレスが必要になります。データには必ず送り主が存在しますし、宛先がわからなければデータを届けることができませんよね。

IPアドレスの構成

IPv4アドレスは、2進数(0か1)の32ビット(桁)で表されます。例えば、次の通りです。

0と1の組み合わせを考えると、2の32乗通りとなります。つまり、計算上は最大でおよそ43億台のコンピュータに住所を割り当てられることになります。

なぜ2進数かというと、コンピュータの内部ではデータは2進数で処理されるからです。しかし、2進数ってわかりにくいですよね。それもそのはず、私たち人間が日常生活で使うのは2進数ではなく10進数(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9で表現)だからです。

そこで下図のように、人間が普段使用する10進数での表記がよく使われます

10進数で表したとしても、4つの数字の組み合わせを覚えるのは大変ですよね。そこで、DNSが活躍することになります。DNSについてはまた別の記事で紹介しますね。

サブネットマスク

IPアドレスは、ネットワーク部とホスト部で構成されます。ネットワーク部はその名の通りどのネットワークに所属するかを表し、ホスト部はそのネットワーク内におけるホストの番号を意味します。そしてネットワーク部とホスト部の境界は、サブネットマスクで表すことができます

サブネットマスクもIPアドレスと同じように2進数の32桁で表現されます。ただしサブネットマスクの場合、前半は1の連続、後半は0の連続で表します。(0と1が交互に並ぶことはありません)IPアドレスとサブネットマスクを比較し、サブネットマスクが1の桁に対応するのがネットワーク部であり、0の桁に対応するのがホスト部です。

サブネットマスクも、IPアドレスと同様に人間が理解しやすい10進数で表現できます。

また、1がいくつ連続するか数え、/(1の個数)のように表現することもできます。この表記法はプレフィクスと呼ばれます。例えば、/24であればネットワーク部は24桁目まででホスト部は残りの8桁とわかります。

2種類の特別なIPアドレス

IPアドレスには2種類だけ例外があり、それらはホストに割り当てることができません。その2種類とは、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスのことです。以下で順番に解説していきますね。

➀ネットワークアドレス

ネットワークアドレスは、ホスト部が全て0のIPアドレスのことです。例えば下図のように、IPアドレスが192.168.0.1でサブネットマスクが255.255.255.0の場合、ネットワークアドレスは192.168.0.0/24となります。

ネットワークアドレスはネットワーク自体のアドレスのため、機器に割り当てることができません。

②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、ホスト部が全て1のIPアドレスのことです。例えば下図のように、IPアドレスが192.168.0.1でサブネットマスクが255.255.255.0の場合、ネットワークアドレスは192.168.0.255/24となります。

ブロードキャストアドレスは、同じネットワークに接続されている全てのホストに向けてパケットを送信するためのアドレスです。そのため、ブロードキャストアドレスも機器に割り当てることができません。

プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレス

家庭や学校、企業内ではプライベートIPアドレスを割り当てます。インターネットに接続する場合は、グローバルIPアドレスを使用します。

プライベートIPアドレスとして使用できる範囲は、以下のように決まっています。

10.0.0.0    ~ 10.255.255.255
172.16.0.0  ~ 172.31.255.255
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 

この範囲外が、グローバルIPアドレスとして使用可能です。

プライベートIPアドレスは、その組織内でユニークであれば良く、異なる組織のネットワークのIPアドレスと同じでも構いません。一方でグローバルIPアドレスはインターネット全体でユニークである必要があります。プライベートIPアドレスを割り振られたホストがインターネット上のホストと通信する場合には、NATやProxyサーバーの技術を利用することになります。

まとめ:1分で総復習

IPアドレスは、ITの世界における住所です。コンピュータは2進数の32桁で処理しますが、人間が理解しやすいように10進数で表現することが多いです。IPアドレスはネットワーク部とホスト部で構成され、両者の境界はサブネットマスクで表現できます。

また、IPアドレスには特別な2種類があります。一つはホスト部が全て0で表されるネットワークアドレスであり、ネットワーク自体のアドレスです。もう一つはホスト部が全て1で表されるブロードキャストアドレスであり、同一ネットワーク内の全ホストにパケットを送信するのに使用します。

学校や会社などの組織内ではプライベートIPアドレスを使用し、インターネットに接続するホストにはグローバルIPアドレスを割り当てます。プライベートIPアドレスは範囲が指定されており、その範囲外がグローバルIPアドレスです。

以上が、IPアドレスの基礎です。このページを何度も見返して、IPアドレスの基礎をマスターしていただければ幸いです。IPアドレスやその他のネットワーク技術についてもっと詳しく学びたい方にはマスタリングTCP/IP―入門編―(第6版)がおすすめです。初心者でもわかりやすく解説されていますよ。

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