IPアドレスとは？

ネットワーク上のすべての機器には、固有の識別子があります。手紙を送るときに宛先を書くのと同じように、コンピューターはこの固有の識別子を使って、ネットワーク上の特定のコンピューターへデータを送信します。今日のほとんどのネットワーク（インターネット上のすべてのコンピューターを含む）は、ネットワーク上での通信方法の標準としてTCP/IPプロトコルを使用しています。TCP/IPプロトコルでは、コンピューターの固有の識別子はIPアドレスと呼ばれます。

IPアドレスには2つの規格があります。IP Version 4（IPv4）とIP Version 6（IPv6）です。IPアドレスを持つすべてのコンピューターはIPv4アドレスを持っており、多くのコンピューターは新しいIPv6アドレスシステムも使い始めています。この2つのアドレスタイプの意味は次のとおりです。

• IPv4は32個の2進数（ビット）を使って、ネットワーク上で単一の固有アドレスを作成します。IPv4アドレスは、ドットで区切られた4つの数字で表されます。各数字は、8桁の2進数（オクテットとも呼ばれます）を10進数（10進表記）で表したものです。例：216.27.61.137
• IPv6は128個の2進数（ビット）を使って、ネットワーク上で単一の固有アドレスを作成します。IPv6アドレスは、コロンで区切られた8組の16進数で表されます。例えば2001:cdba:0000:0000:0000:0000:3257:9652のようになります。すべてゼロになっている数字のグループは、スペースを節約するためによく省略され、そのギャップを示すためにコロンの区切り記号だけが残されます（2001:cdba::3257:9652のように）。

IPv4アドレッシングが始まった当時、インターネットは今日のような大規模な商業的存在ではなく、ほとんどのネットワークは私的なもので、世界中の他のネットワークからは隔離されていました。インターネットが爆発的に広まったとき、固有のインターネットアドレスを識別するのに32ビットしかないことから、IPアドレスが枯渇してしまうのではないかという不安が広がりました。IPv4では2^32通りの組み合わせが可能で、これはおよそ43億個弱の固有アドレスを提供します。IPv6ではこれが2^128通りの可能なアドレスまで拡大され、不安は解消されました。後ほど、コンピューターのIPv4アドレスやIPv6アドレスをどのように読み解くかを詳しく見ていきます。

コンピューターはどのようにIPアドレスを取得するのでしょうか？IPアドレスは動的（ダイナミック）にも静的（スタティック）にもなり得ます。静的アドレスとは、コンピューターのネットワーク設定を編集して自分自身で設定するアドレスです。このタイプのアドレスは稀であり、TCP/IPについての十分な理解なしに使用すると、ネットワークの問題を引き起こす可能性があります。動的アドレスの方が一般的です。これらは、ネットワーク上で稼働しているサービスであるDynamic Host Configuration Protocol（DHCP）によって割り当てられます。DHCPは通常、ルーターなどのネットワーク機器や専用のDHCPサーバー上で動作します。

動的IPアドレスはリース（貸与）システムを使って発行されます。つまり、そのIPアドレスは限られた期間だけ有効ということです。リースが期限切れになると、コンピューターは自動的に新しいリースを要求します。場合によっては、これはコンピューターが新しいIPアドレスを取得することも意味します。特に、リースの間にコンピューターがネットワークから切断されていた場合はそうです。このプロセスは通常、ユーザーには見えない形で行われます。ただし、コンピューターがネットワーク上のIPアドレスの競合（同じIPアドレスを持つ2台のコンピューター）について警告する場合は例外です。アドレスの競合はまれで、今日の技術では通常、この問題は自動的に解決されます。

IPクラス

先ほど、IPv4アドレスは4つの8桁の2進数を表すと説明しました。つまり、それぞれの数字は2進数で00000000から11111111、10進数（10進表記）では0から255の範囲になります。言い換えると、0.0.0.0から255.255.255.255までです。しかし、この範囲内のいくつかの数字は、TCP/IPネットワーク上での特定の用途のために予約されています。これらの予約は、TCP/IPアドレッシングの管理機関であるInternet Assigned Numbers Authority（IANA）によって認められています。特定の予約として、次の4つが挙げられます。

• 0.0.0.0 -- これはデフォルトネットワークを表し、単にTCP/IPネットワークに接続されているという抽象的な概念を示します。
• 255.255.255.255 -- このアドレスは、ネットワークブロードキャスト（ネットワーク上のすべてのコンピューターに送られるべきメッセージ）のために予約されています。
• 127.0.0.1 -- これはループバックアドレスと呼ばれ、コンピューターがIPアドレスを割り当てられているかどうかにかかわらず、自分自身を識別する方法を意味します。
• 169.254.0.1 から 169.254.255.254 -- これはAutomatic Private IP Addressing（APIPA）の範囲のアドレスで、コンピューターがDHCPサーバーからアドレスを取得できなかった場合に自動的に割り当てられます。

その他のIPアドレスの予約は、サブネットクラスのためのものです。サブネットとは、ルーターを介して大規模なネットワークに接続された、より小さなコンピューターのネットワークです。サブネットは独自のアドレスシステムを持つことができるため、同じサブネット上のコンピューターは、より大きなネットワーク全体にデータを送ることなく、素早く通信できます。インターネットを含むTCP/IPネットワーク上のルーターは、1つ以上のサブネットを認識し、ネットワークトラフィックを適切にルーティングするように設定されています。サブネットのために予約されているIPアドレスは以下のとおりです。

• 10.0.0.0 から 10.255.255.255 -- これは、最初のビットが0であるクラスAのアドレス範囲1.0.0.0から127.0.0.0の中に含まれます。
• 172.16.0.0 から 172.31.255.255 -- これは、最初の2ビットが10であるクラスBのアドレス範囲128.0.0.0から191.255.0.0の中に含まれます。
• 192.168.0.0 から 192.168.255.255 -- これは、最初の3ビットが110であるクラスCの範囲192.0.0.0から223.255.255.0の中に含まれます。
• マルチキャスト（以前はクラスDと呼ばれていました） -- アドレスの最初の4ビットは1110で、アドレスの範囲は224.0.0.0から239.255.255.255です。
• 将来/実験的な用途のために予約（以前はクラスEと呼ばれていました） -- アドレス240.0.0.0から254.255.255.254。

最初の3つ（クラスA、B、Cの範囲）は、サブネットの作成に最も使用されるものです。後ほど、サブネットがこれらのアドレスをどのように使用するかを見ていきます。IANAは、Internet Engineering Task Force（IETF）の文書RFC 5771において、マルチキャストアドレスの具体的な用途を定めています。しかし、1989年の文書RFC 1112でこのブロックを予約して以来、クラスEアドレスの目的や将来の計画については指定していません。IPv6以前、インターネット上では、IANAがクラスEを一般利用のために解放すべきかどうかについての議論が盛んに行われていました。

インターネットアドレスとサブネット

以下は、ISP接続とコンピューターの間でルーター（無線または有線）を使用している場合、自宅のコンピューターが持つ可能性のあるサブネットIPアドレスの例です。

• IPアドレス: 192.168.1.102
• サブネットマスク: 255.255.255.0
• ネットワークIDのために予約された24ビット（3オクテット）
• ノードのために予約された8ビット（1オクテット）
• サブネットマスクに基づくサブネットID（最初のアドレス）: 192.168.1.0
• サブネットのために予約されたブロードキャストアドレス（最後のアドレス）: 192.168.1.255
• 同じネットワーク上にあるアドレスの例: 192.168.1.1、192.168.1.103
• 同じネットワーク上にないアドレスの例: 192.168.2.1、192.168.2.103

IPアドレスの予約以外にも、IANAは通常、企業や政府機関といった特定の組織にIPアドレスのブロックを割り当てる役割も担っています。あなたのインターネットサービスプロバイダー（ISP）はこうした組織の1つかもしれませんし、あるいはそうした組織が管理するより大きなブロックの一部かもしれません。あなたがインターネットに接続するためには、ISPがこれらのアドレスの1つを割り当てます。IPv4アドレスに関するIANAの割り当てと予約の全リストはこちらで確認できます。

インターネットに接続するコンピューターが1台だけであれば、そのコンピューターはISPから割り当てられたアドレスを直接使用できます。しかし、今日の多くの家庭では、ルーターを使って複数のコンピューターで1つのインターネット接続を共有しています。無線ルーターは近年特に普及しており、部屋の間にネットワークケーブルを配線する必要をなくしています。

ルーターを使ってインターネット接続を共有している場合、ルーターはISPから直接発行されたIPアドレスを取得します。そして、そのルーターに接続されているすべてのコンピューターのためのサブネットを作成・管理します。あなたのコンピューターのアドレスが先ほど挙げた予約済みのサブネット範囲のいずれかに該当する場合、あなたはインターネットに直接接続しているのではなく、ルーターを経由していることになります。

サブネット上のIPアドレスには、ネットワークとノードという2つの部分があります。ネットワークの部分はサブネット自体を識別します。ノード（ホストとも呼ばれます）は、ネットワークに接続され、固有のアドレスを必要とする個々のコンピューター機器です。各コンピューターは、サブネットマスクを使ってIPアドレスの2つの部分を区別する方法を知っています。サブネットマスクは、見た目はIPアドレスに似ていますが、実際にはIPアドレスのどの部分がネットワークとノードを示しているかを判定するためのフィルターにすぎません。

サブネットマスクは、1のビットの連続の後に0のビットの連続が続く構成になっています。1のビットは、IPアドレス内でネットワークビットをマスクすべき部分を示し、そのネットワーク上の固有ノードを識別する部分だけを明らかにします。IPv4規格では、最も一般的に使用されるサブネットマスクは、次のように完全なオクテット単位の1と0で構成されます。

• 255.0.0.0 = 11111111.00000000.00000000.00000000 = ネットワーク用8ビット、ノード用24ビット
• 255.255.0.0 = 11111111.11111111.00000000.00000000 = ネットワーク用16ビット、ノード用16ビット
• 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000 = ネットワーク用24ビット、ノード用8ビット

大規模ネットワークを構築する人々は、必要なサブネット数やノード数に応じて、どのサブネットマスクが最適かを決定します。サブネットを多くしたい場合はネットワーク用のビットを増やし、サブネットあたりのノードを多くしたい場合はノード用のビットを増やします。これは、標準的ではないマスク値を使用することを意味する場合があります。例えば、ネットワーク用に10ビット、ノード用に22ビットを使いたい場合、サブネットマスクの値は2番目のオクテットで11000000を使用する必要があり、結果としてサブネットマスクの値は255.192.0.0となります。

サブネット内のIPアドレスについてもう1つ重要な点は、最初と最後のアドレスは予約されているということです。最初のアドレスはサブネット自体を識別し、最後のアドレスはそのサブネット上のシステム用のブロードキャストアドレスを識別します。