ネットワーク層のプロトコル【備忘録-応用情報技術者試験対策 #5】

※ 本記事では、応用情報技術者試験に向けて私が勉強したことを備忘録的にまとめておきたいと思います。基本情報技術者試験の内容と重複しているものもあります。なお、記事の投稿順に意味はないので、気にしないでもらえればと思います。

はじめに
IP (Internet Protocol)
IPアドレス
IPv4
IPv6
IPアドレスの構成
サブネットマスク
最後に
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はじめに

次回に引き続き OSI基本参照モデル各層のプロトコル についてまとめたいと思います。

似たような内容が続いていますが、しっかり違いを捉えてまとめていきます。

本記事ではネットワーク層のプロトコル例として、IPをかなり詳細に説明します。

リンク

ちなみに私はこの参考書を使って勉強してました。

情報が豊富でがっつり勉強したい方向けかと思います。

IP (Internet Protocol)

IPはインターネット層において極めて重要なプロトコルです。IPは宛先アドレスを元にネットワーク間のパケットをルーティング(最適な経路選択)する役割を担います。

現在、IPは32ビットで管理されるIPv4と128ビットで管理されるIPv6があります。

IPアドレス

IPアドレスとは、ネットワーク上のノード(機器)の住所のようなものです。したがって、IPアドレスは同じものが存在しません。IPアドレスの管理はNIC(Network Internet Center)が行っています。

IPアドレスの表記は、IPv4とIPv6で異なります。以下では、IPv4とIPv6について説明します。

IPv4

IPv4は32ビット、つまり32桁の2進数を利用します。表記は下のようになります。

11000000 10101000 00000001 00000001

これだと人間には分かりづらいので、一般的には8ビットごとに” . “区切って10進数で表記します。それが下記になります。

192.168.1.1

この形はよく？見るのではないでしょうか。

IPv6

IPv4が32桁であるのに対して、IPv6は128桁あります。これは、IPv4が枯渇してきたためです。昨今IoTの普及によってあらゆるものにIPアドレスを割り振ることが多くなってきており、その膨大な数のIPアドレスに対応するべくIPv6は開発されました。

IPv6は128桁もあるので、一般的には16ビット毎に” : “で区切る表記になっています。例えば、下記のようなものです。2進数表記は書くのが大変なので省略します。

2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329

これでも長いので省略のルールがいくつか設けられています。例えば、
・先頭の0は省略可能 (0DB8→DB8)
・連続する0000は::で省略できる (ただし、一度のみ)
これらを使うと、上記のIPアドレスは以下のようになります。

2001:DB8::FF00:42:8329

だいぶスッキリしましたが、正直わかりづらいですね。

IPアドレスの構成

IPアドレスはネットワークアドレス部とホストアドレス部に分けられます。

ネットワークアドレス部は、１つのまとまったネットワークを示す部分で、同じネットワークに存在するノードは同じネットワークアドレス部を持ちます。

ホストアドレス部は、同じネットワークに存在するノード毎に異なります。

1つのネットワークをホテルに例えると、ネットワークアドレス部はホテル名で、ホストアドレス部は部屋番号といった感じでしょうか。

サブネットマスク

IPアドレスはホストアドレス部が大きいほど、そのネットワークで使うことができるIPアドレスの数が多くなります。何も考えずにホストアドレス部を大きくしてしまうと、実際には使わないIPアドレスが数多く発生してしまう可能性があります。IPアドレスの数には限りがあるので、無駄なく使うための技術がサブネットマスクです。

サブネットマスクは、ネットワークアドレス部を1、ホストアドレス部を0として表現します。
例えば、IPv4のIPアドレス 192.168.10.10で考えてみます。192.168.10.10を2進数で表記すると以下のようになります。

11000000 10101000 00001010 00001010

このネットワークのホストアドレス部を下8桁としましょう。これに対して、サブネットマスクを以下のようにしてみます。

11111111 11111111 11111111 11110000

すると、IPアドレス 192.168.10.10のホストアドレス部00001010のうち”0000″の部分をネットワークアドレス部に割り振りし直すことができます。すなわち下4桁がホストアドレス部になるということになります。

このようにサブネットマスクを使うメリットは、同じネットワークの中に小さなネットワークを構築できるという点です。この小さなネットワークをサブネットと言います。また、サブネットマスクを使ってネットワークアドレス部を自由に指定してIPアドレスを無駄なく使う方法をCIDR (Classless Inter-Domain Routing)と言います。