IPアドレスとルーティング

コンピューターがデータを送るときは、宛先が同じネットワークにいるか、その外にいるかを最初に判断します。 同じネットワークの相手には直接渡し、外の相手には出口となるルーターへ渡します。 この判断に使うのがIPアドレスと、宛先ごとの渡し先を記録した表です。

「ローカル」という言葉は、文脈によって範囲が変わります。

ローカルは「どこから見て近いか」を表し、プライベートはIPアドレスの決められた範囲を指します。

IPv4アドレスとCIDR

IPv4アドレスは、0から255までの数字を四つ並べて表します。 コンピューターの内部では、それぞれの数字を8ビットで扱うため、全体は32ビットです。

CIDR（Classless Inter-Domain Routing）表記は、IPアドレスの後ろに/24のような数字を付け、ネットワークを示す部分の長さを表す方法です。

IPアドレスは、「どのネットワークに属するかを示す部分」と「その中の機器を示す部分」に分かれます。 どこで分けるかを示す32ビットの値がサブネットマスクです。

サブネットマスクでは、ネットワーク部分を1、機器を示す部分を0で表します。 たとえば 255.255.255.0 は、2進数にすると先頭から1が24個並び、そのあとに0が8個並びます。 これを短く /24 と書きます。

よく使う表記は次のように対応します。

/24 の範囲は通常、次のように読めます。

クラウドでは /16 や /20 のような大きなネットワークを作り、その中を複数のサブネットへ分けます。

ネットワーク部とホスト部を何に使うか

サブネットマスクの1になっている部分をIPアドレスへ重ねると、ネットワークアドレスを求められます。 192.168.10.34/24 では、先頭24ビットを残し、残り8ビットを0にするため、ネットワークアドレスは 192.168.10.0/24 です。

残りの8ビットは、そのネットワーク内で機器のインターフェースを区別するホスト部です。 同じ /24 の中では、192.168.10.34 と 192.168.10.80 はネットワーク部が同じで、ホスト部が異なります。

送信元は、自分と宛先のネットワーク部を比べます。

• ネットワーク部が同じ：同じLANにいると判断し、宛先へ直接渡す
• ネットワーク部が違う：LANの外にいると判断し、デフォルトゲートウェイへ渡す

IPv4では、同じLANの相手へ直接渡す前に、ARPを使って宛先IPアドレスに対応するMACアドレスを調べます。 別のネットワークへ送る場合は、宛先サーバーではなく、まずデフォルトゲートウェイのMACアドレスを調べます。 このときIPパケットに書かれた最終的な宛先IPアドレスは、宛先サーバーのままです。

通信には、同じネットワーク部の設定に加え、同じLANへの接続、相手の起動、通信を許可する設定も必要です。

ルーティングテーブルから次の転送先を選ぶ

ホストは宛先IPアドレスを見てルーティングテーブルを引きます。 一致する経路の中から、プレフィックスが最も長い、つまり最も具体的な経路を選びます。

10.20.1.0/24  dev eth0
10.20.0.0/16  via 10.20.1.1
default       via 10.20.1.1

10.20.1.50 は1行目、10.20.8.10 は2行目、それ以外は default に一致します。 デフォルトゲートウェイは、知らない宛先を次に相談するルーターです。

プライベートアドレス

IPv4のプライベートアドレス範囲は、インターネット上でそのまま経路制御されません。

• 10.0.0.0/8
• 172.16.0.0/12
• 192.168.0.0/16

家庭内LANやクラウドのVPCで同じ範囲を再利用できます。 別のネットワークをVPNなどでつなぐとき、アドレス範囲が重なると経路を一意に選べず問題になります。

ip -brief address
ip route
ip route get 1.1.1.1

IPv6も同じ考え方から始める

IPv6は128ビットで、2001:db8::/32 のように16進数で表します。 アドレス空間、近隣探索、アドレス設定の方法はIPv4と異なりますが、プレフィックスと経路から転送先を選ぶ基本は共通です。

次は、ルーターがアドレスを置き換え、通信を許可する仕組みを見る

ここまでは、IPアドレスを使って次の渡し先を選ぶ仕組みを学びました。 次のアドレスを置き換え、通信を許可するでは、家庭や会社のLANからインターネットへ出るときのアドレス変換と、通してよい通信を決める設定を分けて考えます。