IP アドレスとは（この記事では IPv4 について説明します）#
IP アドレス（Internet Protocol Address）は、インターネットプロトコルアドレスのことであり、統一されたアドレス形式であり、インターネット上の各ネットワークとホストに論理アドレスを割り当てるために使用されます。これにより、物理アドレスの違いを隠すことができます。IP アドレスは、電話番号や住所と似ており、情報を正確に送信先に送信することを保証します。
IPv4 アドレスは、現在広く使用されている IP アドレスのバージョンの 1 つであり、32 ビットのバイナリ数で構成されています。通常、4 つの 8 ビットのバイナリ数（つまり 4 バイト）に分割されます。読みやすさのために、IPv4 アドレスは通常、ドット区切りの 10 進数表記法を使用します。つまり、各 8 ビットのバイナリ数を 10 進数に変換し、ドット（.）で区切って a.b.c.d のように表されます。ここで、a、b、c、d は 0 から 255 までの 10 進数です。
IPv4 アドレスは、次のように分類できます：
- A クラスアドレス：0 で始まり、ネットワーク部が最初のバイトを占め、ホスト部が残りの 3 バイトを占めます。大規模なネットワークに適しています。
- B クラスアドレス：10 で始まり、ネットワーク部が最初の 2 バイトを占め、ホスト部が残りの 2 バイトを占めます。中規模のネットワークに適しています。
- C クラスアドレス：110 で始まり、ネットワーク部が最初の 3 バイトを占め、ホスト部が最後の 1 バイトを占めます。小規模のネットワークに適しています。
- D クラスアドレス：1110 で始まり、マルチキャストに使用されます。
- E クラスアドレス：1111 で始まり、予約されたアドレスであり、実験や研究に使用されます。
IPv4 アドレスには、ループバックアドレス（127.0.0.1）などの特殊なアドレスも含まれます。これは、ローカル通信のテストに使用され、ブロードキャストアドレス（255.255.255.255）なども含まれます。これは、ネットワーク上のすべてのホストにデータパケットを送信するために使用されます。
IPv4 アドレススペースが限られているため、アドレス枯渇の問題が発生しています。これが IPv6 アドレスが提案された理由でもあり、IPv6 アドレスはより大きなアドレススペースを持ち、将来のデバイスの要件を満たすことができます。
サブネットマスクとは何ですか#
サブネットマスクの紹介#
サブネットマスク（Subnet Mask）は、IP アドレスのネットワーク部とホスト部を区別するために使用される 32 ビットのアドレスです。IP アドレスと組み合わせて使用され、論理演算を使用して IP アドレスのネットワーク部とホスト部を区別します ¹1。
サブネットマスクの役割#
サブネットマスクの主な役割は次の 2 つです：
- ネットワークアドレスとホストアドレスの区別：サブネットマスクは IP アドレスと論理的なビットごとの「AND」演算を行うことで、IP アドレスのネットワーク部とホスト部を分離することができます。これにより、IP アドレスがローカルネットワークに属しているか、リモートネットワーク上にあるかを判断するのに役立ちます ²6。
- サブネットの分割：サブネットマスクを使用すると、大きな IP ネットワークを複数の小さなサブネットに分割することができます。これにより、IP アドレスの浪費を減らし、ネットワークアプリケーションの効率を向上させ、ネットワーク管理を容易にすることができます ¹1。
たとえば、一般的なサブネットマスクは255.255.255.0です。これは、バイナリ形式では11111111.11111111.11111111.00000000です。これは、IP アドレスの最初の 3 バイトがネットワークアドレスであり、最後の 1 バイトがホストアドレスであることを意味します。2 つのコンピュータの IP アドレスが同じサブネットマスクを適用した後のネットワークアドレスが同じであれば、それらは同じサブネット内に存在します ¹1。
サブネットマスクの設定は、1 と 0 が連続している必要があり、交互に配置されてはいけません。サブネットマスクの長さも 32 ビットであり、左側がネットワークビットであり、バイナリ数字「1」で表され、右側がホストビットであり、バイナリ数字「0」で表されます ¹1。
実際のアプリケーションでは、サブネットマスクはローカルネットワーク内だけでなく、ルーターがデータパケットの正しいルーティングパスを判断するためにも使用されます。サブネットマスクにより、ルーターはデータパケットの次のホップアドレスを特定し、データパケットを正しい宛先に転送することができます ³8。これはインターネットデータ転送にとって非常に重要であり、データが正確に正しい宛先に送信されることを保証します。
サブネットの分割方法#
サブネットの分割は、大きなネットワークを複数の小さな独立したサブネットに分割するプロセスです。これにより、ネットワークの管理効率とセキュリティが向上し、IP アドレスリソースの割り当てと使用をより効率的に行うことができます。サブネットの分割には通常、次の手順が必要です：
- サブネットの数を決定する：実際の要件に基づいて、いくつのサブネットを作成するかを決定します。
- サブネットマスクの計算：サブネットの数に基づいて新しいサブネットマスクを計算します。サブネットマスクは、IP アドレスのどの部分がネットワークアドレスに使用され、どの部分がホストアドレスに使用されるかを決定します。
- サブネットアドレスの割り当て：各サブネットにネットワークアドレスを割り当てます。
- 使用可能なホストアドレス範囲の計算：各サブネットには、ネットワークアドレスからブロードキャストアドレスまでの範囲があり、その範囲のアドレスをサブネット内のデバイスに割り当てることができます。
たとえば、C クラスのネットワークアドレス 192.168.1.0 があり、デフォルトのサブネットマスクは 255.255.255.0（または / 24）です。4 つのサブネットを作成し、各サブネットが少なくとも 30 台のホストをサポートする必要があるとします。以下の手順を実行できます：
- ステップ 1：サブネットの数を決定します。4 つのサブネットが必要です。
- ステップ 2：サブネットマスクを計算します。4 つのサブネットが必要なので、少なくとも 2 ビットをサブネットビットとして借りる必要があります（2^2=4）。したがって、サブネットマスクは 255.255.255.192（または / 26）になります。元の 24 ビットに借りた 2 ビットを追加するため、合計で 26 ビットになります。
- ステップ 3：サブネットアドレスを割り当てます。最初のサブネットのネットワークアドレスは 192.168.1.0、2 番目のサブネットのネットワークアドレスは 192.168.1.64、3 番目のサブネットのネットワークアドレスは 192.168.1.128、4 番目のサブネットのネットワークアドレスは 192.168.1.192 です。
- ステップ 4：使用可能なホストアドレス範囲を計算します。各サブネットは 2^(32-26)-2=62 個の使用可能なアドレスを持つことができます（2 はネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを除外するためです）。
これは単純な例ですが、実際のサブネット分割はより複雑であり、実際のネットワーク要件と IP アドレスの使用状況を考慮する必要があります。¹1²2³3