ネットワークのしくみ 4：IP アドレスとネットワークの区切り

IP アドレスは「ネットワーク部」と「ホスト部」に分かれる

1本目で、IP アドレスは住所のように「まとまり」で書かれている、と説明しました。その「まとまり」を正確に言うと、こうなります。

IP アドレスは、前半のネットワーク部と、後半のホスト部に分かれています。

後ろに付いている `/24` が、区切りの位置を表す印です。「前から24ビットがネットワーク部」という意味です。

区切りの位置は、ネットワークごとに違います。/8 のネットワークもあれば、/30 のネットワークもあります。だから IP アドレスだけでは区切りが分からず、必ず /24 のような印とセットで扱います。

中身は32個の 0 と 1。区切りはビットの位置で決まる

192.168.1.10 は、人間が読みやすいように10進数で書いたもので、コンピューターの中では 32個の 0 と 1（32ビット） です。点で区切られた4つの数字が、それぞれ8ビットずつを表しています。

/24 の区切りは、「前から24個目のビットのところで線を引く」という意味です。図の赤い線がその位置です。

同じことを、サブネットマスクという形でも書きます。区切りより前を全部 1、後ろを全部 0 にした32ビットで、/24 なら 255.255.255.0 になります。古い機械の設定画面では、/24 ではなくこの形で入力することが多いです。

区切りが8の倍数（/8・/16・/24）なら、10進数の点の位置とちょうど重なるので分かりやすいです。そうでない区切り（/20 など）もあり、そのときはビットで考える必要があります。

PC-B 宛て：ネットワーク部が同じ → 直接渡す

では、PC-A が PC-B に送る場合を考えます。

PC-A は、自分の IP アドレス（192.168.1.10/24）と、相手の IP アドレス（192.168.1.20）のネットワーク部を比べます。自分の区切り（/24）で切ると、どちらも 192.168.1 です。同じです。

ネットワーク部が同じなら、相手は同じネットワークの中、つまり同じスイッチの先にいます。PC-A は、PC-B の MAC アドレスを宛先にして、直接送ります。3本目で見たとおり、スイッチが PC-B の口に届けてくれます。ルーターは通りません。

コンピューターの中では、自分の IP アドレスと相手の IP アドレスそれぞれに、マスクをかけて（1 の部分だけを残して）比べています。

サーバー宛て：ネットワーク部が違う → 外

次に、PC-A がサーバー（203.0.113.10）に送る場合です。

同じようにネットワーク部を比べると、自分は 192.168.1、相手は 203.0.113 です。違います。

ネットワーク部が違うということは、相手は自分の線の上にはいないということです。スイッチに頼んでも届きません。3本目で見たとおり、スイッチは外のことを何も知らないからです。

では、どうするのでしょうか。

外宛ては、デフォルトゲートウェイ（出口のルーター）に渡す

外宛ての小包は、そのネットワークの出口にいるルーターに渡します。この出口のルーターをデフォルトゲートウェイと呼びます。図ではルーター1（192.168.1.1）です。

ここで大事なのは、小包の最終の宛先（IP アドレス）は `203.0.113.10` のままだということです。PC-A は「ルーター1に渡す」けれど、「ルーター1宛て」に書き換えるわけではありません。IP の札には相手のサーバーを書いたまま、MAC の札だけをルーター1宛てにして渡します。

「IP はサーバー宛て、MAC はルーター宛て」。1本目で見た「2種類の宛先」が、ここで初めて食い違います。どうやってルーター1の MAC アドレスを知るのかは、次の作品（ARP）で見ます。

ルーター1から先は、1本目で見たバケツリレーです。PC-A は、その先の道をまったく知りません。知らなくていいのです。

PC が持っている設定は、たった4つ

ここまでの判定をするために、PC が持っている設定は、実はたった4つです。

これだけで、PC は世界中のどこへでも小包を送り始められます。「どこへでも」と言っても、PC が知っているのは「自分のネットワークか、それ以外か」だけです。

家の PC やスマホでは、これらを手で入れることはほとんどありません。ネットワークにつないだ瞬間に、ルーターから自動でもらっています（8本目の DHCP）。

PC の道しるべは、ほぼ2行しかない

1本目で、ルーターは「この宛先なら次はここ」という道しるべの表（ルーティングテーブル）を持っている、と説明しました。実は、PC も同じ形の表を持っています。中身は、ほぼ2行だけです。

2行目の 0.0.0.0/0 は、「ネットワーク部が0ビット」、つまりどんな宛先にも当てはまる行です。これをデフォルトルートと呼びます。「上の行に当てはまらなければ、全部ここへ」という意味です。

PC は、自分のネットワークのほかは、隣のネットワークのことすら知りません。それでも困らないのは、「分からないものは全部出口へ」という1行があるからです。この考え方は、6本目のルーターの表でもそのまま出てきます。

区切りの位置で、ネットワークの大きさが決まる

区切りの位置によって、1つのネットワークに入れる機械の数が変わります。

/ の数字が小さいほどネットワーク部が短く、ホスト部が長いので、たくさんの機械が入ります。

舞台のルーター1とルーター2の間は 10.0.0.0/30 です。この線につながるのはルーター2台だけなので、2台分あれば足ります。ルーター同士の間も、1つの小さなネットワークになっている、という点が大事です。ルーターは、ネットワークとネットワークの境目に立つ機械なのです。

大きな区切りの中に、小さな区切りが入っている

区切りには、もう1つ大事な性質があります。大きな区切りの中に、小さな区切りを入れられることです。

たとえば、あるプロバイダ X が 203.0.112.0/20 という大きなまとまり（4,096個分）を持っているとします。プロバイダ X は、その中を /24 ずつに分けて、お客さんの会社に配ります。舞台のネットワーク B（203.0.113.0/24）も、その1つです。

すると、世界の反対側のルーターは、プロバイダ X のお客さん16社の /24 を1つずつ覚える必要がありません。「`203.0.112.0/20` はプロバイダ X の方面」の1行で済みます。細かい振り分けは、プロバイダ X の中のルーターがやります。

これを経路の集約と呼びます。1本目の郵便のたとえで言えば、大阪の局が「東京都」だけを見て、渋谷区の家を1軒ずつ覚えないのと同じです。

世界中のルーターの表が、何十億台の機械の数ではなく、ずっと少ない行数（インターネット全体でおよそ100万行）で済んでいるのは、このまとまりのおかげです。

各ネットワークの最初と最後の番号は、特別な意味を持つ

192.168.1.0/24 のネットワークには、.0 から .255 までの256個の番号があります。ただし、最初と最後の番号は機械には割り当てません。

/24 で入れる機械が256台ではなく254台なのは、このためです。

.1 をルーター（デフォルトゲートウェイ）にするのは、よくある慣習です。決まりではないので、.254 をルーターにしているネットワークもあります。

インターネットでは使わない番号：プライベートアドレス

ここまで、舞台のネットワーク A に 192.168.1.0/24 という番号を使ってきました。実はこの番号は、インターネットでは使わない番号です。

IP アドレスの中には、「家や会社の中で、自由に使ってよい番号」として決められた範囲があります。これをプライベートアドレスと呼びます。

世界中の家で 192.168.1.10 という PC が何百万台も重なっていますが、困りません。インターネットのルーターは、この範囲を宛先にした小包を運ばないので、ぶつからないのです。

では、192.168.1.10 の PC が、どうやってインターネットのサーバーと話しているのでしょうか。外に出るときに、家のルーターが送信元の番号を自分の番号に書き換えているからです。これを NAT と呼び、8本目で詳しく見ます。

IPv6 でも考え方は同じ

IPv4 の番号（約43億個）が足りなくなったために作られた IPv6 でも、考え方はまったく同じです。

2001:db8:1:2::10/64 なら、前の64ビットがネットワーク部、後ろの64ビットがホスト部です。IPv6 では、1つのネットワークを /64 にするのがほぼ決まりになっています。

番号が128ビットに長くなり、書き方が16進数になっただけで、「前半で方面、後半で機械」「同じネットワークなら直接、外ならルーターへ」という仕組みは変わりません。

IPv6 は番号が十分にあるので、プライベートアドレスと NAT に頼らなくてもよい、という違いがあります。