Ipv4-quick-guide

IPv4-概要

この時代はコンピューターの時代と言われています。 コンピューターは私たちの生活を大きく変えました。 コンピューティングデバイスを他のコンピューティングデバイスに接続すると、データと情報を超高速で共有できます。

ネットワークとは？

コンピュータの世界のネットワークは、有線または無線の共有メディアを介した相互接続されたホストの集合と言われています。 コンピューターネットワークにより、ホストはメディアを介してデータと情報を共有および交換できます。 ネットワークは、オフィスにまたがるローカルエリアネットワーク、または都市にまたがるメトロエリアネットワーク、または都市と県にまたがることができるワイドエリアネットワークにすることができます。

コンピューターネットワークは、2本のPCを1本の銅ケーブルで接続するだけの単純なものでも、この世界のすべてのコンピューターがインターネットと呼ばれる他のすべてのコンピューターに接続される複雑さにまで成長することもあります。 ネットワークには、データ交換の最終目標を達成するために、ますます多くのコンポーネントが含まれます。 以下は、コンピュータネットワークに関与するコンポーネントの簡単な説明です-

• ホスト-ホストは、ネットワークの最終端にあると言われています。 ホストは情報のソースであり、別のホストが宛先になります。 ホスト間の情報フローはエンドツーエンドです。 ホストは、ユーザーのPC、インターネットサーバー、データベースサーバーなどです。
• メディア-有線の場合、銅線ケーブル、光ファイバーケーブル、同軸ケーブルを使用できます。 ワイヤレスの場合、無料の無線周波数または特別なワイヤレス帯域が使用できます。 ワイヤレス周波数は、リモートサイトの相互接続にも使用できます。
• ハブ-ハブはマルチポートリピーターであり、LANセグメントのホストを接続するために使用されます。 スループットが低いため、ハブは現在ほとんど使用されていません。 ハブは、OSIモデルのレイヤー1（物理レイヤー）で動作します。
• スイッチ-スイッチはマルチポートブリッジであり、LANセグメント内のホストを接続するために使用されます。 スイッチはハブよりもはるかに高速で、ワイヤ速度で動作します。 スイッチはレイヤー2（データリンクレイヤー）で動作しますが、レイヤー3（ネットワークレイヤー）スイッチも使用できます。
• ルーター-ルーターは、リモート宛先に送信されるデータ/情報のルーティングを決定するレイヤー3（ネットワークレイヤー）デバイスです。 ルーターは、相互接続されたネットワークとインターネットの核となります。
• ゲートウェイ-ソフトウェアまたはソフトウェアとハ​​ードウェアの組み合わせは、データを共有するために異なるプロトコルを使用しているネットワーク間でデータを交換するために機能します。
• ファイアウォール-ネットワークまたはインターネット上の意図しない受信者からユーザーデータを保護するために使用されるソフトウェアまたはソフトウェアとハ​​ードウェアの組み合わせ。

'_ネットワーク内のすべてのコンポーネントが最終的にホストにサービスを提供します。_

ホストのアドレス指定

ホスト間の通信は、ネットワーク上でお互いを識別できる場合にのみ可能です。 単一のコリジョンドメイン（1つのホストからセグメントに送信されるすべてのパケットが他のすべてのホストに聞こえる）では、ホストはMACアドレス経由で直接通信できます。

MACアドレスは、工場でコード化された48ビットのハードウェアアドレスであり、ホストを一意に識別することもできます。 しかし、ホストがリモートホストと通信したい場合、つまり 同じセグメント内にない、または論理的に接続されていない場合、リモートホストを一意に識別するには、アドレス指定の手段が必要です。 論理アドレスはインターネットに接続されているすべてのホストに与えられ、この論理アドレスは*インターネットプロトコルアドレス*と呼ばれます。

IPv4-OSIモデル

国際標準化機構には、オープンシステム相互接続、またはOSIモデルとして知られる通信システム用の明確に定義されたモデルがあります。 この階層モデルは、各層で定義されたさまざまなプロトコルを使用して、1つのシステムが他のシステムと通信する方法を概念化したビューです。 さらに、各層は通信システムの明確に定義された部分に指定されます。 たとえば、物理層は、物理的性質のすべてのコンポーネントを定義します。 ワイヤ、周波数、パルスコード、電圧伝送など。 通信システムの。

OSIモデルには次の7つの層があります-

OSIモデルレイヤー

• アプリケーションレイヤー（レイヤー7）-ホスト間またはホスト間でデータを転送する必要があるユーザーアプリケーションが存在する場所です。 例-HTTP、ファイル転送アプリケーション（FTP）、電子メールなど。
• プレゼンテーションレイヤー（レイヤー6）-このレイヤーは、ホスト上の1つの形式のデータ表現をネイティブ表現の別のホストに理解するのに役立ちます。 送信者からのデータは、通信中のデータ（一般的な標準形式）に変換され、受信者の側では、受信者のネイティブ表現に変換されます。
• セッションレイヤー（レイヤー5）-このレイヤーは、ホスト間のセッション管理機能を提供します。 たとえば、一部のホストがアクセスのためにパスワード検証を必要とし、資格情報が提供されている場合、そのセッションのパスワード検証は再び行われません。 このレイヤーは、同期、ダイアログ制御、重要な運用管理（オンラインバンクトランザクションなど）を支援できます。
• * Transport Layer（Layer-4）*-このレイヤーは、ホスト間のエンドツーエンドのデータ配信を提供します。 この層は、上記の層からデータを取得し、セグメントと呼ばれる小さな単位に分割してから、送信のためにネットワーク層に渡します。
• ネットワークレイヤー（レイヤー3）-このレイヤーは、サブネットを越えてホストを一意に識別するのに役立ち、宛先に到達するためにパケットがたどるかルーティングされるパスを定義します。
• データリンクレイヤー（レイヤー2）-このレイヤーは、物理レイヤーから生の送信データ（信号、パルスなど）を取得してデータフレームを作成し、それを上位レイヤーに送信します。 この層は、伝送エラーもチェックし、それに応じて分類します。
• 物理層（層1）-この層は、ハードウェア技術と、信号、電圧、ケーブルの種類、長さなどの実際の通信メカニズムを扱います。

ネットワーク層

ネットワーク層は、あるホストから別のホストにデータを運ぶ役割を果たします。 論理アドレスをホストに割り当て、ホストを使用して一意に識別するための手段を提供します。 ネットワーク層は、トランスポート層からデータユニットを取得し、それらをデータパケットと呼ばれる小さなユニットにカットします。

ネットワーク層はデータパスを定義し、パケットは宛先に到達するために従う必要があります。 ルーターはこの層で動作し、データを宛先にルーティングするメカニズムを提供します。

IPv4-TCP/IPモデル

インターネットの大部分は、TCP/IPプロトコルスイートとも呼ばれるインターネットプロトコルスイートと呼ばれるプロトコルスイートを使用しています。 このスイートは、さまざまな目的とニーズに応じたさまざまなプロトコルを含むプロトコルの組み合わせです。 このスイートの2つの主要なプロトコルはTCP（伝送制御プロトコル）とIP（インターネットプロトコル）であるため、これは一般にTCP/IPプロトコルスイートと呼ばれます。 このプロトコルスイートには、インターネット上で従う独自の参照モデルがあります。 OSIモデルとは対照的に、このプロトコルのモデルには含まれるレイヤーが少なくなります。

TCP/IPモデルレイヤー

図-OSIおよびTCP/IP参照モデルの比較描写

このモデルは、実際のハードウェア実装とは無関係です。 OSIモデルの物理層。 これが、このモデルをほぼすべての基礎となるテクノロジーに実装できる理由です。 トランスポート層とインターネット層は同じピア層に対応しています。 OSIモデルの3つの最上位層はすべて、TCP/IPモデルの単一のアプリケーション層で一緒に圧縮されます。

インターネットプロトコルバージョン4（IPv4）

インターネットプロトコルは、TCP/IPプロトコルスイートの主要なプロトコルの1つです。 このプロトコルは、OSIモデルのネットワーク層およびTCP/IPモデルのインターネット層で機能します。 したがって、このプロトコルには、論理アドレスに基づいてホストを識別し、基盤となるネットワークを介してホスト間でデータをルーティングする責任があります。

IPは、IPアドレッシングスキームによってホストを一意に識別するメカニズムを提供します。 IPはベストエフォート型配信を使用します。 パケットが宛先ホストに配信されることを保証しませんが、宛先に到達するために最善を尽くします。 インターネットプロトコルバージョン4は、32ビットの論理アドレスを使用します。

IPv4-パケット構造

レイヤー3プロトコル（OSI）であるインターネットプロトコルは、レイヤー4（トランスポート）からデータセグメントを取得し、パケットに分割します。 IPパケットは、上の層から受信したデータユニットをカプセル化し、独自のヘッダー情報に追加します。

IPカプセル化

カプセル化されたデータは、IPペイロードと呼ばれます。 IPヘッダーには、相手側でパケットを配信するために必要なすべての情報が含まれています。

IPヘッダー

IPヘッダーには、このコンテキストでは4であるバージョン番号など、多くの関連情報が含まれています。 その他の詳細は次のとおりです-

• バージョン-バージョン番号 使用されているインターネットプロトコル（例： IPv4）。
• IHL -インターネットヘッダーの長さ。 IPヘッダー全体の長さ。
• DSCP -差別化サービスコードポイント。これはサービスタイプです。
• ECN -明示的な輻輳通知。ルートに見られる混雑に関する情報を伝達します。
• 合計長-IPパケット全体の長さ（IPヘッダーとIPペイロードを含む）。
• 識別-IPパケットが送信中にフラグメント化される場合、すべてのフラグメントには同じ識別番号が含まれます。 それらが属する元のIPパケットを識別するため。
• フラグ-ネットワークリソースの要件に応じて、IPパケットが大きすぎて処理できない場合、これらの「フラグ」は断片化できるかどうかを示します。 この3ビットフラグでは、MSBは常に「0」に設定されます。
• フラグメントオフセット-このオフセットは、元のIPパケット内のフラグメントの正確な位置を示します。
• Time to Live -ネットワークでのループを回避するために、すべてのパケットは、ネットワークにこのパケットが通過できるルーター（ホップ）の数を伝えるTTL値セットで送信されます。 各ホップで、その値は1ずつ減少し、値がゼロに達すると、パケットは破棄されます。
• Protocol -宛先ホストのネットワーク層に、このパケットが属するプロトコル、つまり 次のレベルのプロトコル。 たとえば、ICMPのプロトコル番号は1、TCPは6、UDPは17です。
• Header Checksum -このフィールドは、ヘッダー全体のチェックサム値を保持するために使用され、パケットがエラーなしで受信されたかどうかを確認するために使用されます。
• 送信元アドレス-パケットの送信者（または送信元）の32ビットアドレス。
• 宛先アドレス-パケットの受信者（または宛先）の32ビットアドレス。
• オプション-これはオプションのフィールドで、IHLの値が5より大きい場合に使用されます。 これらのオプションには、セキュリティ、ルートの記録、タイムスタンプなどのオプションの値が含まれる場合があります。

IPv4-アドレス指定

IPv4は、3種類のアドレス指定モードをサポートしています。 −

ユニキャストアドレッシングモード

このモードでは、データは1つの宛先ホストにのみ送信されます。 [宛先アドレス]フィールドには、宛先ホストの32ビットIPアドレスが含まれます。 ここで、クライアントはターゲットサーバーにデータを送信します-

ユニキャストアドレス指定

ブロードキャストアドレス指定モード

このモードでは、パケットはネットワークセグメント内のすべてのホストにアドレス指定されます。 [宛先アドレス]フィールドには、特別なブロードキャストアドレスが含まれます。 255.255.255.255 。 ホストがネットワーク上でこのパケットを見ると、処理するようにバインドされています。 ここで、クライアントはパケットを送信します。これは、すべてのサーバーによって楽しまれます-

ブロードキャストアドレス指定

マルチキャストアドレッシングモード

このモードは、前の2つのモードの混合です。 送信されたパケットは、単一のホスト宛でも、セグメント上のすべてのホスト宛でもありません。 このパケットの宛先アドレスには、224.x.x.xで始まり、複数のホストで使用できる特別なアドレスが含まれています。

マルチキャストアドレス指定

ここで、サーバーは複数のサーバーによって楽しまれるパケットを送信します。 各ネットワークには、ネットワークを表すネットワーク番号用に予約された1つのIPアドレスと、そのネットワーク内のすべてのホストを表すブロードキャストアドレス用に予約された1つのIPアドレスがあります。

階層アドレス指定スキーム

IPv4は階層型アドレス指定スキームを使用します。 32ビットの長さであるIPアドレスは、描かれているように2つまたは3つの部分に分かれています-

IPアドレス指定

単一のIPアドレスには、ネットワークとそのサブネットワーク、最終的にはホストに関する情報を含めることができます。 このスキームにより、ネットワークに多くのサブネットワークを持たせることができ、そのサブネットワークに多くのホストを持たせることができる階層的なIPアドレスが可能になります。

サブネットマスク

32ビットIPアドレスには、ホストとそのネットワークに関する情報が含まれています。 両方を区別することが非常に必要です。 このため、ルーターはサブネットマスクを使用します。これは、IPアドレスのネットワークアドレスのサイズと同じです。 サブネットマスクも32ビット長です。 バイナリのIPアドレスとサブネットマスクのANDをとると、結果はネットワークアドレスになります。 たとえば、IPアドレスが192.168.1.152で、サブネットマスクが255.255.255.0であるとします-

IPサブネットマスク

このように、サブネットマスクはIPアドレスからネットワークIDとホストを抽出するのに役立ちます。 これで、192.168.1.0がネットワーク番号であり、192.168.1.152がそのネットワーク上のホストであることが識別できます。

バイナリ表現

位置値法は、バイナリを10進数から変換する最も単純な形式です。 IPアドレスは32ビット値で、4オクテットに分割されます。 バイナリオクテットには8ビットが含まれ、各ビットの値は、オクテット内のビット値「1」の位置によって決定できます。

バイナリ表現

ビットの位置の値は、2のべき乗（位置– 1）によって決まります。つまり、位置6のビット1の値は2 ^（6-1）、つまり2 ^ 5、つまり32です。 オクテットの合計値は、ビットの位置値を合計することにより決定されます。 11000000の値は128 + 64 = 192です。 いくつかの例を以下の表に示します-

IPビットパターン

IPv4-アドレスクラス

インターネットプロトコル階層には、ネットワークごとのホストの要件に従って、さまざまな状況で効率的に使用されるIPアドレスのいくつかのクラスが含まれています。 概して、IPv4アドレス指定システムは5つのクラスのIPアドレスに分割されています。 5つのクラスはすべて、IPアドレスの最初のオクテットによって識別されます。

'_Internet Corporation for Assigned Names and Numbersは、IPアドレスの割り当てを担当します。_

ここで参照される最初のオクテットは、最も左にあります。 IPアドレスのドット付き10進表記を示す次のように番号付けされたオクテット-

IP Decimal Notation

ネットワークの数とクラスごとのホストの数は、この式によって導き出すことができます-

ネットワークの数

ホストのIPアドレスを計算する場合、ホストに割り当てることができないため、2つのIPアドレスが減少します。 ネットワークの最初のIPはネットワーク番号で、最後のIPはブロードキャストIP用に予約されています。

クラスAアドレス

最初のオクテットの最初のビットは常に0（ゼロ）に設定されます。 したがって、最初のオクテットの範囲は1〜127です。

クラスAアドレス

クラスAアドレスには、1.x.x.xから126.x.x.xまでのIPのみが含まれます。 IP範囲127.x.x.xは、ループバックIPアドレス用に予約されています。

クラスAのIPアドレスのデフォルトのサブネットマスクは255.0.0.0です。これは、クラスAのアドレス指定に126のネットワーク（2 ^ 7 ^ -2）と16777214ホスト（2 ^ 24 ^ -2）が含まれることを意味します。

したがって、クラスAのIPアドレス形式は次のとおりです。0* NNNNNNN *。HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH

クラスBアドレス

クラスBに属するIPアドレスは、最初のオクテットの最初の2ビットが10に設定されています。

クラスBアドレス

クラスBのIPアドレスの範囲は128.0.x.xから191.255.x.xです。 クラスBのデフォルトのサブネットマスクは255.255.x.xです。

クラスBには、16384（2 ^ 14 ^）ネットワークアドレスと65534（2 ^ 16 ^ -2）ホストアドレスがあります。

クラスBのIPアドレスの形式は次のとおりです。10* NNNNNN.NNNNNNNN *。HHHHHHHH.HHHHHHHH

クラスCアドレス

クラスC IPアドレスの最初のオクテットには、110に設定された最初の3ビットがあります-

クラスCアドレス

クラスCのIPアドレスの範囲は192.0.0.xから223.255.255.xです。 クラスCのデフォルトのサブネットマスクは255.255.255.xです。

クラスCは、2097152（2 ^ 21 ^）のネットワークアドレスと254（2 ^ 8 ^ -2）のホストアドレスを提供します。

クラスC IPアドレスの形式は次のとおりです。110* NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN *。HHHHHHHH

クラスDアドレス

クラスD IPアドレスの最初のオクテットの最初の4ビットは1110に設定され、範囲は-

クラスDアドレス

クラスDのIPアドレスの範囲は224.0.0.0〜239.255.255.255です。 クラスDはマルチキャスト用に予約されています。 マルチキャストでは、データは特定のホストを宛先としていないため、IPアドレスからホストアドレスを抽出する必要はなく、クラスDにはサブネットマスクがありません。

クラスEアドレス

このIPクラスは、R＆Dまたは研究専用の実験目的で予約されています。 このクラスのIPアドレスの範囲は240.0.0.0〜255.255.255.254です。 クラスDと同様に、このクラスもサブネットマスクを備えていません。

IPv4-サブネット化

各IPクラスには独自のデフォルトサブネットマスクが装備されており、そのIPクラスは、ネットワークごとにプレフィックス数のネットワークおよびプレフィックス数のホストを持つように制限されます。 クラスフルIPアドレス指定では、ネットワークごとのホスト数を減らしたり、IPクラスごとのネットワーク数を増やしたりする柔軟性は提供されません。

CIDRまたは Classless Inter Domain Routing は、IPアドレスのホスト部分のビットを借用し、それらをサブネットと呼ばれるネットワーク内のネットワークとして使用する柔軟性を提供します。 サブネット化を使用することにより、単一のクラスA IPアドレスを使用してより小さなサブネットワークを作成し、より優れたネットワーク管理機能を提供できます。

クラスAサブネット

クラスAでは、最初のオクテットのみがネットワーク識別子として使用され、3オクテットの残りはホストに割り当てられます（つまり、 16777214ネットワークごとのホスト）。 クラスAでさらにサブネットを作成するために、ホスト部分からのビットが借用され、それに応じてサブネットマスクが変更されます。

たとえば、1つのMSB（Most Significant Bit）が2番目のオクテットのホストビットから借用され、ネットワークアドレスに追加されると、サブネットごとに（2 ^ 23 ^ -2）8388606ホストで2つのサブネット（2 ^ 1 ^ = 2）が作成されます。

サブネットマスクは、サブネット化を反映するために適宜変更されます。 以下は、クラスAサブネットのすべての可能な組み合わせのリストです-

クラスAサブネット

サブネット化の場合も、各サブネットの最初と最後のIPアドレスがそれぞれサブネット番号とサブネットブロードキャストIPアドレスに使用されます。 これらの2つのIPアドレスはホストに割り当てることができないため、サブネットごとに2つ未満のホストを提供するネットワークビットとして30ビット以上を使用してサブネット化を実装することはできません。

クラスBサブネット

デフォルトでは、Classful Networkingを使用して、14ビットが（2 ^ 14 ^）16384ネットワークと（2 ^ 16 ^ -2）65534ホストを提供するネットワークビットとして使用されます。 クラスB IPアドレスは、ホストビットからビットを借用することにより、クラスAアドレスと同じ方法でサブネット化できます。 以下に、クラスBサブネット化のすべての可能な組み合わせを示します-

クラスBサブネット

クラスCサブネット

クラスC IPアドレスは、ネットワーク内に254のホストしか持てないため、通常、非常に小さなサイズのネットワークに割り当てられます。 以下は、サブネット化されたクラスB IPアドレスのすべての可能な組み合わせのリストです-

クラスCサブネット

IPv4-VLSM

インターネットサービスプロバイダーは、顧客の要件に従って、異なるサイズのIPサブネットを割り当てる必要がある状況に直面する場合があります。 1人の顧客が3つのIPアドレスのクラスCサブネットを要求し、別の顧客が10個のIPを要求する場合があります。 ISPの場合、IPアドレスを固定サイズのサブネットに分割することは現実的ではなく、IPアドレスの無駄を最小限に抑えるような方法でサブネットをサブネット化したい場合があります。

たとえば、管理者には192.168.1.0/24ネットワークがあります。 サフィックス/24（「スラッシュ24」と発音）は、ネットワークアドレスに使用されるビット数を示します。 この例では、管理者はホスト数の異なる3つの異なる部門を持っています。 営業部門には100台のコンピューター、購買部門には50台のコンピューター、アカウントには25台のコンピューター、管理には5台のコンピューターがあります。 CIDRでは、サブネットのサイズは固定されています。 同じ方法論を使用しても、管理者はネットワークのすべての要件を満たすことはできません。

次の手順は、例で述べたように部門ごとのIPアドレスを割り当てるためにVLSMを使用する方法を示しています。

ステップ1

サブネットのリストを可能にします。

サブネットリスト

ステップ2

IPの要件を降順（最高から最低）に並べ替えます。

• 売上高100
• 購入50
• アカウント25
• 管理5

ステップ-3

IPの最高範囲を最高要件に割り当てます。したがって、営業部門に192.168.1.0/25（255.255.255.128）を割り当てましょう。 ネットワーク番号192.168.1.0のこのIPサブネットには、営業部門の要件を満たす126個の有効なホストIPアドレスがあります。 このサブネットに使用されるサブネットマスクの最後のオクテットは10000000です。

ステップ-4

次に高い範囲を割り当て、192.168.1.128/26（255.255.255.192）を購入部門に割り当てましょう。 ネットワーク番号192.168.1.128のこのIPサブネットには、購入部門のすべてのPCに簡単に割り当てることができる62の有効なホストIPアドレスがあります。 使用されるサブネットマスクの最後のオクテットには11000000があります。

ステップ-5

次に高い範囲、つまり アカウント。 25個のIPの要件は、30個の有効なホストIPを含む192.168.1.192/27（255.255.255.224）IPサブネットで満たすことができます。 アカウント部門のネットワーク番号は192.168.1.192になります。 サブネットマスクの最後のオクテットは11100000です。

ステップ-6

管理に次に高い範囲を割り当てます。 管理部門には5台のコンピューターのみが含まれています。 マスク255.255.255.248を持つサブネット192.168.1.224/29には、有効なホストIPアドレスが正確に6つあります。 したがって、これは管理に割り当てることができます。 サブネットマスクの最後のオクテットには11111000が含まれます。

VLSMを使用することにより、管理者は、IPサブネットが無駄にならないようにIPサブネットをサブネット化できます。 この例では、すべての部門にIPを割り当てた後でも、管理者には十分なIPアドレスが残っていますが、CIDRを使用した場合は不可能でした。

IPv4-予約済みアドレス

インターネットでは使用できない予約済みのIPv4アドレススペースがいくつかあります。 これらのアドレスは特別な目的に使用され、ローカルエリアネットワークの外部にルーティングすることはできません。

プライベートIPアドレス

IPのすべてのクラス（A、B、C）には、プライベートIPアドレスとして予約されているアドレスがあります。 これらのIPは、ネットワーク、キャンパス、会社内で使用でき、プライベートです。 これらのアドレスはインターネット上でルーティングできないため、これらのプライベートアドレスを含むパケットはルーターによってドロップされます。

プライベートIPアドレス

外部と通信するには、これらのIPアドレスをNATプロセスを使用していくつかのパブリックIPアドレスに変換する必要があります。そうしないと、Webプロキシサーバーを使用できます。

プライベートアドレスの別の範囲を作成する唯一の目的は、既に制限されているIPv4アドレスプールの割り当てを制御することです。 LAN内でプライベートアドレス範囲を使用することにより、IPv4アドレスの要件はグローバルに大幅に減少しました。 また、IPv4アドレスの枯渇を遅らせるのにも役立ちました。

IPクラスは、プライベートアドレス範囲を使用しながら、組織の規模と要件に応じて選択できます。 大規模な組織は、小規模な組織がクラスCを選択できるクラスAプライベートIPアドレス範囲を選択できます。 これらのIPアドレスをさらにサブネット化し、組織内の部門に割り当てることができます。

ループバックIPアドレス

IPアドレスの範囲127.0.0.0〜127.255.255.255はループバック用に予約されています。 ホストの自己アドレス（localhostアドレスとも呼ばれる）。 このループバックIPアドレスは、オペレーティングシステムによって完全に管理されます。 ループバックアドレス。単一システム上のサーバープロセスとクライアントプロセスが相互に通信できるようにします。 プロセスがループバックアドレスとして宛先アドレスを使用してパケットを作成すると、オペレーティングシステムは、NICに干渉することなく、パケットをループバックします。

ループバックで送信されたデータは、オペレーティングシステムによってオペレーティングシステム内の仮想ネットワークインターフェイスに転送されます。 このアドレスは主に、単一マシン上のクライアント/サーバーアーキテクチャなどのテスト目的で使用されます。 それ以外では、ホストマシンが127.0.0.1またはループバック範囲から任意のIPに正常にpingできる場合、マシン上のTCP/IPソフトウェアスタックが正常にロードされ、動作していることを意味します。

リンクローカルアドレス

ホストがDHCPサーバーからIPアドレスを取得できず、手動でIPアドレスが割り当てられていない場合、ホストは予約されたリンクローカルアドレスの範囲からIPアドレスを割り当てることができます。 リンクローカルアドレスの範囲は169.254.0.0から169.254.255.255です。

すべてのシステムが同じネットワークセグメントに接続されたDHCPサーバーからIPアドレスを取得するように構成されているネットワークセグメントを想定します。 DHCPサーバーが使用できない場合、セグメント上のホストは他のホストと通信できません。 Windows（98以降）、およびMac OS（8.0以降）は、リンクローカルIPアドレスの自己構成のこの機能をサポートしています。 DHCPサーバーがない場合、他のホストも同じIPアドレスで自身を構成していない場合、すべてのホストマシンが上記の範囲からランダムにIPアドレスを選択し、ARPを使用して確認します。 すべてのホストが同じ範囲のリンクローカルアドレスを使用すると、お互いに通信できるようになります。

これらのIPアドレスは、同じ物理セグメントまたは論理セグメントに属していない場合、システムが通信するのに役立ちません。 これらのIPもルーティングできません。

IPv4-例

この章では、インターネットプロトコルバージョン4を使用して、ネットワーク上で実際の通信がどのように行われるかについて説明します。

ネットワーク内のパケットフロー

IPv4環境のすべてのホストには、一意の論理IPアドレスが割り当てられます。 ホストがネットワーク上の別のホストにデータを送信する場合、宛先ホストの物理（MAC）アドレスが必要です。 MACアドレスを取得するために、ホストはARPメッセージをブロードキャストし、宛先IPアドレスの所有者であれば誰でもMACアドレスを提供するよう要求します。 そのセグメントのすべてのホストがARPパケットを受信しますが、ARPメッセージ内のIPと一致するIPを持つホストのみが、そのMACアドレスで応答します。 送信者が受信ステーションのMACアドレスを受信すると、物理メディアでデータが送信されます。

IPがローカルサブネットに属していない場合、データはサブネットのゲートウェイを使用して宛先に送信されます。 パケットフローを理解するには、まず次のコンポーネントを理解する必要があります-

• * MACアドレス*-メディアアクセス制御アドレスは、一意に識別できるネットワークデバイスの48ビットの工場でハードコードされた物理アドレスです。 このアドレスは、デバイスの製造元によって割り当てられます。
• アドレス解決プロトコル-アドレス解決プロトコルは、IPアドレスが既知のホストのMACアドレスを取得するために使用されます。 ARPは、ネットワークセグメント内のすべてのホストが受信するブロードキャストパケットです。 ただし、ARPでIPが指定されているホストのみが、そのホストに応答してMACアドレスを提供します。
• プロキシサーバー-インターネットにアクセスするために、ネットワークはパブリックIPが割り当てられたプロキシサーバーを使用します。 すべてのPCは、インターネット上のサーバーのプロキシサーバーを要求します。 PCSに代わってプロキシサーバーはサーバーに要求を送信し、サーバーから応答を受信すると、プロキシサーバーはそれをクライアントPCに転送します。 これは、コンピューターネットワークでインターネットアクセスを制御する方法であり、Webベースのポリシーの実装に役立ちます。
• 動的ホスト制御プロトコル-DHCPは、事前定義されたアドレスプールからホストにIPアドレスを割り当てるサービスです。 DHCPサーバーは、ゲートウェイIP、DNSサーバーアドレス、IPに割り当てられたリースなどの必要な情報も提供します。 DHCPサービスを使用することにより、ネットワーク管理者はIPアドレスの割り当てを簡単に管理できます。
• ドメインネームシステム-ユーザーが接続したいリモートサーバーのIPアドレスを知らない可能性が非常に高いです。 しかし、彼はそれに割り当てられた名前（tutorialpoints.comなど）を知っています。 ユーザーが接続したいリモートサーバーの名前を入力すると、画面の背後のローカルホストがDNSクエリを送信します。 ドメインネームシステムは、ドメイン名がわかっているホストのIPアドレスを取得する方法です。
• ネットワークアドレス変換-コンピューターネットワーク内のほぼすべてのPCには、インターネット上でルーティングできないプライベートIPアドレスが割り当てられます。 ルーターは、プライベートIPアドレスを持つIPパケットを受信するとすぐにドロップします。 パブリックプライベートアドレス上のサーバーにアクセスするために、コンピューターネットワークは、アドレス変換サービスを使用します。これは、ネットワークアドレス変換と呼ばれるパブリックアドレスとプライベートアドレスを変換します。 PCがプライベートネットワークからIPパケットを送信すると、NATはプライベートIPアドレスをパブリックIPアドレスに変更し、その逆も同様です。

これで、パケットフローを説明できます。 ユーザーが自分のパソコンからwww.finddevguides.comにアクセスしたいとします。 彼女はISPからインターネットに接続しています。 次の手順は、システムが宛先Webサイトに到達するのを支援するために実行されます。

ステップ1 – IPアドレスの取得（DHCP）

ユーザーのPCが起動すると、DHCPサーバーを検索してIPアドレスを取得します。 同じために、PCはDHCPDISCOVERブロードキャストを送信します。これはサブネット上の1つ以上のDHCPサーバーによって受信され、すべてIP、サブネット、ゲートウェイ、DNSなどの必要な詳細を含むDHCPOFFERで応答します。 PCは、提供されたIPアドレスを要求するためにDHCPREQUESTパケットを送信します。 最後に、DHCPはDHCPACKパケットを送信して、IPリースと呼ばれる一定の時間IPを保持できることをPCに伝えます。

または、DHCPサーバーの助けを借りずに、PCにIPアドレスを手動で割り当てることができます。 PCがIPアドレスの詳細で適切に構成されている場合、IP対応ネットワーク全体で他のコンピューターと通信できます。

ステップ2 – DNSクエリ

ユーザーがWebブラウザーを開き、ドメイン名であるwww.tutorialpoints.comを入力し、PCがドメイン名を使用してサーバーと通信する方法を理解していない場合、PCは取得するためにネットワークにDNSクエリを送信しますドメイン名に関連するIPアドレス。 事前に構成されたDNSサーバーは、指定されたドメイン名のIPアドレスでクエリに応答します。

ステップ3 – ARP要求

PCは、宛先IPアドレスが自分のIPアドレス範囲に属していないことを検出し、ゲートウェイに要求を転送する必要があります。 このシナリオのゲートウェイは、ルーターまたはプロキシサーバーにすることができます。 ゲートウェイのIPアドレスはクライアントマシンに知られていますが、コンピューターはIPアドレスでデータを交換しませんが、マシンのハードウェアアドレスが必要です。これは、工場出荷時にコード化されたMACアドレスです。 ゲートウェイのMACアドレスを取得するために、クライアントPCは「このIPアドレスを所有しているのは誰か」というARP要求をブロードキャストします。 ARPクエリに応答するゲートウェイは、MACアドレスを送信します。 MACアドレスを受信すると、PCはパケットをゲートウェイに送信します。

IPパケットには送信元アドレスと宛先アドレスの両方があり、ホストとリモートホストを論理的に接続しますが、MACアドレスは単一のネットワークセグメント上のシステムが実際のデータを転送するのに役立ちます。 送信元および宛先MACアドレスがインターネットを移動するときに（セグメントごとに）変更されますが、送信元および宛先IPアドレスは決して変更されないことが重要です。

IPv4-まとめ

インターネットプロトコルバージョン4は、約に割り当てられるように設計されました。 現在43億のアドレス。 インターネットの初めには、これははるかに広いアドレス空間であると考えられていたため、心配する必要はありませんでした。

インターネットユーザーの急激な成長とその広範な普及により、通信できるように実際のユニークなIPを必要とするデバイスの数が指数関数的に増加しました。 徐々に、IPSは、携帯電話、自動車、その他の電子機器など、人間の生活を楽にするために作られたほぼすべてのデジタル機器で必要になります。 デバイス（コンピューター/ルーター以外）の数により、余分なIPアドレスの需要が拡大しました。

IPv4の割り当ては、Internet Assigned Numbers Authority（IANA）によって割り当てられた名前と番号のためのInternet Corporation（ICANN）との調整の下でグローバルに管理されています。 IANAは、地域のインターネットレジストリと密接に連携しており、地域のインターネットレジストリは、その地域でIPアドレスを効率的に配布する責任があります。 このようなRIRSは5つあります。 IANAの報告によると、すべてのIPv4アドレスブロックが割り当てられています。 状況に対処するために、次のプラクティスが行われていました-

• *プライベートIP-*パブリックIPアドレスの要件を減らすことができるように、LAN内でプライベートに使用するために宣言されたIPのブロックはほとんどありません。
• * NAT-*ネットワークアドレス変換は、プライベートIPアドレスを持つ複数のPC/ホストが1つまたは少数のパブリックIPアドレスを使用してアクセスできるようにするメカニズムです。
• 未使用のパブリックIPはRIRによって回収されました。

インターネットプロトコルv6（IPv6）

IETF（Internet Engineering Task Force）は、IPv4の欠点を緩和するためにIPアドレスを再設計しました。 新しいIPアドレスはバージョン6であり、128ビットアドレスであり、これにより地球の1インチごとに何百万ものIPアドレスを与えることができます。

今日、インターネットで実行されているデバイスの大部分はIPv4を使用しており、今後数日間でIPv6に移行することはできません。 インターネットが完全にIPv6に移行しない限り、IPv4とIPv6が共存できるIPv6によって提供されるメカニズムがあります-

• デュアルIPスタック
• トンネリング（6to4および4to6）
• NATプロトコル変換