IPアドレスとネットワーク

IPアドレスとネットワーク完全ガイド

IPアドレスとネットワークの基礎知識を、実務で役立つ実装例とともに詳しく解説します。

1. IPアドレスとは

IPアドレスの役割

IPアドレス（Internet Protocol Address）は、インターネット上の各デバイスに割り当てられる一意の識別子です。郵便物の住所のように、データを正しい宛先に届けるために使用されます。

送信元: 192.168.1.100
宛先: 93.184.216.34
データ: HTTPリクエスト

IPv4とIPv6

IPv4

形式: 32ビット（4オクテット）
表記: 192.168.1.1
アドレス数: 約43億個（枯渇している）
例: 93.184.216.34

IPv6

形式: 128ビット（16オクテット）
表記: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
アドレス数: 約340澗個（実質的に無限）
例: 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946

2. IPアドレスのクラス

プライベートIPアドレス

インターネット上で直接使用されず、ローカルネットワーク内でのみ使用されるIPアドレスです。

クラスA: 10.0.0.0 ～ 10.255.255.255
クラスB: 172.16.0.0 ～ 172.31.255.255
クラスC: 192.168.0.0 ～ 192.168.255.255

パブリックIPアドレス

インターネット上で直接使用されるIPアドレスです。

上記のプライベートIPアドレス以外のすべて

3. サブネットマスクとCIDR

サブネットマスク

ネットワーク部分とホスト部分を区別するために使用されます。

IPアドレス: 192.168.1.100
サブネットマスク: 255.255.255.0
ネットワーク: 192.168.1.0
ホスト: 100

CIDR表記

192.168.1.0/24
            ^^
            CIDR表記（24ビットがネットワーク部分）

CIDR表記の意味:

/24: 最初の24ビットがネットワーク部分
/16: 最初の16ビットがネットワーク部分
/8: 最初の8ビットがネットワーク部分

4. ネットワークの階層構造

OSI参照モデルとTCP/IPモデル

OSI参照モデル          TCP/IPモデル
─────────────────────────────────
7. アプリケーション層  →  アプリケーション層
6. プレゼンテーション層
5. セッション層
4. トランスポート層  →  トランスポート層
3. ネットワーク層   →  インターネット層
2. データリンク層   →  ネットワークインターフェース層
1. 物理層

各層の役割

アプリケーション層

HTTP、HTTPS、DNS、SMTPなど
アプリケーション間の通信

トランスポート層

TCP、UDP
データの信頼性のある配送

インターネット層

IP、ICMP
パケットのルーティング

ネットワークインターフェース層

Ethernet、Wi-Fi
物理的なデータ転送

5. ルーティング

ルーティングとは

パケットを送信元から宛先まで転送する仕組みです。

送信元: 192.168.1.100
宛先: 93.184.216.34
     ↓
ルーター1: 192.168.1.1
     ↓
ルーター2: 203.0.113.1
     ↓
ルーター3: 198.51.100.1
     ↓
宛先: 93.184.216.34

ルーティングテーブル

# ルーティングテーブルの確認
route -n  # Linux
netstat -rn  # macOS
route print  # Windows

# 結果例:
# Destination     Gateway         Genmask         Flags
# 0.0.0.0         192.168.1.1     0.0.0.0         UG
# 192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U

6. ポート番号

ポート番号とは

同じIPアドレス上で複数のアプリケーションを区別するために使用される番号です。

IPアドレス: 93.184.216.34
ポート: 80 (HTTP)
ポート: 443 (HTTPS)
ポート: 22 (SSH)

よく使われるポート番号

20, 21: FTP
22: SSH
25: SMTP
53: DNS
80: HTTP
443: HTTPS
3306: MySQL
5432: PostgreSQL

7. 実務でのネットワーク設定

ローカル開発環境

# ローカルホストの確認
ping localhost
# または
ping 127.0.0.1

# ポートの確認
netstat -an | grep LISTEN  # Linux/macOS
netstat -an | findstr LISTEN  # Windows

ネットワーク接続の確認

# IPアドレスの確認
ifconfig  # Linux/macOS
ipconfig  # Windows

# ネットワーク接続の確認
ping 8.8.8.8  # GoogleのDNSサーバー
ping example.com

# ルーティングの確認
traceroute example.com  # Linux/macOS
tracert example.com  # Windows

8. よくある問題と解決策

問題1: 接続できない

原因:

IPアドレスが正しくない
ファイアウォールでブロックされている
ネットワーク設定が間違っている

解決策:

# IPアドレスの確認
ipconfig  # Windows
ifconfig  # Linux/macOS

# 接続の確認
ping 8.8.8.8
ping example.com

# ポートの確認
telnet example.com 80

問題2: サブネット外のデバイスに接続できない

原因:

ルーターの設定が間違っている
サブネットマスクが正しくない

解決策:

ルーターの設定を確認
サブネットマスクを確認

これで、IPアドレスとネットワークの基礎知識を理解できるようになりました。