基本情報の勉強をしてみた　　④ネットワーク・IPアドレス

IPアドレスとは

無数のコンピューター、LAN間接続装置があるインターネット。この中で、IPアドレスはデータをきちんと送り届けるための住所のようなものである。具体的には、ネットワーク層（TCP/IPで言うインターネット層）で、IPアドレスを使いどのコンピューターに発信するのかを識別し、通信経路を確立している。

以下IPアドレスの例を、記載方法の１つである　IPv4　で見ていく。
IPv4では、IPアドレスは32ビット構成され、8ビットずつをドットで区切り、１０進数で表現している。
アドレスの総数は2の32乗個、おおよそ43億台のコンピューターがインターネットに直接接続できることとなる。

（例）
２進数　　　　11000000 10101000 00000001 00000100
10進数　　(192) (168) (1) (4)
→　IPアドレス　192.168.1.4

☆10進数への変換方法は文末に記載

IPアドレスはネットワーク部とホスト部に分かれる。
ネットワーク部ではどのネットワークかを指し示し、ホスト部ではネットワーク内のどのPCかを指し示している。(= どのネットワークの、どのコンピューターですよ〜、という住所が記載されている)
IPv4では下位８ビットがホスト部にあたる。

（例）
ネットワーク部　ホスト部
11000000 10101000 00000001 00000100
192.168.1.4

また、下記IPアドレスは既に用途が決められている。（配布不可）
・ホスト部のビットが全て ”0”＝　ネットワークアドレス
ネットワーク自体が示されているアドレス。
・ホスト部のビットが全て ”1”＝　ブロードキャストアドレス
このアドレスを使うとNW内すべての機器にブロードキャストされる。

・IPv4とIPv6
インターネットに接続するホストが世界中で増え続けたため、現在IPv4ではIPアドレスは足りなくなってきた。。。
そこで現在移行が進められているのが、　IPv6　である。
IPv6　は、128ビットで構成され、16ビットずつを : で区切り、１6進数で表現する。
アドレスの総数は2の128乗となり、事実上無限のIPアドレスを割り振ることができる。これにより、IPv4がNAT経由でネットワークに繋がるのに対し、IPv6は各機器が直接インターネットに接続できるため、アクセス集中時でも速度低下を起こし難い。
加えて、IPv6ではMACアドレス（各端末・機器に割り当てられた固有識別子）を使って自動設定も行える。

上記利点から、GoogleやFacebookなども既にIPv6に対応している中だが、IPv4とIPv6の相互接続はできないため、まだまだIPv4が使われ続けているという現状である。

IPアドレスの種類

下記２種類がある。
①グローバルIPアドレス
インターネットに接続する際に割り振られるIPアドレスである。文字通り世界で通用するものであり、同じアドレスは存在しない。NICと呼ばれる非営利団体により管理されており、日本では、JPNICが管理し、ユーザーはインターネットサービスプロバイダから割り振られている。

②プライベートIPアドレス
LAN内で使用されるIPアドレスである。LAN内での識別ができれば良いので、他のLANのIPアドレスとの重複は気にせず、自由に割り振られる。

・プライベートIPアドレス　から　グローバルIPアドレス　へ、どうやって繋げる？
LAN内のネットワークからインターネットへ接続する場面が考えられる。
その際はインターネットに直接接する機器（ルーターや公開サーバ）にだけグローバルIPアドレスを割り当て、Proxyサーバーやネットワークアドレス変換機能*　を使うのが一般的である。

*　ネットワークアドレス変換機能
　①NAT（Network Address Translation):
グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスを１対１で変換。
インターネットに接続できる台数は割り当てられているグローバルIPアドレス分のみとなる。

②NAPT(Network Address Port Translation):
こちらが主流になりすぎて、NATとも言う笑
グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスを１対nで対応させる。IPアドレスとポート番号で通信を識別するため、複数の機器が同時にインターネットに接続でき、その上限はルーターが管理できる範囲となる。

サブネットマスク

IPv4のIPアドレスに対し、ネットワーク部とホスト部を定義することができる。
ネットワーク部は全て"1"　ホスト部は全て”0”となる。

サブネットマスクを使うと、、、ビット単位で増減可能に。
・ホスト部を長くでき、接続できるコンピューターの数を増やすことができる
・ネットワーク部を長くでき、ネットワークを分割することができる

（例）
IPアドレス　192.168.1.4
サブネットマスク 255.255.255.0

→　２進数に直してみる。
IPアドレス　11000000 10101000 00000001 00000100

→　２進数に直してみる。
サブネットマスク　11111111 11111111 11111111 00000000

→　２進数どうし比べてみる。
IPアドレス　　　　11000000 10101000 00000001 00000100
サブネットマスク　11111111 11111111 11111111 00000000

→　サブネットマスクでは、ネットワーク部は全て"1"　ホスト部は全て”0”となる、ため下記となる
IPアドレス　　　　11000000 10101000 00000001 00000100
サブネットマスク　11111111 11111111 11111111 00000000
　　　　　　　　　　　　　 ネットワーク部　ホスト部

・サブネットマスクの記載方法
上記のように、IPアドレスと並べて記載するのも良いが、下記表現もできる（CIDR表記）
192.168.1.4/24 (先頭から1が２４個続いているという意味）

その他　補足

☆２進数を１０進数に変換する方法

２進数　　　　11000000 10101000 00000001 00000100

まず、各８ビットを下記のよう整理をする

（各位の数）11000000
（各位の重み）2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

次に、各位の数と重みを掛け合わせ、全て足しこむ

=1*2^7＋1*2^6＋0*2^5＋0*2^4＋0*2^3＋0*2^2＋0*2^1＋0*2^0
=128＋64
=192

（各位の数）10101000
（各位の重み）2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

=1*2^7＋0*2^6＋1*2^5＋0*2^4＋1*2^3＋0*2^2＋0*2^1＋0*2^0
=128＋32＋８
= 168

（各位の数）00000001
（各位の重み）2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

= 0*2^7＋0*2^6+0*2^5+0*2^4+0*2^3+0*2^2+0*2^1+1*2^0
= 1

(各位の数)00000100
(各位の重み)2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0

各位の数と各位の重みをかけて、足し合わせる
= 0*2^7+0*2^6+0*2^5+0*2^4+0*2^3+1*2^2+0*2^1+0^2*0
=4

→　順番に並べてみると、、、
10進数　　(192) (168) (1) (4)
192.168.1.4　となる。

☆１０進数を２進数に変換する方法

10進数　　　IPアドレス　192.168.1.4
→　２進数に直してみる。

各数を２で割り切れなくなるまで割っていく

(192)

2）192
２)96... 0
2)48... 0
2)24... 0
2)12... 0
2)6... 0
2)3... 0
2)1... 1

最後の商ならびに、余を下から順に並べる
11000000

(168)

2)168 
2)84 ... 0
2)42 ... 0
2)21 ... 0 
2)10 ... 1
2) 5...0
2) 2...1
2) 1...0

最後の商ならびに、余を下から順に並べる
→　10101000

(1)

... 1

最後の商ならびに、余を下から順に並べる
→ 00000001

(4)

2)4
2)2 ... 0
  1 ... 0

最後の商ならびに余を下から順に並べる
→　00000100

→　順番に並べてみると、、、
２進数　11000000 10101000 00000001 00000100

過去問

• 基本情報技術者平成28年春期 午前問34

IPアドレス192.168.57.123/22 が属するネットワークのブロードキャストアドレスはどれか。

ア　192.168.55.255
イ　192.168.57.255
ウ　192.168.59.255
エ　192.168.63.255

ブロードキャストアドレスとは、、、２進数で、ホスト部が全て１になるものである
また今回のIPアドレス（192.168.57.123）は、ネットワークアドレス部が先頭より２２ビット目まで、とのことなので、残り１０ビットがホスト部となる。

→　なので、まず　57.123（下位　16ビット）を　2進数に。。
57.123 = 00111001 01111011 (2)　となる

ブロードキャストアドレスはホスト部が全て”１”となるので
→　下位１０ビットを全て１に
00111011 11111111

→　00111011 11111111　を１０進数に戻すと
... 59.255

（答）　ウ　　192.168.59.255

• 基本情報技術者平成26年秋期 午前問34

次のネットワークアドレスとサブネットマスクを持つネットワークがある。このネットワークを利用する場合PCに割り振ってはいけないアドレスはどれか。

ネットワークアドレス: 200.170.70.16
サブネットマスク　　: 255.255.255.240

ア　200.170.70.17
イ　200.170.70.20
ウ　200.170.70.30
エ　200.170.70.31

まずは各アドレスを２進数に置き換える。
ネットワークアドレス
11001000　10101010　01000110　00010000

サブネットマスク
11111111　11111111　11111111　11110000

→　２進数のアドレスを比べると、ホスト部が判明する。
11001000　10101010　01000110　00010000
11111111　11111111　11111111　11110000

→　割り振ってはいけないアドレスとは、下記の２つである。
・ホスト部が全て"１" =　ブロードキャストアドレス
・ホスト部が全て"０"= ネットワークアドレス

→　各選択肢を見ていく。
ただすべての選択肢の上位24ビットは同じ値なので、無視。
下位８ビットのみを２進数に直していく。

ア　...17 00010001
イ　...20 00010100
ウ　...30 00011110
エ　...30 00001111

1111　は割り当て不可のブロードキャストアドレスである
　（答）　エ

• 基本情報技術者平成29年秋期 午前問35

次のIPアドレスとサブネットマスクを持つPCがある。このPCのネットワークアドレスとして、適切なものはどれか。

IPアドレス： 10.170.70.19
サブネットマスク：255.255.255.240

ア　10.170.70.0
イ　10.170.70.16
ウ　10.170.70.31
エ　10.170.70.255

まずは各アドレスを２進数に置き換える。
IPアドレス： 10.170.70.19
　　00001010 10101010 01000110 00010011
サブネットマスク：255.255.255.240
11111111 11111111 11111111 11110000

あるIPアドレスがどのネットワークに属するかはIPアドレスとサブネットマスクをAND演算する。
00001010 10101010 01000110 00010011
11111111 11111111 11111111 11110000
→　演算結果
00001010 10101010 01000110 00010000

→　１０進数表記にする
00001010 10101010 01000110　00010000
変更点は下位４ビットのみということに注目
ネットワークアドレス＝10.170.70.16
（答）　イ