IPアドレスの構造 ― 32ビットをどう読むか

IPアドレスとは、ネットワーク上で機器を特定するために割り当てられる番号です。192.168.10.25 のような表記も、コンピュータの内部では32ビットの2進数1つです。

見た目は、4つの数字をドットで区切った形をしています。これは、人間が読み書きしやすいようにした表示です。32ビットを8ビットずつ4つに区切って、それぞれを10進数に変換しています。

IPアドレスは、機器の「住所」にあたります。MACアドレスとの違いは「MACアドレスとIPアドレスの違いと使い分け」で説明しています。32ビットのどこで区切るかが分かると、宛先が同じネットワークかどうかを自分で判定できます。

32ビットを8ビットずつ4つに分けると、8ビットのかたまりが4つできます。このかたまりをオクテットと呼びます。203.0.113.45 というアドレスを例に、各オクテットの2進数と10進数の対応を見ます。

なぜ0〜255の範囲になるのか

1オクテットは8ビットです。8ビットで表せるパターンは 2⁸ = 256 通りです。0から数え始めるので、範囲は 0〜255 になります。

10進数への変換では、各ビットに割り当てられた重みを使います。1が立っている位置の重みだけを足し合わせます。第4オクテットの 00101101 を例にすると、次のようになります。

1が立っているのは、重み32・8・4・1の位です。足すと 32 + 8 + 4 + 1 = 45 です。これが10進数表記の45と一致します。

最大値の 11111111 は、128+64+32+16+8+4+2+1 = 255 です。これが1オクテットの上限です。

32ビットのIPアドレスは、さらに2つの役割に分かれています。住所を町名と番地に分けるのと同じです。

先頭側の部分は、機器がどのネットワークに属すかを表します。この部分をネットワーク部と呼びます。住所でいえば町名にあたります。

残りの部分は、そのネットワーク内の何番目の機器かを表します。この部分はホスト部です。住所でいえば番地にあたります。

ネットワーク部とホスト部の境界を決めるのが、サブネットマスクです。同じIPアドレスでも、サブネットマスクの値によってネットワーク部の広さは変わります。

ネットワーク部とホスト部の境界は、現在は自由に決められます。境界は、/24 のようなプレフィックス長表記で書きます。この仕組みをCIDRと呼びます。

昔は、クラスA・B・Cという仕組みが使われていました。この仕組みでは、IPアドレスの先頭ビットパターンによって境界が固定されます。

クラスは今は使われていませんが、参考書や古い資料には今も登場します。そのため、ここで簡単に説明します。

たとえば、第1オクテットが210なら、先頭ビットは 110xxxxx です。そのため、クラスCになります。クラスCのデフォルトのネットワーク部は、先頭3オクテットの24ビットと決まっていました。

CIDRは、この固定の区切りをやめたものです。/24 のように、ネットワーク部のビット数をアドレスごとに自由に指定できます。区切りを自由にできるので、サブネットごとに大きさを変えるVLSMも使えます。

IPアドレスの中には、通常の用途とは違う特別な意味を持つものがあります。下の表のうち、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスは機器に割り当てません。一方、APIPAは実際に機器へ割り当てられるアドレスです。

ここまでの32ビットのアドレスは、IPv4のものです。IPv4で作れるアドレスは2³²個で、約43億個しかありません。そのため、アドレスの枯渇が問題になりました。

IPv6では、アドレス長が128ビットに拡張されました。表記も変わり、16ビットずつの8組をそれぞれ16進数で表します。組と組の間は、コロン : で区切ります。

例は 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1234:5678 です。この表記には、省略のルールが2つあります。

1つは、各グループ先頭の0を省略できることです。たとえば 0db8 は db8 と書けます。もう1つは、0だけのグループが連続するとき、まとめて :: という記号に置き換えられることです。

この2つを使うと、上の例は 2001:db8::1234:5678 と短く書けます。1つのアドレスの中で :: を2回使うと、どちらのグループを何個省略したのか分からなくなります。そのため、:: を使えるのは1回だけです。

IPv6のアドレスの種類やIPv4との違いは、IPv6の記事で説明しています。

自分のPCに割り当てられているIPアドレスは、OSごとに次のコマンドで確認できます。

> ipconfig
イーサネット アダプター イーサネット:
   IPv4 アドレス . . . . . . . . . . . : 192.168.10.25
   サブネット マスク . . . . . . . . . : 255.255.255.0

$ ip addr
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500
    inet 192.168.10.25/24 brd 192.168.10.255 scope global eth0

$ ifconfig en0
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    inet 192.168.10.25 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.10.255

# 1行だけ欲しい場合は、次のコマンドでも確認できます。
$ ipconfig getifaddr en0
192.168.10.25