IPとは - 理数の散策路

概要

IP（Internet Protocol）とは、インターネットでの通信において、パケット（IPパケット）を宛先のネットワークやホストに届けるためのプロトコルです。OSI参照モデルのネットワーク層（第３僧）に相当します。

IPでは、宛先のホストや送信元の指定にIPアドレスが使用されます。IPアドレスは、同じネットワーク上で重複があってはならず、インターネットで用いられるグローバルIPアドレスについては、管理団体によって管理がされています。

現在普及しているIPv4（IP version 4）は、1981年に発行されたRFC791で規定されました。32ビットのIPアドレスを持ち、最大で約42億台の機器が同じネットワーク上で指定ができます。尚、次世代のIPv6（IP version 6）では128ビットに拡張がされています。

以下は、IPv4について解説します。

IPv4のIPアドレスは、１バイト毎に区切られた４バイト（32ビット）で表されますが、ネットワーク部とローカル部の２つに分けられます。ネットワーク部は、公的な機関により管理と割り当てが行われ、ローカル部は、ネットワーク部を割当てられた各組織によって管理されます。

ローカル部は、さらにサブネット部とインターフェース部に分かれています。これは、各組織の中で、ネットワークを分けて管理するために使用されます。

ネットワーク部のビット数は、クラス（Ａ～Ｄ）により異なります。以下は、ネットワーク部のビットを「Ｎ」、ローカル部のビットを「Ｌ」で表しています。

クラスＡは上位１ビットが「０」、クラスＢは上位２ビットが「10」、クラスＣは上位３ビットが「110」、クラスＤは上位４ビットが「1110」で定義されており、それぞれ区別がつくようになっています。尚、クラスＤのアドレスはマルチキャスト用のアドレスです。

サブネットとは、１つの組織の中で分けられたネットワークのことです。組織のネットワーク管理者が、サブネットを分ける理由は以下になります。

サブネットマスクとは、サブネットの範囲を相手に伝えるための方法で、IPアドレスのビットの中でネットワーク部とサブネット部を「１」、インタフェース部を「０」で表します。

例えば、クラスＣのIPアドレスで、サブネット部が２ビットの場合、サブネットマスクは「255.255.255.192」と表します。

サブネットマスク	11111111 255	11111111 255	11111111 255	11000000 192
ビット構成	NNNNNNNN	NNNNNNNN	NNNNNNNN	SSLLLLLL

この例では、各機器に割り当てられるインタフェース部は６ビット（64通り）ですが、この内オール０はネットワークアドレス、オール１はブロードキャストアドレスに割り当てられており使用できません。そのため、割り当てられるIPアドレスの数は最大で62台（$=2^{\mbox{ビット数}}-2$）となります。

IPv4のパケット構成は以下になります。

各フィールドの役割りは以下になります。

名称	サイズ	機能
バージョン	４bit	プロトコルのバージョンを表す。IPv4では0x0100。
ヘッダ長	４bit	IPヘッダ長を４バイトの倍数で表す。最小値は５。
サービスタイプ	８bit	IPパケットの優先度などを表すが、現在はほとんど使用されていない。
全長	16bit	IPパケット全体の長さをバイト単位で表す。
識別番号	16bit	フラグメンテーション（分割）されたIPパケットを識別する。
フラグ	３bit	フラグメンテーションで利用される。
フラグメントオフセット	13bit	フラグメント化されたIPパケットの全体の中の位置を８バイトの倍数で表す。
生存時間	８bit	IPパケットの生存時間を表す。
プロトコル	８bit	上位層のプロトコル（１：ICMP、６：TCP、17：UDP）を表す。
チェックサム	16bit	ヘッダ部分のチェックサムを表す。
送信元IPアドレス	32bit	送信元の機器のIPアドレスを表す。
宛先IPアドレス	32bit	送信先の機器のIPアドレスを表す。
オプション	０～40B	IPヘッダの拡張部。
データ部	－	IPパケットのペイロード。TCPなら最小で20B、UDP/ICMPなら最小で８B。