TCP/IP グローバルIP・プライベートIPアドレスなど通信の仕組み概要まとめ

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ひょんなきっかけで、今まで漠然とした理解のままスル―していたネットワーク、特にTCP/IPの仕組みについて勉強しましたので、要点だけまとめておこうと思います。ほんと要点だけ。超簡単に。

本も5冊ほど購入したんですが、転記するのも面倒なので全て意訳です。


IPとは

インターネット上で通信するために、必ず必要な、ユニークなアドレス情報

IPの種類

グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスの2種類が存在。

グローバルIPアドレスとは、前述の、ユニークなアドレス情報。
プライベートIPアドレスとは、LAN環境内でのみ利用できる、LAN環境内ではユニークなアドレス情報。
LAN環境内でのプライベートIPアドレスは、主にDHCPサーバを経由して自動的に割り当てられることが多い。

プライベートIPアドレスのまま、ネットワークに出て行くことは出来ない。

NAT変換

プライベートIPアドレスを割り当てられた通信機器が、LAN環境から外部に通信する際に、グローバルIPアドレスに変換されるが、これをNATと呼ぶ。

しかしながら、NATでは、プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスは常に1:1の関係であり、複数のプライベートIPアドレスを割り当てられた機器が、同時に通信を行うことができない。

これに対応するのが、NAPT(IPマスカレード)である。

NAPTでは、IPアドレス情報にポート番号を付加することで、1:1の関係を1:多とすることができる技術。

昨今では、NAPTまで含んで、NATと呼ぶこともある。


通信の仕組み

TCPとIPというプロトコルを往復する形で、いろいろな情報(送信先、送信元、情報本体)をやり取りする。
IPには、アプリケーション層 トランスポート層 インターネット層 ネットワークインターフェース層という4つの層があり、それぞれ別の情報をやり取りしている。

また、機器ごとに振られているユニークなアドレスとして、MACアドレスが存在する。

ISPからのIPの割り当て

インターネット回線契約者は、ISPから、グローバルIPアドレスを動的に割り振られる。
つまり、接続する度にIPアドレスが変化する。

一方、昨今はブロードバンドルータなどでの接続が主流であり、ブロードバンドルータは常時接続のため、実質的にIPアドレスは固定されていることになる。半固定という表現を使うケースもある。

また、ケーブルテレビ回線など、一部のISPでは、プライベートIPアドレスを契約者に割り振るケースがある。

その場合、契約者は、ISPのネットワークまでプライベートIPアドレスでアクセスした上で、ISPのネットワーク環境から外に出る際に、グローバルIPアドレスにNAT変換される。

なぜ動的に割り当てられるのか

ISPで保有するグローバルIPアドレスは有限(そもそもグローバルIPアドレス自体が有限)であり、空いているIPアドレスを無駄なく有効活用するため。

一般のユーザーは、常に通信を自分のタイミングで開始するため、IPアドレスが動的でも問題が発生しない。つまり、自分のタイミング以外で、誰かが、自分のIPアドレスを指定して通信を開始することが無いということ。

一方、ウェブサイト提供者などは、常に同じIPアドレスでないと、誰が、どのタイミングで通信を開始するかもしれず、動的であると、IPアドレスが変わるたびに、ウェブサイトを閲覧する人にIPアドレスを伝える必要が出てしまうなど、不都合が生じる。

また、IPアドレスの枯渇問題もあり、ISP側は、極力動的に割り当てるような傾向がある。

参考書籍

以下の書籍を読んでみました。他にもあるけど割愛。

■まるごとわかるネットワーク入門


■TCP/IPプロトコルの達人になる本

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