TCP/IP アドレス指定とサブネット化の基本について

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この記事は、インターネット プロトコル (IP) ネットワークとサブネット化の概念に関する一般的な概要を示します。 用語集は記事の最後に含まれています。

適用対象: Windows 10 - すべてのエディション
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まとめ

TCP/IP プロトコルを Windows コンピュータで構成する場合、TCP/IP 構成の設定では以下が必要です。

  • IP アドレス
  • サブネット マスク
  • デフォルト ゲートウェイ

TCP/IP を正しく構成するには、TCP/IP ネットワークがどのようにアドレス指定され、ネットワークとサブネットワークに分割されるかを理解する必要があります。

インターネットのネットワーク プロトコルとしての TCP/IP が成功する主な要因は、異なるサイズのネットワークと異なる種類のシステムを接続する機能です。 これらのネットワークは、定義済みのサイズを持つ 3 つの主要なクラス (他のいくつかと共に) に任意に定義されます。 それぞれのネットワークは、システム管理者によって小さいサブネットワークに分割できます。 サブネット マスクは、IP アドレスを 2 つの部分に分割するために使用されます。 1 つのパーツはホスト (コンピューター) を識別し、もう一方のパーツはホストが属するネットワークを識別します。 IP アドレスとサブネット マスクの機能をよりよく理解するには、IP アドレスを確認してその構成方法を調ます。

IP アドレス: ネットワークとホスト

IP アドレスは 32 ビットの数値です。 TCP/IP ネットワーク上のホスト (コンピューターまたはプリンターやルーターなどの他のデバイス) を一意に識別します。

IP アドレスは通常、192.168.123.132 などのピリオドで区切られた 4 つの数値で、ドット形式 10 進表記法で表されます。 サブネット マスクを使用してホスト、ネットワーク、サブネットワークを区別する方法を理解するには、バイナリ表記で IP アドレスを調べてください。

たとえば、ドット付き 10 進数 IP アドレス 192.168.123.132 は、32 ビット数値11000000101010000111101110000100 (バイナリ表記) です。 この数値は意味を成すのが難しい場合があるため、8 桁の 2 進数の 4 つの部分に分割します。

これらの 8 ビット セクションは、オクテットと呼ばれています。 次に、IP アドレスの例は 11000000.10101000.01111011.10000100 になります。 この数値はほぼ意味が通らないので、ほとんどの場合はバイナリ アドレスをドット形式 10 進表記法 (192.168.123.132) に変換します。 ピリオドで区切られた 10 進数は、2 進数から 10 進表記に変換されるオクテットです。

TCP/IP ワイド エリア ネットワーク (WAN) がネットワークのコレクションとして効率的に動作する場合、ネットワーク間でデータのパケットを渡すルーターによって、情報パケットの宛先であるホストの正確な場所は認識されません。 ルーターは、ホストがメンバーであるネットワークのみを認識し、ルート テーブルに格納されている情報を使用して、宛先ホストのネットワークでパケットを取得する方法を決定します。 パケットが宛先のネットワークに配信された後、パケットは適切なホストに配信されます。

このプロセスを機能させるために、IP アドレスに 2 つの部分があります。 その最初の部分はネットワーク アドレスとして、後の部分はホスト アドレスとして使用されます。 例の 192.168.123.132 をこの 2 つの部分に分割すると、192.168.123 が取得されます。 Network .132 Host または 192.168.123.0 - ネットワーク アドレス。 0.0.0.132 - ホスト アドレス。

サブネット マスク

TCP/IP が動作するために必要な 2 つ目のアイテムは、サブネット マスクです。 サブネット マスクは、ホストがローカル サブネット上にあるかリモート ネットワーク上にあるかを判断するために、TCP/IP プロトコルによって使用されます。

TCP/IP では、ネットワークおよびホスト アドレスとして使用される IP アドレスの部分が固定されません。 詳しい情報がない限り、上記のネットワークアドレスとホスト アドレスは特定できません。 この情報は、サブネット マスクと呼ばれる別の 32 ビットの数値で提供されます。 サブネット マスクは、この例では 255.255.255.0 です。 バイナリ表記の 255 が 11111111 と等しいと分かっていない限り、この数値が何を意味するのかははっきりしません。 そのため、サブネット マスクは 11111111.11111111.11111111.00000000 です。

IP アドレスとサブネット マスクを一緒に並べると、ネットワークとアドレスのホスト部分を分離できます。

11000000.10101000.01111011.10000100 - IP アドレス (192.168.123.132)
11111111.11111111.11111111.00000000 - サブネット マスク (255.255.255.0)

最初の 24 ビット (サブネット マスク内のビット数) は、ネットワーク アドレスとして識別されます。 最後の 8 ビット (サブネット マスク内の残りの 0 の数) は、ホスト アドレスとして識別されます。 次のアドレスが提供されます。

11000000.10101000.01111011.00000000 - ネットワーク アドレス (192.168.123.0)
00000000.00000000.00000000.10000100 - ホスト アドレス (000.000.0000.132)

255.255.255.0 サブネット マスクを使用したこの例では、ネットワーク ID は 192.168.123.0 で、ホスト アドレスが 0.0.0.132 です。 パケットが 192.168.123.0 サブネットに到着し (ローカル サブネットまたはリモート ネットワークから) 、宛先アドレスが 192.168.123.132 の場合、コンピューターはネットワークから受信して処理します。

ほとんどすべての 10 進サブネット マスクは、左側はすべて 1、右側はすべてゼロであるバイナリ数値に変換されます。 その他の一般的なサブネット マスクは次のとおりです。

10 進法 バイナリ
255.255.255.192 1111111.11111111.1111111.11000000
255.255.255.224 1111111.11111111.1111111.11100000

インターネット RFC 1878 (インターネット ドメイン名登録サービスに関する InterNIC-Public Information から利用可能) は、TCP/IP ネットワークで使用できる有効なサブネットとサブネット マスクについて説明します。

ネットワーク クラス

IP アドレスは、インターネットを管理する組織である InterNIC によって割り当てられます。 これらの IP アドレスは、クラスに分けられています。 最も一般的なのは、クラス A、B、および C です。クラス D と E は存在しますが、エンド ユーザーは使用しません。 各アドレス クラスの既定のサブネット マスクは異なります。 IP アドレスのクラスを識別するには、最初のオクテットを確認します。 クラス A、B、および C の IP アドレスの範囲を次に示します。それぞれアドレスの例を示します。

  • クラス A ネットワークは、255.0.0.0 の既定のサブネット マスクを使用し、最初のオクテットは 0 - 127 です。 アドレス 10.52.36.11 はクラス A アドレスです。 最初のオクテットは 10 で、0 から 127 までの範囲です。

  • クラス B ネットワークは、255.255.0.0 の既定のサブネット マスクを使用し、最初のオクテットは 128 - 191 です。 アドレス 172.16.52.63 はクラス B アドレスです。 最初のオクテットは 172 で、128 - 191 の間です。

  • クラス C ネットワークは、255.255.255.0 の既定のサブネット マスクを使用し、最初のオクテットは 192 - 223 です。 アドレス 192.168.123.132 はクラス C アドレスです。 最初のオクテットは 192 で、192 から 223 までの範囲です。

一部のシナリオでは、次のいずれかの理由で、既定のサブネット マスク値が組織のニーズに合わない場合があります。

  • ネットワークの物理トポロジ
  • ネットワーク (またはホスト) の数が、既定のサブネット マスク制限内に収まらない。

次のセクションでは、サブネット マスクを使用してネットワークを分割する方法について説明します。

サブネット

クラス A、B、または C TCP/IP ネットワークは、システム管理者によってさらに分割またはサブネット化できます。 インターネットの論理アドレススキーム (IP アドレスとサブネットの抽象世界) を、実際の世界で使用されている物理ネットワークと調整する必要があります。

IP アドレスのブロックが割り当てられているシステム管理者は、これらのアドレスに簡単に適合する方法で組織されていないネットワークを管理している可能性があります。 たとえば、TCP/IP ルーターによって接続されている 3 つのネットワーク (異なる都市) 上に 150 のホストを持つワイド エリア ネットワークがあるとします。 これら 3 つのネットワークのそれぞれに 50 のホストがあります。 クラス C ネットワーク 192.168.123.0 が割り当てられています。 (たとえば、このアドレスは実際にはインターネット上で割り当てられていない範囲からのアドレスです。) つまり、アドレス 192.168.123.1 から 192.168.123.254 を 150 ホストに使用できます。

この例で使用できない 2 つのアドレスは、192.168.123.0 と 192.168.123.255 です。なぜなら、すべての 1 とすべての 0 のホスト部分を備えたバイナリ アドレスは無効だからです。 0 アドレスは、ホストを指定せずにネットワークを指定するために使用されるので無効です。 255 アドレス (バイナリ表記では、すべての 1 のホスト アドレス) は、ネットワーク上のすべてのホストにメッセージをブロードキャストするために使用されます。 任意のネットワークまたはサブネットの最初と最後のアドレスは、個々のホストに割り当てることはできないことを覚えておいてください。

これで、254 台のホストに IP アドレスを与えることができます。 すべての 150 台のコンピューターが 1 つのネットワーク上に接続されている場合は正常に動作します。 ただし、150 台のコンピューターは 3 つの個別の物理ネットワーク上にあります。 ネットワークごとにより多くのアドレス ブロックを要求する代わりに、ネットワークをサブネットに分割して、複数の物理ネットワークで 1 つのアドレス ブロックを使用できます。

この場合、ネットワーク アドレスを大きくし、ホスト アドレスの範囲を小さくするサブネット マスクを使用して、ネットワークを 4 つのサブネットに分割します。 つまり、ホスト アドレスに使用されるビットの一部を「借用」し、アドレスのネットワーク部分に使用します。 サブネット マスク 255.255.255.192 は、それぞれ 62 ホストの 4 つのネットワークを提供します。 バイナリ表記では、255.255.255.192 は 1111111.11111111.1111111.11000000 と同じなので動作します。 最後のオクテットの最初の 2 桁はネットワーク アドレスになるため、追加のネットワーク 00000000 (0)、01000000 (64)、10000000 (128)、11000000 (192) を取得します。 (一部の管理者は、サブネット マスクとして 255.255.255.192 を使用するサブネットワークのうち 2 つだけを使用します。このトピックの詳細については、RFC 1878 を参照してください)。これら 4 つのネットワークでは、最後の 6 桁のバイナリ数字をホスト アドレスに使用できます。

255.255.255.192 のサブネット マスクを使用すると、192.168.123.0 ネットワークは 192.168.123.0、192.168.123.64、192.168.123.128、192.168.123.192 の 4 つのネットワークになります。 これら 4 つのネットワークには、有効なホスト アドレスが含まれます。

192.168.123.1-62 192.168.123.65-126 192.168.123.129-190 192.168.123.193-254

繰り返しになりますが、すべての 1 または 0 のバイナリ ホスト アドレスは無効なので、最後のオクテットが 0、63、64、127、128、191、192、または 255 のアドレスを使用することはできません。

192.168.123.71 と 192.168.123.133 の 2 つのホスト アドレスを確認すると、その動作がわかります。 255.255.255.0 の既定のクラス C サブネット マスクを使用した場合、両方のアドレスが 192.168.123.0 ネットワーク上に表示されます。 ただし、255.255.255.192 のサブネット マスクを使用する場合は、異なるネットワーク上に表示されます (192.168.123.71 は 192.168.123.64 ネットワーク上に、192.168.123.133 は 192.168.123.128 ネットワーク上です)。

既定のゲートウェイ

TCP/IP コンピューターが別のネットワーク上のホストと通信する必要がある場合、通常はルーターと呼ばれるデバイスを介して通信します。 TCP/IP の用語では、ホスト上で指定されたルーター (ホストのサブネットと他のネットワークをリンクする) が、既定のゲートウェイと呼ばれます。 このセクションでは、ネットワーク上の別のコンピューターまたはデバイスに到達するために、TCP/IP が既定のゲートウェイにパケットを送信するかどうかを決定する方法について説明します。

ホストが TCP/IP を使用して別のデバイスと通信しようとすると、定義されたサブネット マスクおよび宛先 IP アドレスと、サブネット マスクおよび独自の IP アドレスを使用して比較プロセスを実行します。 この比較の結果によって、宛先がローカル ホストかリモート ホストかがコンピューターに伝達されます。

このプロセスの結果、宛先がローカル ホストと判断された場合、コンピューターはローカル サブネット上でパケットを送信します。 比較の結果、宛先がリモート ホストと判断された場合、コンピューターは TCP/IP プロパティで定義されている既定のゲートウェイにパケットを転送します。 次に、ルーターは正しいサブネットにパケットを転送しなければなりません。

トラブルシューティング

多くの場合、TCP/IP ネットワークの問題は、コンピューターの TCP/IP プロパティ内の 3 つの主要なエントリの構成が正しくないことが原因で発生します。 TCP/IP 構成のエラーがネットワーク操作に与える影響を理解することで、TCP/IP に関する多くの一般的な問題を解決できます。

正しくないサブネット マスク: ネットワークがアドレス クラスの既定のマスク以外のサブネット マスクを使用し、クライアントがアドレス クラスの既定のサブネット マスクで構成されている場合、通信は一部の近くのネットワークでは失敗するものの、遠方のネットワークでは失敗しません。 たとえば、4 つのサブネット (サブネット化の例にあるものなど) を作成して、TCP/IP 構成で 255.255.255.0 の正しくないサブネット マスクを使用すると、ホストは一部のコンピューターが独自のサブネットとは異なるサブネット上にあると判断できません。 この状況では、同じクラス C アドレスの一部である異なる物理ネットワーク上のホスト宛てのパケットが、配信用の既定のゲートウェイに送信されません。 この問題の一般的な現象は、コンピューターがローカル ネットワーク上のホストと通信し、近くで同じクラス A、B、または C アドレスを持つネットワークを除くすべてのリモート ネットワークと通信できる場合です。 この問題を解決するには、そのホストの TCP/IP 構成に正しいサブネット マスクを入力します。

正しくない IP アドレス: ローカル ネットワーク上の別々のサブネット上に IP アドレスを持つコンピューターを相互に置く場合、コンピューターは通信できません。 正しく転送できないルーターを介して、互いにパケットを送信します。 この問題は、リモート ネットワーク上のホストと通信できるものの、ローカル ネットワーク上の一部またはすべてのコンピューターと通信できないコンピューターで発生します。 この問題を解決するには、同じ物理ネットワーク上のすべてのコンピューターに同じ IP サブネット上の IP アドレスが設定されていることを確認します。 単一のネットワーク セグメントで IP アドレスを使い切った場合は、この記事には含まれない解決策があります。

正しくない既定のゲートウェイ: 既定のゲートウェイが正しく構成されていないコンピューターは、独自のネットワーク セグメント上のホストと通信できます。 ただし、一部またはすべてのリモート ネットワーク上のホストとの通信は失敗します。 ホストは一部のリモート ネットワークと通信できますが、次の条件に当てはまる場合は他のネットワークと通信できない場合があります。

  • 1 つの物理ネットワークに複数のルーターがある。
  • 間違ったルーターが既定のゲートウェイとして構成されている。

この問題は一般的に、組織が内部 TCP/IP ネットワークにルーターを持ち、別のルーターがインターネットに接続されている場合に発生します。

関連情報

TCP/IP の 2 つの一般的な参照は次のとおりです。

  • "TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols," Richard Stevens, Addison Wesley, 1994
  • 「Internetworking with TCP/IP, Volume 1: Principles, Protocols, and Architecture," Douglas E. Comer, Prentice Hall, 1995

TCP/IP ネットワークを担当するシステム管理者には、これらの参照のいずれかを使用できるようにしておくことをお勧めします。

用語集

  • ブロードキャスト アドレス - すべて 1 のホスト部分を持つ IP アドレス。

  • Host-- TCP/IP ネットワーク上の 1 台のコンピューターまたは他のデバイス。

  • Internet--一緒に接続され、共通範囲の IP アドレスを共有するネットワークのグローバルな集合体。

  • InterNIC--インターネット上の IP アドレスの管理を担当する組織。

  • IP--TCP/IP ネットワークまたはインターネットを使用してネットワーク パケットを送信するために使用されるネットワーク プロトコル。

  • IP アドレス- TCP/IP ネットワークまたはインターネットワーク上にあるホストの一意の 32 ビット アドレス。

  • ネットワーク--この記事では、ネットワークという用語には 2 つの意味があります。 一方は、単一の物理ネットワーク セグメント上にある一群のコンピューターです。 他方は、システム管理者によって割り当てられる IP ネットワーク アドレス範囲です。

  • ネットワーク アドレス--すべて 0 であるホスト部分を持つ IP アドレス。

  • オクテット--8 ビットの数字で、そのうちの 4 つの数字が 32 ビット IP アドレスを構成します。 0 から 255 の 10 進数の値に対応する、00000000 から 11111111 の範囲を備えています。

  • パケット-- TCP/IP ネットワークまたはワイド エリア ネットワークを通して送信されるデータの単位。

  • RFC (コメントの要求)--インターネット上の標準を定義するために使用されるドキュメント。

  • ルーター--異なる IP ネットワーク間でネットワーク トラフィックを送信するデバイス。

  • サブネット マスク -- IP アドレスの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る 32 ビットの数字。

  • サブネットまたはサブネットワーク- 大きなネットワークを等しい部分に分割して作成される小さなネットワーク。

  • TCP/IP-インターネットと大規模なネットワークで一般的に幅広く使用される、プロトコル、標準、およびユーティリティのセット。

  • ワイド エリア ネットワーク (WAN)- ルーターで区切られた小さなネットワークの集合である大規模なネットワーク。 インターネットは、大規模な WAN の一例です。