1. 概要
インターネット技術は、現代のデジタル社会を支える根幹的な技術です。特に、IPアドレスの概念とルーティングの仕組みは、世界中のコンピュータやデバイスが相互に通信を行うための基盤となっています。本記事では、IPアドレスの構造、ルーティングの動作、IPv6の必要性と特徴について解説します。これらの知識は、ネットワーク管理者やシステム開発者にとって不可欠です。
2. 詳細説明
2.1. IPアドレスの概要
IPアドレスは、インターネット上の各ノード（デバイスやコンピュータ）に割り当てられる一意の識別子です。現在主に使用されているIPv4アドレスは32ビットで構成され、通常は4つの8ビット（オクテット）に分けてドット区切りで表記されます（例：192.168.0.1）。IPv6アドレスは128ビットで構成され、さらに多くのデバイスに対応できるよう設計されています。
2.1.1. アドレスクラス
IPv4アドレスは、従来はクラスA、B、C、D、Eの5つのクラスに分類されていました。クラスA、B、Cはユニキャスト通信用、クラスDはマルチキャスト用、クラスEは将来の使用のために予約されています。
2.1.2. グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス
グローバルIPアドレスは、インターネット上で一意に識別可能なアドレスです。一方、プライベートIPアドレスは、ローカルネットワーク内でのみ使用される特定の範囲のアドレスです（例：192.168.0.0～192.168.255.255、10.0.0.0～10.255.255.255、172.16.0.0～172.31.255.255）。これらは、NAT（Network Address Translation）技術を使用してインターネットと通信します。
2.2. ネットワークアドレスとホストアドレス
IPアドレスは、ネットワークアドレス部とホストアドレス部から構成されています。ネットワークアドレス部は、そのデバイスが属するネットワークを識別し、ホストアドレス部は、そのネットワーク内の特定のデバイスを識別します。たとえば、IPアドレス「192.168.1.10/24」では、「192.168.1」がネットワークアドレス、「10」がホストアドレスに相当します。
2.3. IPパケットのルーティング
ルーティングは、IPパケットを送信元から宛先まで効率的に届けるプロセスです。ルータは、ルーティングテーブルを使用してパケットの宛先IPアドレスを解析し、最適な経路を選択してパケットを転送します。ルーティングには、事前に決められた経路を使用する「静的ルーティング」と、ネットワーク状況に応じて動的に経路を決定する「動的ルーティング」があります。
2.4. IPv6の必要性と特徴
IPv4アドレスの枯渇問題に対応するために、128ビットのアドレス空間を持つIPv6が開発されました。IPv6の主な特徴は以下の通りです：
- 大幅に拡張されたアドレス空間により、より多くのデバイスをサポート
- 改善されたヘッダ構造によるルータの負荷軽減
- 自動設定機能の強化（Stateless Address Autoconfiguration）
- セキュリティの向上（IPsecの標準サポート） IPv6は、現在、大規模ネットワークや次世代のIoTデバイスでの導入が進んでいます。
3. 応用例
3.1. IPマスカレードとNAT
IPマスカレードやNAT（Network Address Translation）技術は、プライベートIPアドレスを使用するローカルネットワーク内のデバイスがインターネットにアクセスするために広く使用されています。これにより、限られたグローバルIPアドレスを効率的に利用できます。NATには、静的NAT、動的NAT、ポートアドレス変換（PAT）などの種類があります。
3.2. オーバーレイネットワーク
オーバーレイネットワークは、既存の物理ネットワーク上に仮想的なネットワークを構築する技術です。これにより、VPN（Virtual Private Network）やSDN（Software-Defined Networking）などの実現に活用されています。
3.3. DNS（Domain Name System）
DNSは、ドメイン名とIPアドレスの変換を行うシステムです。ユーザーは覚えやすいドメイン名を使用し、システムはそれをIPアドレスに変換して通信を行います。これにより、ユーザーは直接IPアドレスを使用する必要がなくなり、利便性が向上します。
3.4. QoS（Quality of Service）
QoSは、ネットワークトラフィックの優先度を制御し、特定のアプリケーションやサービスのパフォーマンスを保証する技術です。音声通話やビデオストリーミングなど、リアルタイム性が求められるサービスで重要な役割を果たします。
3.5. ユビキタスネットワーク
ユビキタスネットワークは、「いつでも、どこでも、何でも、誰でも」ネットワークにアクセスできる環境を目指す概念です。スマートフォン、センサー、ウェアラブルデバイス、そしてIoT（Internet of Things）デバイスの普及とともに、その重要性が増しています。
3.6. セキュリティプロトコルとファイアウォール
HTTPSやIPsecなどのセキュリティプロトコルは、インターネット上の通信を暗号化し、データの機密性と完全性を保護します。HTTPSはアプリケーション層で機能し、IPsecはネットワーク層でのセキュリティを提供します。また、ファイアウォールは、不正なアクセスからネットワークを守る重要な防御手段です。
3.7. RADIUS（Remote Authentication Dial-In User Service）
RADIUSは、ネットワークアクセスの認証、認可、アカウンティングを一元管理するプロトコルです。多くの企業やISPで使用されており、セキュリティと管理の効率を向上させます。
4. 例題
例題1
ある会社のネットワーク管理者が、192.168.10.0/24のネットワークアドレスを持つローカルネットワークを管理しています。このネットワーク内のホストに割り当てることができるIPアドレスの範囲はどれですか？
a) 192.168.10.1 ～ 192.168.10.254
b) 192.168.10.0 ～ 192.168.10.255
c) 192.168.10.1 ～ 192.168.10.255
d) 192.168.10.0 ～ 192.168.10.254
回答例：正解は a) 192.168.10.1 ～ 192.168.10.254 です。
理由：/24のサブネットマスクは、最後のオクテットがホストアドレス部となります。ネットワークアドレス（192.168.10.0）とブロードキャストアドレス（192.168.10.255）は特別な用途のために予約されているため
、ホストに割り当てることはできません。
例題2
IPv6アドレスの特徴として、正しいものはどれですか？
a) 32ビットのアドレス空間を持つ
b) コロン（:）で区切られた8つの16ビット16進数で表現される
c) NATが必須である
d) アドレスクラスの概念がある
回答例：正解は b) コロン（:）で区切られた8つの16ビット16進数で表現される です。
理由：IPv6アドレスは128ビットで構成され、16ビットずつ8グループに分けて16進数で表現されます。例：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
5. まとめ
本記事では、インターネット技術の基礎となるIPアドレスとルーティングについて解説しました。主なポイントは以下の通りです：
- IPアドレスは、インターネット上のノードを一意に識別する
- IPアドレスは、ネットワークアドレス部とホストアドレス部で構成される
- ルーティングは、IPパケットを効率的に宛先まで届けるプロセス
- IPv6は、アドレス枯渇問題に対応し、セキュリティや自動設定機能を強化
- DNS、QoS、セキュリティプロトコルなどの技術が、現代のインターネットを支えている