・OSI参照モデルのネットワーク層とほぼ同じ
インターネット層の役割
・ の通信を実現
・このための機能を担うのが ( )
・ノードを一意に識別する ( )の提供
・
・IPはデータリンクを
・物理的な伝送路の違いを吸収
・宛先にたどり着くまでには様々なデータリンクを経由
IPはデータリンクを抽象化
経路途中のデータリンクを意識せず、
直接通信しているように見える =
IPは上位と下位のプロトコルを束ねる
IP(Internet Protocol)
・IPの持つ機能
・
・インターネット上で一意なアドレス体系を構築
・
・宛先までの適切な経路を選択する
・
・上位層のPDUをデータリンクで決められたフレームサイズに分割
・分割したフレームを上位層のPDUへ再構築
・現在使われているIPは2種類
・ , … この2つは異なるプロトコルで
IPアドレス
・インターネット上のノードを するアドレス
・ … アドレスの重複は許されない
・同じ番地が複数あると区別できない
・アドレスの重複を防ぐために必要な仕組みは？
IPアドレスの構成
・アドレスの重複を防ぐためには
・ (組織)を識別する情報
・ネットワーク内の を識別する情報 が必要
・IPv4のアドレス構成
・ 長アドレス
①
②
③
・IPv4のアドレス数
・全アドレス数: 2^32個 ≒ 約 億個
・1981年(IPv4仕様確定)当時は、妥当な数だと考えられた
・当時のCPUの処理能力、メモリの容量と価格から、あまり長いアドレスは非現実的
・予想を上回るペースでインターネットが急成長
・1990年代前半、IPv4アドレス枯渇の危機意識が抱かれる
・IPv4は2011年2月、ついに枯渇を迎える
・次世代インターネットの議論から が登場
・1995年、IPv6の仕様が正式決定
・IPv6のアドレス長は128bitに
・IPv6のアドレス構成
・ 長アドレス
・全アドレス数: 2^128 ≒ 約10^38個(340兆の1兆倍の1兆倍)
・実用上無限(地球上の砂粒1つ1つに、アドレスがつけられると言われている)
①
②
③
・枯渇の心配がない十分なアドレス空間 → アドレス運用の効率化を優先
ちょっと余談ですが
・なぜIPのバージョンは、4の次が6？
・普通のソフトウェア製品のバージョン
・新しくなるにつれバージョン番号は大きくなる
・ソフトウェア会社やOSSなどの団体が、独自にバージョンを管理するため
・IPのバージョン番号
・IPの研究では、複数の団体が独立してプロトコルを開発
・実装実験のために、あらかじめ異なるバージョン番号を決めておくことが必要
IPアドレスの表記法(IPv4編)
・アドレスは単なる
・そのままでは、人間には分かりにくい
・IPv4のアドレス表記(1)
・32bitを8bitずつに分け、各8bitを10進数で表し.(ドット)で区切る
・ 記法
・IPv4アドレス表記(2)
・ネットワーク部とホスト部の境界は可変
・境目はどうやって表すのでしょう？
・例えば、ネットワーク部20bit、ホスト部12bitだと
・境目の表し方 … IPアドレスと のペアで表す
・ネットワーク部20bit、ホスト部12bitの例
①
②
・IPアドレス: 218.44.230.2
・ネットワーク部: 20bit のアドレス表記
・ネットマスクとのペアで表記
ネットマスク表記 … 218.44.230.2/255.255.240.0 ← ネットマスクを書く
・ を併記する表記法もある
( )表記 または 表記 … 218.44.230.2/20 ← ネットワーク部のbit長を書く
・CIDR(Classless Inter Domain Routing)、VLSM(Variable Length Subnet Mask)
・昔、IPアドレスにはネットワーク部の長さを固定した、クラス(Class)という概念があった(詳細は、テキストP150参照)
・クラスを廃し(Classless)、ネットワーク部を可変長(Variable Lnegth)にしたことに由来
IPv4アドレスのクラス
・IPv4には、ネットワーク部が固定長の があった
・クラスA(0.0.0.0 ~ 127.0.0.0)
① ②
・クラスB(128.0.0.0 ~ 191.255.0.0)
① ②
・クラスC(192.0.0.0 ~ 223.255.255.0)
① ②
IPアドレスの表記法(IPv4編)
・ネットワーク部とホスト部の境界が可変なのはなぜ？
・ホスト部の長さ = 収容できる
・ホスト部が短い(ネットワーク部が長い)
・収容可能なノード数: → ネットワークの規模が
・ホスト部が長い(ネットワーク部が短い)
・収容可能なノード数: → ネットワークの規模が
①
・ネットワークの規模に応じたノードを収容し、
アドレスクラスとサブネットマスク
・ネットワーク部が固定長のアドレスクラスは使いにくい
・ホスト部を分割して、複数の として利用していた
・例えば、クラスBのアドレス
… 使用できるアドレス数は、2^16 = 65536個 ← 多すぎる
①
・2^8 = 256個のアドレスが使用できる、256個のサブネットに分割
IPv4のサブネットマスク
・サブネットを区別するために用いられたのが、
・クラスBのアドレス172.16.0.0を256個のサブネットに分割
IPアドレスの表記法(IPv4編)
・IPv4のアドレス範囲(IPネットワークの範囲)
・例) アドレスが218.44.230.2/28のノードがある
・このノードが所属するネットワークのアドレス範囲は？
・ネットワーク部が28bit → ホスト部は4bit … 次の 個のアドレスが使用可
①
②
③
④
IPアドレスの表記法(IPv6編)
・IPv6アドレスは128bit
・IPv4のような10進数表記でも長すぎる
・次のような16進数表記を用いる
IPv4アドレスの操作
・主なアドレス操作
・ノードが所属する、ネットワークアドレスを求める
・ノードアドレスのホスト部を 全ビット0 にする
・ホスト番号を求める
・ノードアドレスのネットワーク部を 全ビット0 にする
・ブロードキャストアドレスを求める
・ノードアドレスのホスト部を 全ビット1 にする
・アドレス範囲とノードに割り当て可能なアドレス数を求める
・ノードアドレスのホスト部の全ビットが0 … 開始アドレス
・ノードアドレスのホスト部の全ビットが1 … 終了アドレス
・割り当て可能なアドレス数 = 2^(ホスト部のビット長) - 2個
・例題1
・ノードアドレス172.16.158.5/20のネットワークアドレスは？
・ノードアドレスのホスト部を全ビット0にする
・IPアドレスとネットマスク(255.255.240.0)の論理積をとる
・ネットワーク部とホスト部の境界部分のみ2進数で表すと
①
②
③
④
・例題2
・ノードアドレス172.16.158.5/20のホスト番号は？
・ノードアドレスのネットワーク部を全ビット0にする
・IPアドレスとネットマスクを反転した値(0.0.15.255)との論理積をとる
・ネットワーク部とホスト部の境界部分のみ2進数で表すと
①
②
③
④
・例題3
・ノードアドレス172.16.158.5/20のブロードキャストアドレスは？
・ノードアドレスのホスト部を全ビット1にする
・ネットワーク部とホスト部の境界部分のみ2進数で表すと
①
・例題4
・ノードアドレス172.16.158.5/20が所属するネットワークの
アドレス範囲とノードに割り当て可能なアドレス数は？
・例題1より
・このノードのネットワークアドレスは 172.16.144.0/20
・例題3より
・このノードのブロードキャストアドレスは 172.16.159.255/20
・よって、
・アドレス範囲: ~
・ノードに割り当て可能なアドレス数:
グローバルアドレスは誰が決める？
・グローバルアドレスは重複が許されない
・国際的なアドレス割り当て機関が必要 →
・ (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)
・インターネット上の各種資源を全世界的に調整・管理することを目的として、
1998年に設立された民間の非営利法人
・ (Internet Assigned Numbers Authority)
・ICANNの下部組織
・実際のIPアドレスの割り当てはここが行う
・IANAは、全世界を5つの地域に分けてアドレスを割り当て
・さらに、各地域ごとに割り当て組織が階層的に存在
IPアドレスの管理構造
特別なIPアドレス(1)
・
・インターネットに直接接続していない、閉じたネットワーク内で自由に使えるアドレス
・アドレスはネットワーク管理者が割り当てる
・アドレス範囲は次の3つ
・ ( ~ 10.255.255.255) … 旧クラスA
・ ( ~ 172.31.255.255) … 旧クラスB
・ ( ~ 192.168.255.255) … 旧クラスC
特別なIPアドレス(2)
・ネットワークアドレス(既出)
・ホスト部が のアドレス
・ネットワークを識別する
①
②
同一データリンク上に、複数のIPネットワークが混在していても
特別なIPアドレス(3)
・ブロードキャストアドレス(IPブロードキャスト)
・ブロードキャストアドレスは、2種類ある
・ ・ブロードキャスト(directed broadcast: 既出)
・ホスト部が のブロードキャスト
・同一IPネットワーク内全体に届く
・ローカル(local)・ブロードキャスト … 自ノードが所属するIPネットワークに向けたもの
・ダイレクト(direct)・ブロードキャスト … 他のIPネットワークに向けたもの
・ ・ブロードキャスト(limited broadcast)
・IPアドレスの全ビットが1のブロードキャスト
・同一データリンク上の全IPネットワークに届く
・主に、アドレス情報を取得する際に使われる
・ディレクテッド・ブロードキャスト(ローカル・ブロードキャスト)
①
・ディレクテッド・ブロードキャスト(ダイレクト・ブロードキャスト)
①
・リミテッド・ブロードキャスト
①
②
・ここでちょっと注意(確認)
・ブロードキャストが「届く」or「届かない」というのは、IPレベルの話
・データリンクが通常のL2スイッチ
・ブロードキャストフレームはすべて
・IPは届いたフレームの中から、自分が所属するネットワーク宛のブロードキャストのみを受信(上位層に渡す)
・ブロードキャスト・ドメインを正しく分割するには
・LAN間の経路制御
・不要 →
・必要 → または
特別なIPアドレス(4)
・ …
・ノード内部で使用するアドレス
・主に、プロセス間の通信に使われる
・ …
・特定グループに所属する全ノードに届く
・動画などのストリーミング配信に使われる
・ …
・アドレス情報を持たないノードなどに、一時的に割り当てるアドレス
・MS WindowsのAPIPAというプロトコルが使用している
OSI参照モデルとTCP/IP
・TCP/IPは4階層
・TCP/IPは、なぜ4階層か？
