00 学習目標
01 IPアドレスとは
02 IPv4 の表記
03 IPv6 のひとこと
04 ドメイン名
05 名前→IPの流れ
06 グローバルとプライベート
07 まとめと用語
08 確認問題
学習目標
本講を終えると、以下の問いに答えられるようになります。
IPアドレス がインターネット上で何の役割をしているかを「住所」のたとえで説明できるIPv4 アドレスの表記(192.168.1.10 のような形)を読み取れる
IPv4 にはアドレスの数に限りがあり、IPv6 という新しい仕組みがあることを知っている
ドメイン名 (例: www.example.com ) の構造を、トップレベル/セカンドレベルに分けて説明できるブラウザに名前を入れてから接続するまでに DNS がIPアドレスを調べてくれる流れをイメージできる
グローバルIP と プライベートIP のちがい(家の外と中)を説明できる
このレッスンの目次
IPアドレスとは何か
インターネットには、世界中のパソコン・スマホ・サーバ・家電がつながっています。あなたが見ている動画や開いているWebページは、地球の裏側のサーバから届いていることもあります。では、ネットは どうやって相手を見分けて いるのでしょうか?その答えが IPアドレス です。
POINT
IPアドレスは、ネットワーク上のコンピュータを見分けるための 「ネット上の住所」 。手紙に住所を書かないと届かないように、データを送るときも宛先のIPアドレスがないと届きません。
身近なたとえ:郵便の住所
家に手紙を送ってもらうとき、相手は「東京都〇〇区××3-4-5」のような住所を書きますね。インターネットでも同じです。あなたのパソコンには 192.168.1.10 のような番号が割り当てられていて、そこ宛にデータが届きます。
図の見方:左は現実世界の郵便、右はネット上のデータ配送。形は違っても、「宛先がはっきりしているからこそ届く」 という構造はまったく同じ。IPアドレスはネット世界の住所だと考えると、感覚がつかめる。
IPアドレスは「機器」ではなく「インタフェース」に付く
厳密には、IPアドレスは「パソコン1台」に対して付くというより、 ネットワークにつながる口(インタフェース) ごとに付きます。たとえばノートPCを 有線LAN と Wi-Fi の両方 でつないでいるときは、それぞれに別のIPアドレスが付きます。ルータのように複数のネットワークをつなぐ機械だと、なおさら口ごとに違うIPを持っています。
有線NIC
LANケーブルを差すRJ45ポートが、ネットワークにつながる口になる。
無線NIC
Wi-Fi用の無線回路とアンテナが、ネットワークにつながる口になる。
図の見方:左は 有線LAN用NIC 、右は 無線LAN用NIC 。形は違っても、どちらも「ネットワークにつながる口(インタフェース) 」です。IPアドレスはこの口ごと に割り当てられます。ノートPCで有線LANとWi-Fiの両方を使っているときは、有線NICと無線NICの 2つの口 が独立に存在し、それぞれに違うIPアドレスが付きます。
もっと詳しく:MACアドレスとは何が違うの?
パソコンの設定画面に MACアドレス (aa:bb:cc:11:22:33 のような形) という別の番号が出てきて、IPアドレスと混乱することがあります。役割を一言で分けると次の通りです。
MACアドレス :工場で機器(正確には NIC=ネットワークの口)に焼き付けられている 世界で固有の名札 。基本的に変わらないIPアドレス :あなたが今 どのネットワークにいるか を表す住所。引っ越せば変わる
たとえるなら、MACアドレスは「あなた本人のマイナンバー」、IPアドレスは「いま住んでいる家の住所」のようなもの。両方が組み合わさって、世界規模で正確に届くようになっています。詳しくは 標準 編の「リンク層」回で扱います。
考えてみよう: 友達に手紙を出すとき、住所だけでなく「〇〇さん」と名前も書きますね。ネットでも同じで、IPアドレスは「家まで」運ぶための住所。家の中のどの人(=どのアプリ)宛かは、また別の番号(ポート番号 )で見分けています。これは 標準 編で出てきます。
情報Iで覚えること IPアドレス はネットワーク上のコンピュータを識別する 「ネット上の住所」 。データを届けるには宛先IPアドレスが必要。
IPv4 アドレスの表記
現在、世界でいちばん広く使われているIPアドレスは IPv4 (IP version 4) と呼ばれるものです。0~255 の数字を「.」(ドット) で4つつなげた 形をしています。192.168.1.10 、133.71.240.3 、8.8.8.8 のように。
POINT
IPv4 アドレスは 「0~255 の数字を4つ、ドットで区切った形」 。なぜ 255 までかというと、各部分が 8桁の0と1(=8ビット) で表されているから。8ビットで表せる数は 0~255 まで。
数字とビットの関係
コンピュータの中では、IPアドレスは 32個の0と1 (32ビット) として扱われています。これを人間が読みやすいように 8個ずつ4つに区切って、それぞれを10進数に直した ものが、いつも目にする「192.168.1.10 」のような表記です。
図の見方:中身は0と1の列(32ビット)。8ビットずつ4つに区切って、それぞれを10進数で書いたものが、いつも目にする 192.168.1.10 のような表記。8ビットで表せる数は 28 =256 通りなので、各区画は 0~255 までになる。
もっと詳しく:なぜドットで区切るの?
32ビットを 「11000000101010000000000100001010」 のように一気に書いてもいいのですが、長すぎて人間には読めません。そこで 8ビット(=1バイト) ごとに区切って、よく見慣れた10進数に直す という工夫が使われています。
区切る数字は4つで、ドットでつなぐ。これを ドット区切り10進表記 (dotted decimal notation) と呼びます。「255より大きい数(例: 300)を見たらIPアドレスではない」と気づけるのは、この決まりがあるからです。
IPv4 はもう足りない
IPv4 で表せるアドレスの総数は 232 = 約43億個 。1980年代に決められたときは「未来永劫足りる」と思われていましたが、世界中のスマホ・PC・家電がネットにつながる時代では、すでに 枯渇 (足りなくなる) しています。
では、足りないままどうやってネットが回っているのでしょう?ざっくり言うと、家庭や会社の中だけで使う「プライベートアドレス」 をうまく使い回すことで凌いでいます。詳しい仕組みは下の「グローバルIPとプライベートIP 」で説明します。あわせて、根本的な解決として作られたのが次節の IPv6 です。
小問:IPv4 で表せるアドレス数(約43億個)は、世界の人口(約80億人)より多いでしょうか少ないでしょうか?
A. 多い(人類1人あたり何個も持てる)
B. 少ない(1人1個も持てない)
C. ぴったり同じ数になるよう設計されている
正解: B 。世界の人口(約80億)に対して、IPv4 アドレスは約43億個しかありません。1人1個ずつ配ることすらできない 数です。しかも今は1人で何台もネット機器を持っているので、なおさら足りません。だから IPv6 や、後で出てくる プライベートIP/NAT という工夫で乗り切っています。
情報Iで覚えること IPv4 は 32ビット のアドレスを 0~255 の10進数4つをドットで区切って 表記する(例: 192.168.1.10 )。総数は約43億個で枯渇している。
参考:IPv6 のアドレスはどんな見た目?
IPv4 の枯渇に備えて作られたのが IPv6 (IP version 6) です。基礎では 「アドレスがすごく長くなった」 ということだけ知っていれば十分。中身の細かいルール(省略表記やサブネット規則)は 標準 編で扱います。
IPv4(現役)
IPv4 のアドレスは 32ビット 。ドットで区切った10進数4つで書きます。
192.168.1.10
各区画は 0~255 の整数
表せる総数は 232 ≒ 約43億個
世界中のほとんどのネット通信は今もこの形が使われている
IPv6(新しい方式)
IPv6 のアドレスは 128ビット 。コロン「:」で区切った16進数で書きます。
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
区切りは「:」で、16進数(0~9 と a~f)を使う
長いので、連続する 0 を「::」と省略して書ける(例: 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334 )
表せる総数は 2128 。非常に多く 、事実上足りなくなる心配はない
家庭のWi-Fiや学校のネットでも、最近は IPv4 と IPv6 が両方 使われていることが多くなっています(両方使えるホストを デュアルスタック と呼びます)。
数で比べる
IPv4 IPv6
長さ 32ビット 128ビット 表記 10進数を「.」で4つ 16進数を「:」で8つ アドレス総数 約 4.3 × 109 (43億) 約 3.4 × 1038 具体例 192.168.1.10 2001:db8::1 普及状況 世界中で現役 普及中(大手スマホキャリア・大手サービスはほぼ対応)
IPv6 のアドレス数 3.4 × 1038 は 非常に多い 数で、事実上 「足りなくなる心配はない」 設計になっている。
考えてみよう: 「アドレスが足りない」と聞くと不思議な感じがしますね。実際には2つの工夫で乗り切っています。1つは IPv6 という根本的な解決、もう1つは次のセクションで出てくる プライベートIP (家の中だけで使うアドレス) という工夫。両方のおかげで今もネットは使えています。
情報Iで覚えること IPv6 は 128ビット のアドレスをコロン区切りの16進数で書く(例: 2001:db8::1 )。IPv4 の枯渇に備えた方式で、表せる数が桁違いに多い。
ドメイン名:覚えやすい名前の方
IPアドレスはコンピュータには都合が良くても、人間には覚えにくいものです。142.250.196.110 と聞いて「あ、Googleだね」と分かる人はまずいません。そこで 人間用に「覚えやすい名前」 として用意されているのが ドメイン名(domain name) です。
POINT
ドメイン名 = 人間が覚えやすい「ネットの表札」 。www.example.com のように、ドット「.」 で区切られた名前。コンピュータ自身は IPアドレス で動くが、ユーザに見せるのはドメイン名で済むようにしている。
ドメイン名の中身を分解する
たとえば www.example.com は、よく見ると3つの部分に分かれています。右から 読んでいくのがコツです。
図の見方:ドメイン名は 右から左に 「大きい範囲 → 小さい範囲」 と読む。一番右の .com や .jp は「トップレベルドメイン」。その左側に組織名、さらに左に www や mail のような部署名が来るイメージ。住所で言えば「国 → 都道府県 → 市区町村」と狭まっていくのと同じ。
トップレベルドメインの種類
右端の .com / .jp / .org のような部分を トップレベルドメイン(TLD) と呼びます。意味のあるグループ分けがされています。
TLD の例 もとの意味 主な用途
.com commercial 商用(誰でも取得可) .org organization 非営利団体が多い .net network ネット関連が多い .edu education 主にアメリカの教育機関 .gov government 主にアメリカの政府機関 .jp Japan 日本の組織・個人 .co.jp / .ac.jp / .go.jp (日本の細分化) 会社/学術機関/政府機関
もっと詳しく:ドメイン名は誰がつけているの?
ドメイン名は世界規模で かぶらない ように管理されている必要があります。中心となっているのは ICANN (アイキャン) という国際的な組織で、その下に各 TLD を担当する レジストリ (.jp なら JPRS) があり、さらに利用者と契約する レジストラ (お名前.com、Google Domains など) を経由して、私たち個人や企業がドメイン名を 取得・更新 する、という階層になっています。
ですから、空いているドメイン名は誰でもお金を払えば取得できますが、すでに誰かが使っているドメイン名は取れません。ドメイン名の 所有権 は使用料を払い続ける限り維持されます。
考えてみよう: 学校や会社のWebサイトのドメイン名を見ると、その組織のことが分かります。たとえば u-tokyo.ac.jp (東京大学) は「ac.jp = 日本の学術機関」、city.kyoto.lg.jp (京都市役所) は「lg.jp = 日本の地方自治体」のように、TLD の組み立て方に意味がある。身近なサイトのURLを見て、構造を読んでみよう。
情報Iで覚えること ドメイン名 は人間が覚えやすい「ネットの表札」。右から左へ 大きい範囲 → 小さい範囲(.com → example → www)と読み、右端の .com / .jp などを トップレベルドメイン(TLD) と呼ぶ。
名前から IP へ:つなぎの流れ
人間はドメイン名で覚え、コンピュータは IPアドレス で動く。この2つを
つなぐ仕組み が必要です。それが
DNS (Domain Name System) と呼ばれるサービス。本講のスコープは
「名前→IPに変換する仕組みが存在する」 ところまで。
DNSの階層構造や解決手順といった詳しい仕組みは 第5回(DNS:名前解決のしくみ) で扱うので、ここでは深入りしません。
POINT
ブラウザに www.example.com と入れたとき、実際に通信が始まるまでに 「名前 → IPアドレスに変換する」 ステップが入る。これを 名前解決(name resolution) と言い、DNS がその役目を担う。
ステップを追ってみる
「ブラウザのアドレスバーに http://example.com と入れて Enter キーを押した瞬間」、いったい何が起きているのでしょうか。5つのステップに分けて見ていきます。前/次のボタンで進めてみてください。
ステップ1. あなたがブラウザに http://example.com と入力。ここで使っているのは 名前(ドメイン名) です。ブラウザはまだIPアドレスを知りません。
ステップ2. ブラウザは DNSサーバ に「example.com の IP を教えて」と問い合わせます。これを DNS問い合わせ(DNSクエリ) と呼びます。DNSサーバは「ドメイン名 → IPアドレス」の巨大な辞書のような役割を持つ存在です。
ステップ3. DNSサーバから「93.184.216.34 です」のように IPアドレスが返ってきます 。ようやくブラウザは「example.com の住所」を手に入れます。
ステップ4. ブラウザは取得した IP 93.184.216.34 宛に HTTP でページを要求 します。
ステップ5. Webサーバから HTML などページの中身が返ってきて、画面にページが表示されます。ここでようやく「Webを開いた」状態になります。
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図の見方:あなたが見ているのは「名前を入れたらページが開く」だけ。でも裏では、まず DNSに問い合わせて IP を取得し、そのあとWebサーバへ要求して応答を受け取る という流れが走っている。普段は一瞬なので意識しないが、ネットの動きを支える大事な裏方。
Q. もしIPアドレスがバラバラに変わってしまうと、何が困りそうでしょうか?自分なりに考えてからクリック。
解答を見る
同じ example.com でも、人によって違うサーバに飛ばされてしまう
毎回「今のIPは?」と確認しないとつながらず、通信に時間がかかる
IPが古いままだと、引っ越したサイトにつながらない (リンク切れ)
悪意ある人が「自分のサーバのIP」を返したら、偽サイトに誘導 されてしまう
だから DNS は「正しい・最新の・信頼できる」答えを返す必要があり、世界中の DNSサーバが連携してこの仕事をしています(その仕組みは次回くわしく!)。
つながる知識: DNS は名前を IP に変える「電話帳」のような存在。第5回(dns-overview-l1.html ) では、その電話帳が 世界規模でどう運営されているか (階層構造・キャッシュ・名前解決の手順) を詳しく学びます。本講では「名前と IP は別物で、DNS が橋渡ししている」と理解できれば十分で、仕組みの詳細は第5回に委ねます 。
情報Iで覚えること DNS は ドメイン名 → IPアドレス を変換するしくみで、この変換を 名前解決 と呼ぶ。Webアクセスの際、ブラウザはまず DNS で IP を調べてからサーバに接続している。
グローバルIPとプライベートIP:家の外と中
家にあるパソコンの IP を見ると
192.168.1.10 のような番号、ブラウザで「
my ip 」と検索したときに出てくる番号は
203.0.113.5 のような違う番号。
同じパソコンなのに2種類の番号 があるのは、なぜでしょうか?
POINT
インターネット全体で使う公開の住所が グローバルIPアドレス 。家やオフィスの中だけで使う非公開の住所が プライベートIPアドレス 。家の 外 から見える顔と、家の 中 での顔は別、と覚える。
図でイメージする
図の見方:家の中の PC やスマホには 192.168.x.x のような プライベートIP が割り当てられている。これは家の中だけの番号で、隣の家でも同じ番号を使っていてOK。家全体の 外向きの顔 は ホームルータが持つグローバルIP (例: 203.0.113.5) で、これが世界中で唯一の住所。インターネットから見えるのはこのルータの番号だけ。
2種類の住所を比べる
グローバルIPアドレス
「世界で唯一の公開住所」 かぶってはいけない 203.0.113.5 、8.8.8.8
プライベートIPアドレス
「家(LAN)の中だけで通用する住所」 自由に使ってよい かぶっても問題ない 192.168.0.1 、10.0.0.5
プライベートIPに使えるアドレスの範囲は決まっています(10.0.0.0/8 、172.16.0.0/12 、192.168.0.0/16 )。家庭のWi-Fiルータでは 192.168.x.x がよく使われます。
外と中の番号はどう「翻訳」される?
家の中のスマホ(192.168.1.11 ) から世界のWebサーバへアクセスするとき、ホームルータが 送信元のIPアドレスを書き換えて 自分のグローバルIP(例: 203.0.113.5 ) に置き換え、外のインターネットに送り出します。返事が戻ってきたら、ルータがまた書き換えて元のスマホに渡します。この変換のしくみを NAT (Network Address Translation) と呼び、家庭用ルータには標準で入っています。本講ではこの「外向きのIPに翻訳してくれる」イメージだけ押さえればOKです。
発展 実際の家庭用ルータでは、複数の機器が同時にネットを使えるよう、IPアドレスだけでなく ポート番号 も書き換えて区別する NAPT(IPマスカレード) という方式が使われています。通信の向き(内→外/外→内)による違いや、戻りパケットの照合などの細かな仕組みは 標準 編で扱います。
小問:あなたの家のPCのIPアドレス(192.168.1.10 など)と、外から見えるIPアドレスは 同じ でしょうか?
A. 必ず同じ。1つの機器には1つのIPしかない
B. 違う。中はプライベートIP、外向きはルータのグローバルIP
C. 違うが、運がよければ偶然一致することもある
正解: B 。家の中ではプライベートIPで動いていて、外のインターネットから見えるのは ルータのグローバルIP 。違う番号です。これが「my ip 」を検索したときに、PCのIPと違う番号が出てくる理由。なお A は「1機器=1IP」とは限らないので誤り(有線とWi-Fiで別、というケースもある)。C はNATの仕組み上「偶然一致する」ことはありません。
もっと詳しく:なぜプライベートIPが必要なの?
IPv4 のアドレスが約43億個しかなかったことを思い出してください。世界中の家庭のPC・スマホ・テレビ・冷蔵庫すべてに 1台ずつグローバルIP を割り当てたら、確実に足りなくなります。そこで「家の中はプライベートIPで済ませて、外向きの顔はルータのグローバルIP1個だけ」とすることで、1家庭=1個 の節約ができるようになりました。これが世界規模で実施されたことで、いまも IPv4 が現役で使えています。
考えてみよう: 学校のPCルームや会社のオフィスでも、たいてい 192.168.x.x や 10.x.x.x のプライベートIPが使われている。あなたの自宅のWi-Fi設定画面を見てみると、ルータのIP(例: 192.168.1.1) や接続している機器のIPが確認できるはず。ぜひ一度のぞいてみよう。
情報Iで覚えること グローバルIP は世界で唯一の公開アドレス、プライベートIP は家やオフィスの中だけで使うアドレス。ルータの NAT が両者を翻訳して橋渡しする。
まとめと用語チェック
SUMMARY
1. IPアドレス = ネット上の住所。データを正しい相手に届けるためのコンピュータ用の番号IPv4 は 32ビット 、ドット区切り10進数で書く(例: 192.168.1.10 )。総数は約43億個で枯渇しているIPv6 は 128ビット 、コロン区切り16進数。表せる数が桁違いに多いドメイン名 = 人間が覚えやすい名前。右から 大きい範囲 → 小さい範囲(.com → example → www)と読むDNS がドメイン名 → IPアドレスの変換(名前解決 ) を担当するグローバルIP (世界で唯一・公開) と プライベートIP (家の中だけ) の2種類があり、ルータの NAT が橋渡しする
用語チェック
用語 1行説明
IPアドレス インターネット上のコンピュータを見分けるための番号。ネット上の住所 IPv4 32ビットのIPアドレス。ドット区切り10進数で表記。例: 192.168.1.10 IPv6 128ビットのIPアドレス。コロン区切り16進数。アドレス数が桁違いに多い ドット区切り10進表記 IPv4 を 0~255 の数字4つでつなぐ書き方 ドメイン名 人間用の覚えやすい名前。例: www.example.com トップレベルドメイン(TLD) ドメイン名の一番右の部分。例: .com / .jp / .org セカンドレベルドメイン TLD の左にある、組織や個人で取得した名前(example など) サブドメイン セカンドレベルの左側に付く部分(www / mail / blog など) 名前解決 ドメイン名から対応するIPアドレスを調べる処理 DNS 名前解決を担当するインターネットの仕組み(次回くわしく) グローバルIPアドレス インターネット上で世界に1つだけの公開住所 プライベートIPアドレス 家やオフィスの中だけで使う非公開の住所 NAT プライベートIPとグローバルIPを翻訳するルータの機能 MACアドレス 機器(NIC)に焼き付けられた固有の名札。IPアドレスとは別物
NEXT: 次回(第5回)は、本講で「裏方」として登場した DNS をくわしく見ます。世界中のDNSサーバがどう連携してドメイン名→IPアドレスの変換を実現しているのか、その階層構造とキャッシュの役割を学びます。
確認問題
問1. IPアドレスの説明として最も適切なものを1つ選べ。
次の選択肢から最も適切なものを選択してください。
A. パソコンのCPUの製造番号のこと
B. インターネット回線の物理的な太さ(bps)のこと
C. ネットワーク上のコンピュータを見分けるための番号(ネット上の住所)
D. ドメイン名を保存するためのファイル形式
正解:C
問2. 次のうち、IPv4 アドレスとして正しい形式 のものを1つ選べ。
次の選択肢から最も適切なものを選択してください。
A. 192.300.1.10
B. 192.168.1.10
C. 192:168:1:10
D. example.com
正解:B
問3. ドメイン名 www.example.com の トップレベルドメイン(TLD) は次のどれか。
次の選択肢から最も適切なものを選択してください。
A. www
B. example
C. example.com
D. com
正解:D 右から 「大きい範囲 → 小さい範囲」と読む。一番右の com が TLD(トップレベルドメイン)、その左の example がセカンドレベルドメイン、さらに左の www がサブドメイン。
問4. ブラウザに http://example.com と入力してから接続が始まるまでの流れとして、正しいものを1つ選べ。
次の選択肢から最も適切なものを選択してください。
A. DNSにドメイン名→IPの変換を問い合わせ、得られたIP宛にHTTPで接続する
B. ブラウザはドメイン名のままサーバに直接接続できるので、DNSは不要
C. ドメイン名はサーバ側で勝手にIPに直してくれるので、ブラウザは何もしない
D. すべてのサーバは固定のIPアドレスをブラウザに広告しているので、変換処理は発生しない
正解:A DNS で IPに変換する必要がある。これを名前解決という。Bはコンピュータがドメイン名を直接扱えると誤解している。Cは順序が逆(変換は送信側で行う)。Dも誤りで、各サーバのIPはDNSという仕組みで世界に公開されている。
問5. 自宅のPCのIPアドレスが 192.168.1.10 だったとき、外のインターネットから見えるIPアドレスについて正しく述べているものを1つ選べ。
次の選択肢から最も適切なものを選択してください。
A. 同じく 192.168.1.10 として外からも見える
B. 外からは何のIPも見えず、まったく通信できない
C. 外からはホームルータが持つ グローバルIPアドレス として見える(別の番号)
D. 隣の家のPCのIPアドレスとして見える
正解:C 192.168.1.10 はプライベートIPアドレスで、家の中だけで通用する番号。外のインターネットから見えるのは ホームルータのグローバルIP (例: 203.0.113.5) で、ルータの NAT が翻訳して家じゅうの機器の通信を1つのグローバルIPに集約している。Aはプライベート/グローバルの区別ができていない、Bは誤り(NAT経由で通信できる)、Dも誤り(他人のIPと混ざることはない)。
有線NIC
LANケーブルを差すRJ45ポートが、ネットワークにつながる口になる。
無線NIC
Wi-Fi用の無線回路とアンテナが、ネットワークにつながる口になる。