IPv4アドレスの構造とクラスを理解する

プレフィックスは、アドレスブロックの大きさを定めます。CIDRでは、かつての固定的なアドレスクラスよりも細かく分割できます。

オフィスのネットワークを設定していると、例の中に192.0.2.0/24が出てきました。誰かがそれを「クラスC」と呼びます。実際に大きさを示しているのは、どの部分でしょうか。現在、役立つ答えはプレフィックス長、つまり/24です。昔のクラス名は歴史的な背景を知る手がかりですが、設定を読み取ることの代わりにはなりません。

以下のアドレスは、文書での例示用に予約された範囲から取っています。計算方法を説明するためのものであり、実際に導入すべきパブリックネットワークではありません。

四つの数値で一つの32ビットアドレスを表す

IPv4は、32桁の2進数を、ドットで区切った四つの10進数で表します。各グループは8ビットを表し、0から255までの値を取ります。ドットはグループを区切るものであり、それだけではネットワークプレフィックスがどこで終わるかは分かりません。

その境界を示すのがプレフィックス長です。192.0.2.0/24では、先頭の24ビットが固定され、残りの8ビットがブロック内のアドレスに使われます。可変の8ビットから得られる組み合わせは256通りで、192.0.2.0から192.0.2.255までです。これに対応するマスクは255.255.255.0です。

プレフィックス長の数値が小さいほど、ブロックは大きい

この表記は、最初は逆のように感じられるかもしれません。固定されるプレフィックスが長いほど、可変ビットは少なくなります。/25には128個、/24には256個、/22には1,024個のアドレスが含まれます。

この例の/24は、境界のそろった二つの半分、192.0.2.0/25と192.0.2.128/25に分割できます。それぞれに固有のプレフィックスがあります。分割によって変わるのはアドレスのまとめ方であり、個々のIPv4アドレスの長さではありません。

一般的なブロードキャスト型のサブネットでは、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを通常のホストアドレスとして割り当てないため、/24で使えるのは254個です。ただし、「2を引く」を普遍的な規則にしてはいけません。ポイントツーポイントリンクでは/31を使うことができ、その場合は両方のアドレスがそれぞれの端点を識別します。

クラスA、B、Cとは何だったのか

初期のクラスフルアドレッシングでは、固定された区分を使っていました。クラスAのネットワークプレフィックスは8ビット、クラスBは16ビット、クラスCは24ビットでした。アドレスの先頭のビットでクラスを識別していました。このため、選べるブロックサイズの間隔は粗くなっていました。ある組織に必要なアドレス数が、一つのブロックサイズでは足りず、その次に大きいサイズでははるかに余る、ということが起こり得たのです。

かつてクラスDと呼ばれた範囲は、グループに通信を送るマルチキャスト用です。かつてクラスEと呼ばれた範囲は予約領域であり、企業のホストに使うための通常のプールがもう一つあるわけではありません。IANAのアドレス空間レジストリには、特別な範囲とその状態が記録されています。

現在のネットワークがCIDRを使う理由

Classless Inter-Domain Routing、略してCIDRは、アドレスのクラスから固定サイズを推測する代わりに、プレフィックスを明示します。これにより、設計者は異なるブロックサイズを使え、ルーティングでは条件が適合し、境界のそろったブロックを集約できます。CIDRの仕様は、アドレス割り当てと集約のモデルを説明しています。

集約ができるからといって、無関係なアドレスを任意の大きな経路にまとめてよいわけではありません。各ブロックは、それらを包含するプレフィックスに収まり、ルーティングの仕組みも実際に各宛先への到達を支えられなければなりません。整然としたスプレッドシートだけでは、機能する経路はできません。

ネットワークを変更する前に確認する三つのこと

• 設定されているプレフィックスは何ですか。先頭の数値から推測せず、マスクまたはプレフィックス長を読み取ってください。
• どのアドレスが割り当て済み、予約済み、またはまだ使用中ですか。記録だけでなく、稼働中のネットワークも確認してください。
• ほかに何がこの範囲に依存していますか。経路、ファイアウォールのルール、DNS、リモート接続のすべてに対応が必要かもしれません。

アドレス管理の入門記事では、これらの記録を役立つ状態に保つ方法を説明しています。プレフィックスが表すのは、技術的なまとまりです。それ自体で法的な所有者が特定されるわけでも、そのアドレスを使うネットワークに対する政治的な権限がレジストリに与えられるわけでもありません。

計算だけでは、より大きな議論に決着がつかない理由

CIDRは、既存の32ビット空間をより柔軟に使えるようにするものであり、無限にするものではありません。しかし、数が有限であるという事実だけでは、どのアドレスが利用可能か、どの投資に価値があるかを運用者に示すこともできません。

ノート45でLu Hengは、アドレスの希少性を、機関による裁量的な統制の正当化に使うことに異議を唱えています。アドレスとプレフィックスが実際に何をするのかを知ることで、読者は、技術的な調整業務とそれに依存するすべての人や組織への権限を混同せずに、この主張を検討できます。