ネットワーク基礎３
■IPアドレス設定方法
ICANNから割り当てられたIPアドレスはMACアドレスとは違い、 製品に最初から紐付いているわけではありません。 ネットワーク管理者がホストに対して割り当てる必要があります。 割り当てには、DHCPサーバーと呼ばれるサーバーを利用して自動的に割り当てる方法と コンピュータの設定機能を利用して割り当てる方法があります。 大規模なネットワークではLAN内部のIPアドレスの管理を行う必要がありますので、 DHCPサーバーによる自動割り当ての方法が採用されています。 IP割り当ての際にはサブネットマスクやデフォルトゲートウェイの設定も行います。 ホスト： ホストはIPアドレスが割り当てられ、 通信が行える機器（主にコンピュータ）のこと デフォルトゲートウェイ： デフォルトゲートウェイとはLANなどのネットワークから 外へアクセスする場合の出入り口となる機器のこと 一般的にはルーターがデフォルトゲートウェイの役割を担っている
■DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)は LANなどのネットワークに割り当て可能なIPアドレスを管理し、 コンピュータの要請に応じてIPアドレスを割り当てる役割を担っています。 DHCPの仕組みの説明の前に先にブロードキャストアドレスの説明をしたいと思います。 ●ブロードキャストアドレス： ブロードキャストアドレスとはIPアドレスのホスト部が全て1に なっているアドレスのことをいいます。 このアドレスを使用することにより、同じネットワークの コンピュータ全てに情報を送信することが可能になります。●DHCPの仕組み DHCPはクライアントがIPアドレスの取得要求をDHCPサーバーに対して行い、 DHCPサーバーが割り当てを行って、その結果をクライアントに返します。
●DHCPでのIPアドレス取得の流れ ①．クライアントがDHCP DISCOVERメッセージを送信する クライアントがDHCPにIP割り当てを行ってもらうためには まず、ブロードキャストでDHCP DISCOVERメッセージを送信します。 ブロードキャストで送信しているのはどのコンピュータが DHCPサーバーか分からないからです。
②．DHCPサーバーがクライアントにDHCP OFFERメッセージを送信する DISCOVERメッセージを受信したDHCPサーバーは IPアドレスプールの中から使用されていないIPアドレスを選択し、 DHCP OFFERメッセージでクライアントに通知する
③．クライアントがDHCP REQUESTメッセージを送信する OFFERメッセージで通知されたIPアドレスを確認して 問題がなければDHCPサーバーへDHCP REQUESTメッセージを ブロードキャストで送信する
④．DHCPサーバーがクライアントにDHCP ACKメッセージを送信する REQUESTメッセージを受信して問題がなければ クライアントにDHCP ACKメッセージを送信し、 IPアドレス割り当てを完了する
■ARP(Address Resolution Protocol)
ARP(Address Resolution Protocol)とはIPアドレスから MACアドレスを調べるためのプロトコルのことです。 最近はLAN環境での通信もIPアドレスを使用して送信先を決めますが LAN環境内の通信はMACアドレスを使用してやり取りを行わなければいけません。 そのため、IPアドレスとMACアドレスの対応表が必要となります。 IPアドレスとMACアドレスの対応表を作成し、 その中から該当するMACアドレスを探すのがARPの役割になります。 プロトコル： ネットワークにおけるプロトコルはデータや情報を 滞りなく送信できるように決められた約束事や手順のこと ●ARPテーブル ARPテーブルとはLAN内のIPアドレスとMACアドレスの対応表のことです。●ARPリクエスト IPアドレスを使用してデータを送信する際は必ずARPテーブルを参照して 送信先のコンピュータのMACアドレスを特定します。 そしてARPテーブル内に該当するIPアドレスがなかった場合に ブロードキャストアドレスを使用してネットワーク全体に問い合わせを行います。 この問い合わせのことをARPリクエストと呼びます。 ARPリクエストはARPパケットを使用して行い、問い合わせのIPアドレスが、 自分のIPアドレスと一致した場合のみ、MACアドレスを返します。 ●ARPリクエストの流れ ①．ARPテーブルを参照し、該当するIPアドレスがあるか確認する データを送信したい相手のIPアドレスが自身が持つ ARPテーブル内に存在するかを確認します。
②．ARPテーブルにない場合、ブロードキャストでARPリクエストを行う ARPテーブルに該当するIPアドレスがなかった場合は ブロードキャストを使用してネットワーク環境内の コンピュータ全てにARPリクエストを送信します。
③．ARPリクエストに対して応答するかどうか決める ARPリクエストを受けたコンピュータは送られてきたIPアドレスと 自分のIPアドレスが一致しているかを確認します。 もし、一致していた場合は自分のMACアドレスを送り、 違っていたらARPリクエストを破棄します。
④．応答を受け取り、ARPテーブルに追加する 応答データを受け取ったら、IPアドレスとMACアドレスを ARPテーブルに追加します。
■ポート番号
ポート番号はIPアドレスやMACアドレスと同じで通信先を特定するための識別子です。 受信したデータをどのアプリケーションで使用するのかを、指定する役割を持っています。 「インターネット中にメールを受信する」といったような 異なるデータを同時に送受信できるのはそれぞれに異なるポート番号が パケットデータに記録されているからです。 パケットデータを受信するとコンピュータがポート番号を確認し、 その内容に応じたアプリケーションにデータを渡します。 送信の際もアプリケーションから渡されたデータに 送信元と送信先のポート番号が記録されています。●ポート番号の種類 ポート番号はサービスによって決まった番号がつけられたウェルノウンポートと 自由に設定することを許されているエフェメラルポートの2種類があります。 ウェルノウンポートはメールやウェブの閲覧などの ネットワークでよく使用するサービスに対して番号がつけられています。 エフェメラルポートはメールやウェブサーバーにデータを送信する際の クライアント（ユーザー）の送信元ポート番号として使用されています。 エフェメラルポートは通信が終了したら解放されます。 以下はウェルノウンポートのリストになります。
■NAT(Network Address Translation:ナット)
NAT(Network Address Translation)はプライベートIPアドレスから インターネットへ接続するために使用される仕組みのことです。 NATによるインターネットへのアクセスはグローバルIPアドレスを 取得しているネットワーク環境であることが前提ですので注意してください。 例えばグローバルIPアドレスが16個で30台のコンピュータがある場合は インターネット接続が必要なコンピュータにだけグローバルIPアドレスが 割り当てられます。 割り当てにはNATテーブルと呼ばれるプライベートIPとグローバルIPの対応表があり、 これを使用してどのプライベートIPアドレスを持つコンピュータに対して グローバルIPアドレスを割り当てたかか、わかるようになっています。 しかし、NATではグローバルIPアドレス以上のコンピュータによる同時接続はできません。
■NAPT(Network Address Port Translation:ナプト)
NAPTはインターネットを行うことが前提のネットワークにおいて 全てのコンピュータがインターネットに接続することが可能となる仕組みのことで IPマスカレードとも呼ばれています。 NAPTを使用することでグローバルIPアドレス一つだけで全てのコンピュータが インターネットに接続可能となります。 NAPTでは「プライベートIPアドレス + 送信元ポート番号」で NAPTテーブルの管理を行います。 送信元ポート番号はエフェメラルポートが使用されますので、 NAPTテーブルの情報がかぶることなく管理できるようになり、 その結果としてグローバルIPアドレスが一つでも多くのコンピュータが インターネットに接続することができるようになっています。
