IPv4アドレスとは？

IPv4 は、米国国防総省が高等研究計画局ネットワーク (ARPANET) で開始したインターネット プロトコルの最初のバージョンです。 IPv4 の顕著な特徴の 1 つである数十億の IP アドレスを生成できます。 1983 年に IPv4 が開始されて以来、IoT デバイスの出現により IP アドレスが枯渇する寸前です。 この記事では、IPv4 アドレスとは何かを学習するとともに、IPv4 の長所と短所についても説明します。

IPv4アドレスとは？

IPv4 は、インターネット プロトコルの最初のバージョンです。 最も一般的に使用される IP アドレスである32 ビット アドレス空間を使用します。 この 32 ビット アドレスは、10 進数で区切られた 4 つの数値として書き込まれます。 数値の各セットはオクテットと呼ばれます。 各オクテットの数値の範囲は 0 ～ 255です。 IPv4 は、43 億の一意の IP アドレスを作成できます。 IPv4 アドレスの例は234.123.42.65 です。 この記事では、IPv4 からバイナリへの変換方法を使用して、IPv4 アドレスをバイナリ コードに変換する方法についても説明します。

IPv4 の一部

IP アドレスは、次の 3 つの部分で構成されます。

• ネットワーク: IP アドレスのこの部分は、IP アドレスが属するネットワークを識別します。 IP アドレスの左側は、ネットワーク部分と呼ばれます。
• ホスト:通常、IP アドレスのホスト部分は、インターネット上のデバイスを一意に識別するために互いに異なります。 ただし、ネットワークの部分は、ネットワーク上の各ホストで同様です。

たとえば、この IP アドレス (234.123.42.65 ) のネットワークとホストの部分は次のとおりです。

• サブネット番号: IP アドレスのオプションの部分です。 これは、IP アドレスを多数の小さなセグメントに分割したものです。 ネットワークの相互接続を支援し、トラフィックを削減します。

IPv4 アドレスのバイナリ コードへの変換

IPv4 は 32 ビットの数値アドレスとして使用されますが、コンピューターとネットワークはバイナリ言語で動作します。 IPv4 to Binary Converter メソッドを使用して、IP アドレスがどのようにバイナリ言語に変換されるかを理解しましょう。 オクテットとは何かについて前に読んだように、各オクテットのビットは数字で表されます。 ここで、8 ビット オクテット チャートの使用方法を確認します。 各ビットの値を表す数値で構成されます。

これは IP アドレス: 234.123.42.65 で、オクテット チャートを使用してバイナリ言語に変換します。 オクテットの各ビットは 1 または 0 で表されます。最初のオクテットは数値 234 で構成されます。次に、オクテット チャートから合計が 234 になる数値を見つける必要があります。合計が 234 になる数値は 128+ です。 64+32+8+2。 同様に、合計するすべての数値は 1 で表され、残りの数値は 0 で表されます。

したがって、234 の 2 進数は 11101010 になります。同様に、このプロセスはすべてのオクテットで実行されます。

したがって、IP アドレス 234.123.42.65 のバイナリ言語は 11101010.01111011.00101010.01000001 です。

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IPv4–OSI モデル

国際標準化機構は、通信システムの OSI モデルを提供しています。 OSI はOpen System Interconnectionの略です。 このモデルは、システムが異なるプロトコルを使用して別のシステムと通信する方法を説明するレイヤーで構成されています。 各レイヤーは、通信システムで重要な役割を果たします。 OSI モデルは、次の層で構成されています。

• アプリケーション (第 7 層):アプリケーション層は、ユーザーに最も近い層です。 レイヤーの主な機能は、ユーザーとの間でデータを受信して​​表示することです。 このレイヤーは、反対側のアプリケーションとの下位レベルを介した通信を確立するのに役立ちます。 たとえば、TelNet や FTP です。
• プレゼンテーション (レイヤー 6):プレゼンテーション レイヤーは、処理を目的としています。 処理部分には、アプリケーション形式からネットワーク形式へのデータの変換、またはネットワーク形式からアプリケーション形式へのデータの変換のいずれかが含まれます。 たとえば、データの暗号化と復号化です。
• セッション (レイヤー 5):セッション レイヤーは、2 台のコンピューターが通信する必要がある場合に機能します。 これらのセッションは、ユーザーからの応答が必要な場合に作成されます。 このレイヤーは、セッションのセットアップ、調整、および有効期限を担当します。 たとえば、パスワードの確認。
• トランスポート (レイヤー 4):トランスポート レイヤーは、データの量、速度、宛先など、あるネットワークから別のネットワークへのデータ転送のすべての側面を保証します。 TCP/IP と UDP はこの層で機能します。 上記の層からデータを受け取り、それをセグメントと呼ばれる小さなチャンクに分割し、さらにネットワーク層に配信します。
• ネットワーク (レイヤー 3):ネットワーク層は、データ パケットまたはセグメントを宛先にルーティングする役割を果たします。 具体的には、このレイヤーは適切な場所に到達するための適切なパスを効率的に選択します。
• データ リンク (レイヤー 2):データ リンク層は、ソース データを物理層である第 1 層から上記の層に転送する役割を担います。 このレイヤーは、転送中に発生するエラーの修正も担当します。
• 物理 (レイヤー 1):物理レイヤーは、OSI モデルの最後のレイヤーです。 このレイヤーには、通信構造と、ケーブルの種類と長さ、ピン配置、電圧などのハードウェア コンポーネントが含まれます。

IPv4 パケットの構造

IPv4 パケットは、ヘッダーとデータの 2 つの部分で構成されます。 65,535 バイトを伝送できます。 IP ヘッダーの長さは 20 ～ 60 バイトです。 ヘッダーには、ホストと宛先アドレスのほか、データ パケットが宛先に到達するのに役立つその他の情報フィールドが含まれます。

IPv4 パケット ヘッダー

IPv4 パケット ヘッダーには、13 個の必須フィールドがあります。 それらとその役割を理解しましょう。

• バージョン: 4 ビットのヘッダー フィールドです。 使用中の IP の現在のバージョンに関する情報を提供します。
• Internet Header Length (IHL):これは、IP ヘッダー全体の長さです。
• Service Type:このフィールドは、送信中のパケットのシーケンスに関する情報を提供します。
• 全長:このフィールドは、IP ヘッダーの全長を示します。 このフィールドの最小サイズは 20 バイトで、最大サイズは 65,535 バイトです。
• 識別:ヘッダー部分の識別フィールドは、データの送信中に分離されるパケットのさまざまな部分を識別するのに役立ちます。
• ECN: ECN は Explicit Congestion Notification の略です。 このフィールドは、伝送経路におけるパケットの過密をチェックする役割を果たします。
• フラグ:これは、データ サイズに応じて、IP パケットをフラグメント化する必要があるかどうかを示す 3 ビット フィールドです。
• Fragment Offset: Fragment Offset は 13 ビット フィールドです。 IP パケット内の断片化されたデータのシーケンスと位置付けを可能にします。
• Time to Live (TTL):各データ パケットと共に送信される一連の値であり、データ パケットを取り囲むことを回避するための動機です。 各 IP パケットに付加されている数値は、経路上で各ルーターを通過するたびに 1 ずつ減少します。 TTL 値が 1 に達するとすぐに、IP パケットは破棄されます。
• プロトコル:プロトコルは、IP パケットが属するプロトコルに関するネットワーク層情報を伝達する役割を持つ 8 ビット フィールドです。
• ヘッダー チェックサム:このフィールドは、ヘッダーと受信したデータ パケットの通信エラーを検出します。
• ソース IP アドレス:これは、送信者の IPv4 アドレスで構成される 32 ビット フィールドです。
• 宛先 IP アドレス:これは 32 ビットのフィールドで、受信者の IPv4 アドレスで構成されます。
• オプション:オプション フィールドは、IHL の長さが 5 を超える場合に使用されます。

ここでは、IPv4 プロトコルの特徴と、IPv4 の長所と短所について学びましょう。

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IPv4の特徴

以下に、IPv4 の特徴を示します。

• IPv4 は 32 ビットの IP アドレスを使用します。
• アドレス内の数字は、ピリオドと呼ばれる10 進数で区切られます。
• ユニキャスト、マルチキャスト、およびブロードキャストのアドレス タイプで構成されます。
• IPv4 は、 12 のヘッダーフィールドで構成されています。
• Virtual Length Subnet Mask (VLSM) は IPv4 でサポートされています。
• これは、Mac アドレスへのマッピングにPost Address Resolution Protocolを使用します。
• ネットワークは、 DHCP (Dynamic Host Configuration Program) または手動モードを使用して設計されています。

IPv4 の長所と短所

IPv4 の長所と短所を見てみましょう。

IPv4 の利点

• IPv4 のネットワーク割り当てと互換性は称賛に値します。
• 生産的なルーティングサービスがあります。
• IPv4 アドレスは完全なエンコーディングを提供します。
• ネットワーク経由で複数のデバイスに簡単に接続できます。
• これは、主にマルチキャスト組織における特定の通信手段です。

IPv4 の短所

• IPv4 アドレスは枯渇寸前です。
• IPv4 システムの管理は手間がかかり、複雑で、時間がかかります。
• 非効率的で不十分なインターネット ルーティングを提供します。
• そのオプションのセキュリティ機能。

したがって、これらは IPv4 プロトコルの長所と短所でした。

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ただし、 IPv6である IPv4 の高度なバージョンに移行が起こっています。 IPv4 アドレスが枯渇しているにもかかわらず、互換性があるため、引き続き使用されています。 私たちのドキュメントが、 IPv4 アドレスとは何かについて学ぶ上で非常に良いガイドになったことを願っています。 質問や提案があれば、下のコメント セクションに残してください。