グローバルIPとサブネットについてでsuzukisさんから教えて頂いたのですが、グローバルIPアドレスをサブネットに入れた形（通常のLAN接続的な構成）でプロバイダが払い出しても、グローバルIPアドレスをPPPより無駄に消費することはないということでした。
私自身は以下のように理解していました。どこか実態と異なるはずです。できればそれを把握しておきたいので、質問させて下さい。（なお、サブネット単位でのグローバルIPアドレス配布についは除外下さい。レアケースですし話がややこしくなりますので。）
- ブロードキャストの分割等の要因により、巨大なサブネットを細かいサブネットへ分割することが一般的である。
- 分割する度にネットワーク・アドレスとブロードキャスト・アドレスのために最低2つのアドレスが無駄になる。（従って、極端に細かくしない。）
- 分割されたサブネット内で全てのアドレスを払い出してしまうと、ユーサ側で機器交換した時など、再割当てに支障が発生するので、多少のマージンは必須となる。
- サブネット内のアドレス使用率を高く保つためには、空きが最小になるようユーザをサブネットへ上手に詰め込む必要があり、運用がかなりたいへんである。現実的にはどうしてもサブネット単位でそこそこの未使用アドレスが発生する。
- このようなサブネット分割によるIPv4アドレスの使用率低下が問題になるため、グローバルIPv4アドレスの配布時は、何か対策が打たれている。
- 上記3,4のような無駄はPPPでは発生しない。
しかし、CATVでもグローバルIPアドレスをサブネットに入れた形で払い出すことは珍しいことではなく、その際、PPPに較べてグローバルIPアドレスを贅沢に消費してはいないということですので、恐らく上記理解の１つ、または複数が実態と異なるのだと思います。
もし、そのようなCATVの実態をご存知の方がいらっしゃいましたら、是非、概要だけでも可能な範囲で教えて頂けないでしょうか？
【te2jiさんの追加・修正依頼により追記】
元の議論でもありましたが、CATVでグローバルを配布する際、「PPPと比べて」グローバルIPアドレスを贅沢に消費してはいないというのが正しいです。
その通りですね。
上記無駄のほとんどは3, 4と思います。PPPではそのような無駄は発生しないと理解してましたので省略しました。追記しておきます。
特に固定アドレスのつもりはないです。DHCPで配布と理解して頂けると幸いです。
DHCPで配布するにしても、あるユーザをどのルータ（サブネット）に入れるのか設定（もしかして工事）する必要があります。
ルータ設置場所（支所）ごとにルータの台数（サブネットの数）を決める必要があるでしょう。その台数を的確に運用するのは難しそうな気がしています。
例えば、ある支所の加入者が減り、他の支所の加入者が増え、サブネットを移転するべき状態になることってないでしょうか？
実際を知らないので、実は問題になるほどはないのかも知れません。
【不正確な表現と誤解を招く表現がいくつかあったので修正してます】
te2jiさん、stripeさんありがとうございます。
【一旦閉めます】
一般にIDを重複なく、かつ、余りなく割り当てる問題は難易度が高いです。
通常のLAN接続で各ホストにIPアドレスを割り当てるケースはこれに当てはまります。
DHCPは良い解で自動的に重複なく割り当てることができますが、余りなくはその課題に含まれていません。ホスト数の変動に対応するため、配布するアドレスに余裕を持たせることが一般的と思います。
しかし、イーサネット＋IPv4の仕組みにサブネット内のIPアドレスを全て割り当てる問題と解決策について聞いたことがなく、そのような方向での研究はあまり活溌ではないように思います。
なので、グローバルIPv4アドレスをサブネットに入れて配布する場合、どうしても未使用アドレスが発生し、枯渇が問題となっているグローバルIPv4アドレスを無駄にしてしまうため、昨今ではそのような仕組みはなくなっている、もしくは、近々の内に無くなる方向と推測しています。
suzukisさんはそうではないという情報をお持ちのようでしたので、是非、それを教えて頂きたく質問を建てさせて頂きました。
残念ながらご回答頂けないご様子ですし、他の方からの回答もあまり活溌ではありませんので、この辺で一旦閉めさせて頂きます。
しかし、もし、この辺りの情報をお持ちの方がいらっしゃいましたら、可能な範囲でかまいませんので是非ご教授頂ければ幸いです。
疑問の解決には至りませんでしたか、いくつか貴重な情報をご提供頂けたte2jiさんの回答をベストアンサーとさせて頂きました。
【最終的に閉めます】
suzukisさんから回答頂けました。
おかげ様で、CATVでは3, 4の問題を解決できる能力を持つ装置が使われていることを理解できました。
suzukisさん、ありがとうございました。
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これ読んでやっと「無駄」や「贅沢」といっておられた意味がわかりました。CATVはLANのような物と言ったのが誤解の元でしたね。LANのような物というのは「LANと同様にネットワークアドレスの概念が有り端末にはネットワークアドレスに属するアドレスが配布される」という意味だったのですが「ルータがあってHUBがあって接続されているルータのポートによってネットワークアドレスが厳密に決まっている教科書的なLAN」をイメージされてしまったのだと思います。
さて、5000ポートぐらいあるHUBを想像してみてください。ここに、ルータを1つつなげます。アドレスとして、192.168.0.1/24、192.168.1.1/24、192.168.2.1/24、192.168.3.1/24、...を設定します。(1つのポートに、です。)
端末は1台1台直接このHUBに接続するものとします。DHCPサーバは、192.168.0.0/24のプールからアドレスを払い出します。どんどん端末を繋いでいきます。192.168.0.0/24のプールがなくなったら、次は192.168.1.0/24のプールからIPアドレスが払い出されます。さらに繋いでいくと、次のプール、次のプール、とアドレスが払い出されます。プール自体が足りなくなればプールを追加します。
これであれば、MACが変更されて新しいアドレスが払い出される場合でもプールがいっぱいであれば次のプールから払い出されるだけですし、加入者の増減はこの範囲で平準化されます。新規加入者をどのポートに繋ぐべきかも考える必要はありません。プールごとに余裕を持っておく必要はなく/24のネットワークアドレスをほぼ使い切ることが出来ます。
これはあくまでイメージですが、おおむねこういうことです。
上記のようなことを普通にEthernet上でやってしまうと実際にはブロードキャストが問題になるのですが、CATVであればヘッドエンド(親玉の装置)が各ケーブルモデム配下の端末をすべて把握しているのでたとえばARPは不要ですしIPブロードキャストも送信先を選択できるなどするので問題になりません。
またCATVの場合、グローバルIPアドレス配布の場合一般に1加入者1端末に制限されています。この制限のため、ケーブルモデム側で端末台数が制御されていることが多いです。その点でも、必要なアドレス数は管理できるため、過剰なマージンを取る必要はありません。
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ちょっと質問に対しての思い込みとかもありそうなので、質問の前提に対して誤った回答になるかもしれませんが、面白そうなので参加させてもらいます。
6,VLANとDHCPを利用することで、PPPとあまり変わらない程度のコントロールは可能です。
CATVでグローバルIPアドレスが使える場合、STBにグローバルが振られる場合と、その先の端末までグローバルが振られる場合があるようです。前者であれば、PPPとほぼおなじ数のグローバルアドレスですね。
以下、その他の箇所で気になったところ
1,ネットワークの分割は、ブロードキャストの分割、ポリシーの分割（ロケーションや役割等）、障害時影響範囲の分割等で行われます。ルータの限界が主原因ではないです。
2,端末に使用できないアドレスという意味ではブロードキャストアドレスもあるので2つですね。
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１．数万台ものホストを収容できようなルータはなく、巨大なサブネットを細かいサブネットへ分割することが一般的である。
ルータに収容できるアドレス数に制限はありません。
小さいサブネットに分割するのは、ブロードキャスト範囲を狭くして無駄なトラフィックの発生を防ぐためです。
２．分割する度にネットワーク・アドレスのために最低1つのアドレスが無駄になる。（従って、極端に細かくしない。）
ユーザーに対してサブネット単位でアドレスを割り当てることもあります。そのため、どの程度サブネットを細かくするのかは、サービス内容しだいです。
３．分割されたサブネット内で全てのアドレスを払い出してしまうと、ユーサ側で機器交換した時など、再割当てに支障が発生するので、多少のマージンは必須となる。
別にサブネット内の全てのアドレスを払い出しても、機器交換に支障はありません。
４．ユーザの物理回線をどのルータへ接続するのか？の問題により、サブネット内のアドレス使用率を高く保つためには、運用がかなりたいへんなことになる。結果、どうしてもサブネット単位でそこそこの未使用アドレスが発生する。
「ユーザの物理回線をどのルータへ接続するのか？の問題により」って、いったい何が問題になるのか意味不明です。
特に何の問題もなく運用していけると思います。
PPPの利用は、プロバイダ〜ユーザー間の回線接続方式の話なので、アドレスの払い出しとは関係ありません。
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te2ji
2016/04/13 11:57
元の議論でもありましたが、CATVでグローバルを配布する際、「PPPと比べて」グローバルIPアドレスを贅沢に消費してはいないというのが正しいです。 あと一度整理して欲しいのですが、固定IPアドレスと配布するIP（PPPやDHCP）の話がごっちゃになっているようです。元の議論は配布アドレス、こちらは固定アドレスの内容に見受けられます。どちらを前提にされますか？
Chironian
2016/04/14 17:23
あっと、追加・修正依頼への返信欄がありました。見落としてました。追加・修正しています。
suzukis
2016/04/15 13:30
質問についさっき気付いたので回答しておきました