グローバルIPアドレスのホスト部とプライベートIPアドレスの関係性が理解できないです

Question

##自分自身が理解できていること
グローバルIPアドレス
・ インターネットに接続された機器に割り当てられる全世界で一位なアドレス
・ アドレスは、
0. クラスA(1.0.0.0 ～ 9.255.255.255 and 11.0.0.0 ～ 126.255.255.255)
0. クラスB(128.0.0.0 ～ 172.15.255.255 and 172.32.0.0 ～ 191.255.255.255)
0. クラスC(192.0.0.0 ～ 192.167.255.255 and 192.169.0.0 ～ 223.255.255.255)
上記の3種類に分類分けできる

・上記クラスのアドレスはネットワーク部、ホスト部と分けることができ、ホストはそれぞれ
0. Aクラスは16,777,214個
0. Bクラスは65,534個
0. Cクラスは254個
をネットワーク内に割り当てることができる

プライベートIPアドレス
・インターネットに直接接続することがない機器に割り当てられるアドレス
・ アドレスは、
0. クラスA(10.0.0.0 ～ 10.255.255.255)
0. クラスB(172.16.0.0 ～ 172.31.255.255)
0. クラスC(192.168.0.0 ～ 192.168.255.255)
上記の3種類に分類分けできる

##上記を踏まえてお聞きしたいこと
0. グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスのクラスは対応しているという解釈は正しいか
例えば、インターネットに接続される機器のグローバルIPアドレスがクラスAに分類される場合、
その機器のネットワーク内に存在している機器に割り当てられるプライベートIPアドレスはクラスAとなるのか
0. (上記1が正しいという前提)ネットワーク内のホストの数とプライベートIPアドレスの割り当てられるアドレスの数は一致しないものなのか
例えば、クラスCのグローバルIPアドレスが割り当てられている機器のネットワークには、２５４個のホストを機器に割り当てられることが可能である。それらの機器に割り当てられるプライベートIPアドレスの範囲は、192.168.0.0 ～ 192.168.255.255だから255×255=65025を割り当てることが可能?(254個のホストしか接続できないネットワークに、65025の住所の候補があるのがなんか気持ち悪い…笑)

以上となりますが、よろしくお願い致します。

Answer 1

直接的な回答にならないかもしれませんが、こういう質問を見た際に気になる根本的な誤解について書いておきます。

TCP/IPは「インターネット」でだけ利用されるプロトコルではありません

TCP/IPはあくまで通信プロトコルです。

• 各通信ノードの識別子と「IPアドレス」というものを利用する
• IPアドレスはネットワーク内でユニーク

等々、通信のためのルールがTCP/IPです。

つまり、「インターネットにつながっていないネットワーク（≒「プライベートネットワーク」）で利用していても構わない」ものです。

「インターネット」は「「プライベートネットワーク」同士のネットワーク」

「インターネット」は「「プライベートネットワーク」のネットワーク」です。

いわゆる「インターネット」では「プライベートネットワーク同士のネットワーク」を接続する際のプロトコルもTCP/IPを利用しています。

ここで重要なのは「インターネット」と「プライベートネットワーク」は 別のネットワーク であり、ネットワーク同士の接続 である、ということです。

つまり「インターネット」としてのネットワークの運用ルールと、「プライベートネットワーク」の運用ルールはそれぞれ独自に決めることができるものです。

TCP/IP

TCP/IPではIPアドレスを通信対象の識別子として利用するため、ネットワーク内で一意である必要があります。

プライベートネットワーク内で一意なIPアドレスをノードに配布すればTCP/IPによるネットワークは構成できます。
この際、そのネットワーク内で一意であれば、どのようなIPアドレスを振ることも技術的には可能です。

一方で「インターネット」でも当然一意である必要があり、その一意なIPアドレスのことを「グローバルIPアドレス」として世界的に管理・配布されています。

「インターネット」と「プライベートネットワーク」でのIPアドレスの重複

あるプライベートネットワーク内のあるノードのIPアドレスが [x.x.x.x] だったとします。
このプライベートネットワークが「インターネット」への接続をしておらず、ネットワーク内で [x.x.x.x] が一意であれば、ネットワーク上何も問題なく通信が行えます。

このプライベートネットワークが「インターネット」に接続した際を考えます。
この時、 [x.x.x.x] は別のネットワークに対するグローバルIPアドレスとして重複して利用されていたとします。
この状態で、このプライベートネットワーク内から [x.x.x.x] に通信を行った場合、プライベートネットワーク内の [x.x.x.x] に接続されることになります。
（というのは実は設計によりますが今はいったん流します）

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という状況を回避するための「推奨される設定方法」として「プライベートネットワーク内で利用するIPアドレス」をプライベートIPアドレスとして定められています。
これはあくまでICANNの 運用ルール です。

いわゆる「インターネット」内で到達しえないIPアドレスを定義し、プライベートネットワーク内のIPアドレスをその範囲に収めることで、

• プライベートアドレスは外部に接続しにいかない
• グローバルIPアドレスに接続すべきそのアドレスは存在しない

という状況を作ることができ、プライベートネットワークと、外部ネットワーク（「インターネット」）をシームレスに接続・構築しやすくなります。

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ということで、一応質問そのものにも回答（だけ）をしておくと、どちらも「NO」です。

※本来このあたりを理解するには、サブネットやルーティングを合わせて理解する必要がありますが、今回は割愛します。

Comments

[sabx]

ご回答ありがとうございます。
とても丁寧でわかりやすいご回答でしたので、kaz.Sunenaga様のご回答をBestアンサーとさせていただきます。

他の方々もお忙しい中ご回答ありがとうございました。

以上となりますが、よろしくお願いいたします。

Answer 2

上記クラスのアドレスはネットワーク部、ホスト部と分けることができ、

そもそも、IPアドレスの「クラス」という概念はとうの昔に廃止されています。

クラス分けしていると「ちょうどいいサイズで取れない」など問題が多発したため、ネットワーク部とホスト部の区切りを可変とすることで対応しました。これをCIDR (Classless Inter-Domain Routing) といいます。

グローバルアドレスもプライベートアドレスも、サブネットのサイズはクラスと関係なく適宜決められます。

Comments

[sabx]

ご回答ありがとうございます。

現在はクラスという概念は使用されていないのですね。
CIDRに付随する疑問が2点ありますもしよければお答えしていただくことは可能でしょうか。

・グローバルIPアドレス192.100.100.12/5が割り当てられているインターネットに接続されている機器のネットワークには、31個(/5だから)のホストに31個のプライベートIPアドレスが割り当てられるという認識で大丈夫でしょうか。
・その際プライベートIPアドレスは、10.10.10.10や14.13.12.19や255.0.0.0のように、グローバルIPアドレスとは全く関係ないアドレスを割り当てることも可能でしょうか。

以上となりますが、よろしくお願い致します。

[maisumakun]

プライベートIPアドレスを振った機器からインターネットにアクセスする場合、インターネットとはルーターが自分のグローバルIPアドレスで通信を行いますので、「グローバルアドレス1つにプライベートIPを振った機器が複数」という構成が普通になっています。

[sabx]

ご回答ありがとうございます。

>>プライベートIPアドレスを振った機器からインターネットにアクセスする場合、インターネットとはルーターが自分のグローバルIPアドレスで通信を行いますので、「グローバルアドレス1つにプライベートIPを振った機器が複数」という構成が普通になっています
→グローバルIPアドレスが割り当てられているネットワーク内の機器に割り当てられているプライベートIPアドレスなので、おっしゃっている通りかと思います。

ただ、その複数割り当てるプライベートIPアドレスは、全くの自由でも問題ないのでしょうか。DHCPサーバー等でプライベートIPアドレスを動的に割り当てられていても、今まで極端なプライベートIPアドレスを割り当てられたことがないような気がしていて(例えば0.0.1.5とか254.252.255.233など)、グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスに何か依存関係があるように感じてしまっています。

以上となりますが、よろしくお願い致します。

[maisumakun]

プライベートIPアドレスは、上に書かれている「10.0.0.0/8」「172.16.0.0/12」「192.168.0.0/16」のいずれかで設定しないといけません（それ以外のアドレスを設定してしまうと、そのIPアドレス宛の通信が「ローカルにいる相手」なのか「インターネット上の同じグローバルIPアドレスを持った相手」なのか区別不能となってしまいます）。これら3つの範囲は「グローバルIPアドレスとしては割り当てない」ということになっているので、ローカル用として安心して使えます。

Answer 3

プライベートIPアドレスをNATやIPマスカレードなどの
アドレス変換手法でグローバルIPアドレスに変換して
インターネットに接続されているものが多いため
色々と勘違いをされているようです。

グローバルIPアドレス：インターネットに直接接続しても良い
IPアドレスで通常はお金を払ってJPNICから許可を得ている
IPアドレスのことです。

プライベートIPアドレス：グローバルIPアドレスと違い
インターネットに直接接続してはいけないIPアドレスのことです。
その代わり無料で使えるのでテスト用のルータやパソコンに
自由に設定可能です。
プライベートIPアドレスを設定したパソコンや機器をインターネット
に接続するためにはグローバルIPアドレスに変換しないといけません。
クラスAのプライベートIPは(10.0.0.0 ～ 10.255.255.255)
クラスBのプライベートIPは(172.16.0.0 ～ 172.31.255.255)
クラスCのプライベートIPは(192.168.0.0 ～ 192.168.255.255)
です。

全体では
クラスAのIPは(0.0.0.0～127.255.255.255)
クラスBのIPは(128.0.0.0～191.255.255.255)
クラスCのIPは(192.0.0.0～223.255.255.255)
なのでプライベートIP以外の範囲部分は基本的にグローバルIPです。

(例)
172.16.1.1や192.168.1.1はプライベートIP
133.254.10.10や120.20.5.3などはグローバルIP
ということです。

尚、プライベートIPの機器からNATなどでグローバルIPに
アドレス変換する時は必ずしもクラスを一致させる必要は
ありません。

Comments

[sabx]

ご回答ありがとうございます。
グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスのクラスは必ずしも一致させる必要がないのですね。

追加で疑問点があるのですが、
グローバルIPアドレスがクラスCだと、該当ネットワーク内に割り当てられるホストの数は、254個かと思います。
それらの254個のホストに、クラスAのプライベートIPアドレスを割り当てることもできるかとは思いますが、最大16581375個(255×255×255)割り当てることになり、差分の16581121が無駄になってしまうという認識で問題ないでしょうか。
上記の「無駄になってしまう」という考えが正しい前提となってしまいますが、使用していないプライベートIPアドレスが多いことは、そんなに重大なことなのでしょうか。

以上となりますが、よろしくお願い致します。

[Yatsurugi]

そもそもグローバル IPは有償、プライベートIPは無償
だから現実的にはプライベートアドレスはどんどん無駄に
使って良いという感じです。

例えば月に数万円払ってグローバルIPを４個使っている会社が
あったとしてインターネットに接続したい端末が200台あれば
例えば50個のプライベートIPを1個のグローバルIPに変換するなどと
いうことをやるかと思われます。

プライベートIPはテスト機器も含めてどんどんと使って設定して良いのです。
一方、グローバルIPは大切に使う(設定し)なければなりません。

[Yatsurugi]

kikuchi123様が質問やレスポンスで使われているグローバルIPと
プライベートIPの概念にかなりの違和感を感じます。

既にご理解をされているかと思いますが、基本に立ち返って
http://www.pc-master.jp/internet/private-ip-address.html
などをよく読まれてはいかがでしょうか？

Answer 4

いろいろと理解がおかしいようです。
まず、組織内のネットワークのアドレス設計は、グローバルIPアドレスやインターネット接続のことはいったん忘れて、全く自由に決めて良いです。もちろん、プライベートIPアドレスの範囲でですが。これが理解されていないようです。

さて、インターネットにどう繋ぎましょうか？インターネットの使い方に2通りあります。
(A) 内部から外部のサーバーにアクセスする
(B) 外部にサーバーを公開してアクセスしてもらう
これはそれぞれ独立たニーズなので、別々に考えましょう。

(A) この場合は、性能を考えなければ、グローバルIPアドレスは1個で良いです。一般家庭と同じですね。どんなサブネット長の物でもかまいません。ルーターでIPアドレスを動的に変換(NAPT)することで外部にアクセスできます。

(B) は説明を書き始めましたが、ちゃんと書くのはめんどくさいので簡単に書きます。
外部に公開するサーバーの数だけ原則としてグローバルIPアドレスが必要です。このグローバルIPアドレスのネットワークと内部のプライベートIPアドレスのネットワークのつなぎ方は省略。

Answer 5

例えば、インターネットに接続される機器のグローバルIPアドレスがクラスAに分類される場合、

その機器のネットワーク内に存在している機器に割り当てられるプライベートIPアドレスはクラスAとなるのか

そうとは限りません。
もしそういう話だと、インターネットにつながってるとこは
すべて同じクラスだってことになりますよね。

Comments

[sabx]

ご回答ありがとうございます。

インターネットに接続されている機器のネットワーク内の機器に割り当てられるプライベートIPアドレスのクラスはどのように決定されるのでしょうか？
クラスCのグローバルIPアドレスを割り当てられている機器のネットワークには、ホストを254個割り当てることが可能ですが、それぞれの機器にクラスAのプライベートIPアドレス(192.168.0.0 ～ 192.168.255.255のいずれか)を割り当てることも可能という認識で問題ないでしょうか？

[takasima20]

ぶっちゃけプライベートアドレスは好きなようにつけてますよね。

で、グローバルIPアドレスは xxx.xxx.xxx.xxx で与えられるもので、
xxx.xxx.xxx.0～xxx.xxx.xxx.255 が与えられることはないです。
与えられたものの分類としてクラス分けがある感じ。

ネットワーク的に分離されている場合、双方のIPアドレスが
クラスAだろうがCだろうが設定(運用)は可能です。
このへんのイメージがつかめてないのかなーって気がするので、
専門書をいくつか読んでみた方がいいと思います。