ネットワーク基礎講座：IPアドレス、ルーティング、プロトコルとは？インターネットの仕組みを解き明かす

インターネットや社内ネットワークなど、私たちのデジタルライフに欠かせないネットワーク技術。その根幹を支える重要なキーワードが「IPアドレス」「ルーティング」「プロトコル」です。これらの仕組みを理解することで、インターネットがどのように機能し、情報がどのようにやり取りされているのか、その基礎を深く理解することができます。本記事では、ネットワークの初心者にも分かりやすく、これらの基本概念を解説します。

1. ネットワーク上の住所：
　 IPアドレス（アイピーアドレス）とは？

IPアドレスは、インターネットやLANなどのTCP/IPネットワーク上で、個々のデバイス（コンピュータ、スマートフォン、ルーターなど）を識別するための住所のような役割を果たします。これにより、ネットワーク上の無数のデバイスの中から、特定の相手を正確に特定し、データを送受信することが可能になります。

IPアドレスの構造:

現在主流のIPv4（Internet Protocol version 4）では、IPアドレスは「192.168.1.10」のように、8ビットの数字4つをドット（.）で区切った32ビットの数値で表現されます。各8ビットの数字は0から255までの値を持ちます。

IPアドレスは、ネットワーク部とホスト部で構成されており、どのネットワークに属するのか、そのネットワーク内のどのデバイスなのかを示しています。

ネットワーク部: ネットワーク全体を識別するための番号。
ホスト部: そのネットワークに接続された個々のデバイスを識別するための番号。

IPアドレスの種類には、グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスがあります。

グローバルIPアドレス: インターネット上で一意に割り振られるアドレスで、世界中のどこからでもアクセス可能です。
プライベートIPアドレス: LANなどの閉じたネットワーク内で自由に割り振られるアドレスで、インターネットに直接接続する際には、ルーターなどによってグローバルIPアドレスに変換されます（NAT：Network Address Translation）。

2. 情報の道案内：ルーティング（Routing）とは？

ルーティングとは、ネットワーク上で送信元から宛先までデータを効率的に届けるための経路選択（道案内）の仕組みです。インターネットのような複雑なネットワークでは、データは複数のルーターと呼ばれる中継機器を経由して目的地まで到達します。ルーティングは、これらのルーターが最適な経路を選択し、データを転送するプロセス全体を指します。

ルーティングの仕組み:

ルーターは、ルーティングテーブルと呼ばれる経路情報を持つデータベースを参照し、宛先のIPアドレスに基づいて最適な次の転送先（別のルーターまたは最終的な宛先）を決定します。ルーティングテーブルには、ネットワークの構成情報や、それぞれのネットワークへの最適な経路、距離（コスト）などが記録されています。

ルーティングには、大きく分けて以下の2つの方式があります。

スタティックルーティング（静的ルーティング）: 管理者が手動でルーティングテーブルに経路情報を設定する方式です。小規模なネットワークや、経路が固定されている場合に適しています。
ダイナミックルーティング（動的ルーティング）: ルーティングプロトコルと呼ばれる特別なプロトコルを使用して、ルーター同士が自動的に経路情報を交換し、最適な経路を学習・更新する方式です。大規模なネットワークや、ネットワーク構成が頻繁に変わる場合に適しています。代表的なルーティングプロトコルには、RIP、OSPF、BGPなどがあります。

3. 通信の共通言語：プロトコル（Protocol）とは？

プロトコルとは、ネットワーク上で異なるデバイスやアプリケーション同士が円滑に通信を行うための共通のルールや手順の集まりです。人間が会話をする際に言語や文法といったルールに従うように、ネットワーク上のデバイスもプロトコルに従って情報をやり取りします。

プロトコルは、通信の開始から終了、データの形式、エラー処理など、通信に関わるあらゆる側面を規定しています。インターネットでは、TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）と呼ばれるプロトコル群が基本として使用されています。

代表的なプロトコル:

TCP/IPは、複数のプロトコルが階層構造になっており、それぞれ異なる役割を担っています。主なプロトコルには以下のようなものがあります。

IP（Internet Protocol）: ネットワーク層に位置し、IPアドレスに基づいてデータを宛先まで配送する役割を担います（信頼性の低い、コネクションレス型のプロトコル）。
TCP（Transmission Control Protocol）: トランスポート層に位置し、信頼性の高い、順番通りのデータ転送を実現します（コネクション型のプロトコル）。データの分割・再構築、エラー検出・再送制御などを行います。
UDP（User Datagram Protocol）: トランスポート層に位置し、高速なデータ転送を重視する、信頼性の低いコネクションレス型のプロトコルです。リアルタイム性の高いアプリケーション（動画ストリーミング、オンラインゲームなど）でよく利用されます。
HTTP（Hypertext Transfer Protocol）: アプリケーション層に位置し、WebブラウザとWebサーバ間のデータ送受信に使用されるプロトコルです。
HTTPS（HTTP Secure）: HTTPに暗号化機能（SSL/TLS）を追加した、より安全な通信を行うためのプロトコルです。
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）: アプリケーション層に位置し、電子メールを送信するためのプロトコルです。
POP3（Post Office Protocol version 3）/IMAP（Internet Message Access Protocol）: アプリケーション層に位置し、電子メールを受信するためのプロトコルです。
DNS（Domain Name System）: アプリケーション層に位置し、人間が理解しやすいドメイン名（example.com）を、コンピュータが理解できるIPアドレスに変換する仕組みです。