データを届けるインターネット層

勉強記録

現在、ネットワークの勉強をしています。
今回はインターネット層について勉強しました。
インターネット層は宛先のコンピューターまでデータを届ける役割をしています。

インターネット層がどうやって宛先を間違えずにデータを届けることができているのかについてまとめました。

勉強に使用している本はこちらです！
イラスト図解で、前ページフルカラーなのでネットワークの仕組みがとても理解しやすいです！

スラスラわかるネットワーク＆TCP/IPのきほん 第2版

インターネット層は前回まで勉強していたトランスポート層の下にある層です。
TCP/IPの階層モデルについてはこちらの記事にまとめています。
programming-kanamama.hatenablog.com

なぜインターネット層はデータを届けることができるのか

インターネット層はIPアドレスという重複しない識別番号を頼りにデータを届けています。

IPアドレスはよく住所などに例えられますが、実際には地理的な位置は関係なく、ネットワーク単位で割り当てられます。

IPアドレスを頼りにデータを届けるためにルーターというネットワーク機器が、ネットワーク同士をつなげています。
ルーターはネットワーク同士を繋げ、宛先までの経路を調べて隣接するルーターにデータを転送していきます。（ルーティング）

IPv4とIPv6

IPv4は現在主に使われているインターネット層のプロトコルです。
IPv4パケットにはIPヘッダーがあって、トランスポート層から受け取ったデータにIPヘッダーを付けます。
IPヘッダーには、送り元と宛先のコンピューターのIPアドレスや、バケット全体の長さなどの様々なデータが含まれています。

生存期間

IPパケットには生存期間（TTL）が決まっています。
これにより、もし宛先のコンピューターが存在しなかったり、経路が見つからなかったとしても、到着しないパケットがいつまでもネットワーク内に残って混雑の原因になってしまうことを防ぎます。

パケットを分割して送る

一度に転送できるデータのサイズ（MTU）は経路によって様々です。
そのため、ルーターがMTUに応じてパケットを分割して転送しています。
さらに、あらかじめ経路全体のMTUを調べて、MTU以下のサイズのパケットを作るように制御することもあります。

分割されたパケットは、他のパケットと混ざった状態で宛先に届きますが、識別子やIPアドレスを頼りにデータを復元します。

IPv6

インターネットが急激に普及し、IPアドレスが足りなくなるかもしれないという恐れがでてきています。
それを解消するためにIPv6への対応が進められています。

IPv4とIPv6は、アドレスもパケットも互換性がありません。
そのため、デュアルスタックやトンネリングといった技術を利用して、徐々に移行が進められています。

・デュアルスタック：１つの危機に2種類のアドレスを割り当て、どちらでも通信可能にする
・トンネリング：IPv4パケットの中にIPv6のパケットを入れて、IPv4ネットワークを通過する

プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレス

IPアドレスにはプライベートIPアドレスと、グローバルIPアドレスの2種類があります。

プライベートIPアドレス

オフィス内や家庭内などの組織内でのみ使用できるIPアドレスです。
同じネットワーク内では重複して使うことはできませんが、他のネットワークであれば重複しても大丈夫です。

そのままではインターネットとは通信できないので、アドレス変換技術などでグローバルIPを持つ機器に中継してもらうことで、インターネット通信が可能になります。

グローバルIPアドレス

インターネットに接続する機器が使用できるIPアドレスです。
グローバルIPアドレスはインターネット内で重複してはいけないので、IPアドレスの管理団体（インターネットレジストリ）によって管理されています。
（グローバルIPアドレスが重複してしまうと、データの届け先が分からなくなってしまいます）

インターネットレジストリからプロバイダにグルーバルIPアドレスが割り当てられており、企業や家庭ではそのIPアドレスをプロバイダから貸し出してもらい、インターネット通信を行います。