ネットワーク層プロトコル概要
ネットワーク層（IP層）は、TCP/IPスタックの中核をなすレイヤーであり、OSIモデルのネットワーク層に対応する。この層では接続なし（コネクションレス）のデータ転送が行われ、各IPパケットは独立して送信される。
ネットワーク層にはIP（Internet Protocol）だけでなく、ICMP（Internet Control Message Protocol）や過去のIPX（Internetwork Packet Exchange）なども含まれるが、現在のインターネットでは主にIPが使用される。
IPプロトコルとデータカプセル化
IPプロトコルは、パケットのフォーマットと転送ルールを定義する。IPv4パケットはヘッダとペイロードから構成され、ヘッダには以下の重要なフィールドが含まれる：
- フラグメント関連フィールド：MTU（Maximum Transmission Unit）を超えるパケットは複数のフラグメントに分割され、受信側で再構築される。
- TTL（Time to Live）：パケットが通過できるルータ数を制限し、値が0になると破棄される。これにより無限ループを防止する。
- プロトコル番号：上位レイヤー（例：TCP=6、UDP=17）を識別し、適切なプロトコルにデータを渡す。
IPv4アドレスの基本概念
IPアドレスとは
IPv4アドレスは32ビットの識別子で、ネットワーク上のインターフェースを一意に特定するために使用される。「ドット区切り10進表記」（例：192.168.1.1）で表現され、範囲は0.0.0.0～255.255.255.255。
アドレスはネットワーク部とホスト部に分かれ、サブネットマスクによってその境界が決定される。ネットワーク部は所属ネットワークを示し、ホスト部はそのネットワーク内でのデバイスを識別する。
クラスフルアドレッシング
初期のIPv4では、アドレスを以下のようにクラス分けしていた：
- Aクラス：0.0.0.0～127.255.255.255（/8、ネットワーク部8ビット）
- Bクラス：128.0.0.0～191.255.255.255（/16、ネットワーク部16ビット）
- Cクラス：192.0.0.0～223.255.255.255（/24、ネットワーク部24ビット）
ネットワーク内のアドレス種別
- ネットワークアドレス：ホスト部がすべて0（例：192.168.10.0/24）
- ブロードキャストアドレス：ホスト部がすべて1（例：192.168.10.255/24）
- 割当可能アドレス：ネットワーク・ブロードキャスト以外のアドレス（例：192.168.10.1～192.168.10.254）
利用可能なホスト数は \(2^n - 2\)（\(n\) = ホスト部ビット数）で計算される。
プライベートIPアドレス
インターネットに直接接続しない内部ネットワーク向けに、IANAが予約したアドレス空間：
- Aクラス：10.0.0.0～10.255.255.255
- Bクラス：172.16.0.0～172.31.255.255
- Cクラス：192.168.0.0～192.168.255.255
特殊用途アドレス
| アドレス種別 | 範囲 | 用途 |
|---|---|---|
| リミテッドブロードキャスト | 255.255.255.255 | 同一セグメント内の全ホスト宛て（ゲートウェイ越え不可） |
| 未指定アドレス | 0.0.0.0 | 「任意のネットワーク」または初期設定時のプレースホルダ |
| ループバックアドレス | 127.0.0.0/8 | ローカルホストの自己診断（例：127.0.0.1） |
| リンクローカルアドレス | 169.254.0.0/16 | DHCP失敗時に自動割り当て（APIPA） |
IPv4とIPv6の比較
IPv4アドレス空間（約43億個）は2011年に枯渇し、拡張性とセキュリティ向上のためIPv6（128ビット）への移行が進んでいる。
サブネット分割（Subnetting）
サブネット分割の目的
大きなネットワークを小さなブロードキャストドメインに分割することで、トラフィックの効率化とIPアドレスの有効活用を実現する。
サブネット分割の手順
例：192.168.10.0/24 を分割する場合
- 元のネットワーク分析：ホスト部8ビット → 256アドレス（254台利用可能）
- ホストビットの借用：必要なホスト数に応じて、ネットワーク部にビットを追加（例：10ホスト → 最小4ビット必要 → /28）
- ネットワークアドレス算出：ホスト部を0に設定
- ブロードキャストアドレス算出：ホスト部を1に設定
例：192.168.1.0/24 を /28（255.255.255.240）で分割すると、16個のサブネット（各16アドレス）が得られる。
IPv4アドレスの設定方法（Huawei CLI例）
基本設定コマンド
# 物理インターフェースのIP設定 [Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/1 [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 # またはプレフィックス長で指定 [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] ip address 192.168.1.1 24
# ループバックインターフェース（論理インターフェース）の設定 [Huawei] interface LoopBack 0 [Huawei-LoopBack0] ip address 1.1.1.1 255.255.255.255 # または [Huawei-LoopBack0] ip address 1.1.1.1 32
これらの設定により、デバイス間のルーティングや管理アクセスが可能になる。