【ITパスポート試験】No.161｜インターネットの仕組み

本記事では、インターネットに接続されたコンピュータがどのように識別・管理されているのかを、IPアドレスやドメイン名といった基本概念から、IPv4／IPv6、グローバルアドレス／プライベートアドレス、DNS、URLまで順番に整理して解説します。

1.　インターネットとアドレスの基本

この章では、インターネット上のコンピュータがどのように識別されているのかという全体像を押さえながら、IPアドレスとドメイン名の役割について説明します。

IPアドレス

IPアドレスは、インターネットに接続されたコンピュータやスマートフォン、ルータなどに割り当てられる「ネットワーク上の住所」です。ネットワークを流れるデータは、相手のIPアドレスを宛先として指定することで、世界のどこにあるコンピュータかを判断し、正しい場所へ届けられます。郵便物に書く住所がなければ手紙を届けられないのと同じで、IPアドレスがない機器はインターネットの世界では宛名不明の存在になってしまいます。

IPアドレスは、人間が見ると単なる数字の羅列に見えますが、内部的にはネットワークを分けたり、ルータが経路を判断したりするための情報も含まれています。企業ネットワークや家庭内LANでも、機器同士が通信するために必ずIPアドレスが使われており、インターネットかどうかに関わらず「ネットワーク通信の基本単位」として重要な意味を持っています。

ドメイン名

ドメイン名は、「example.com」のような文字列で表される、人間にとって分かりやすいインターネット上の名前です。IPアドレスが数字の住所であるのに対し、ドメイン名は看板や屋号のような役割を持ちます。利用者は通常、WebサイトにアクセスするときにIPアドレスではなくドメイン名を入力し、その裏側でIPアドレスとの対応付けが行われます。

例えば、「www.google.com」と入力してWebサイトを開くとき、ブラウザはまずこのドメイン名に対応するIPアドレスを調べ、そのIPアドレスを宛先としてデータを送信します。もしドメイン名がなければ、利用者は数字だらけのIPアドレスを覚えて入力しなければならず、現実的ではありません。ドメイン名は、人間とコンピュータの間を橋渡しする、インターネットの使いやすさを支える仕組みと言えます。

2.　IPアドレスのバージョン

この章では、IPアドレスの主なバージョンであるIPv4とIPv6の違いと、それぞれがどのような場面で使われているかを解説します。

IPv4

IPv4は、現在も広く利用されているIPアドレスの形式で、「192.168.0.1」のように0〜255の数字を4つ並べた表記をします。これは32ビットの数値を人間が読みやすい形に分割したもので、理論上約43億個のアドレスを表現できます。インターネット初期から使われてきたため、多くの機器やソフトウェアがIPv4対応を前提に作られてきました。

しかし、インターネット利用者や機器の爆発的な増加により、IPv4アドレスは徐々に不足してきました。この問題に対応するため、後述するプライベートアドレスやNATといった技術が工夫されましたが、根本的な解決策として、より多くのアドレスを扱える新しい規格であるIPv6の導入が進められています。試験学習では、IPv4が「現在も主流だが数が足りなくなりつつある形式」として位置付けられていることを意識すると理解しやすくなります。

IPv6

IPv6は、IPv4の後継として策定された新しいバージョンのIPアドレスで、「2001:0db8:abcd:0012:0000:0000:0000:0001」のように16進数をコロンで区切った表記をします。128ビットの長さを持つため、理論上ほぼ無限とも言える膨大な数のアドレスを扱うことが可能で、インターネットに接続するあらゆる機器に固有のアドレスを割り当てても余るほどの余裕があります。

IPv6は、アドレス枯渇問題への対応だけでなく、セキュリティや効率面でも改良が加えられています。一方で、IPv4との互換性を考慮しながら段階的に導入を進める必要があるため、現時点でも両方のバージョンが併存している状態です。利用者の目にはあまり見えませんが、多くのプロバイダや企業ネットワークでIPv6対応が進められており、今後さらに重要性が増していく技術と言えます。

3.　IPアドレスの種類（グローバル／プライベート）

この章では、IPアドレスの使われ方の違いとして、グローバルアドレスとプライベートアドレスの特徴を整理します。

グローバルアドレス

グローバルアドレスは、インターネット上で一意に割り当てられるIPアドレスで、世界中で重複しないように管理されています。Webサーバやメールサーバなど、インターネットから直接アクセスされる必要がある機器には、通常グローバルアドレスが割り当てられます。郵便で言えば、世界中どこからでも届く「正式な住所」に相当するイメージです。

グローバルアドレスは、各国や地域のインターネット登録機関を通じて配布され、勝手に自分で決めて使うことはできません。アドレスの数には限りがあるため、企業やプロバイダは必要な数だけを割り当ててもらい、それを効率的に使う仕組みを整えています。グローバルアドレスの不足がIPv4アドレス枯渇問題の背景にあり、その対策としてプライベートアドレスの活用やIPv6への移行が進められています。

プライベートアドレス

プライベートアドレスは、家庭や企業など「特定の組織やネットワークの内部だけで使う」ことを前提としたIPアドレスです。インターネット全体で一意である必要はなく、決められた範囲内であれば、どの組織も自由に同じアドレスを使うことができます。家庭用ルータの設定画面やパソコンのIPアドレスを確認すると、「192.168.0.〜」や「10.〜」といったプライベートアドレスが設定されていることが多くあります。

プライベートアドレスを使って社内や家庭内のネットワークを構成し、ルータがNATと呼ばれる機能でグローバルアドレスとの橋渡しを行うことで、限られたグローバルアドレスを多くの機器で共有することができます。また、外部から直接アクセスされにくいという性質もあるため、セキュリティ面でも一定のメリットがあります。プライベートアドレスは、IPv4アドレス不足を和らげる重要なアイデアとして広く利用されています。

4.　名前解決とWebアクセス

この章では、ドメイン名とIPアドレスを結び付けるDNS、そしてWebアクセスに欠かせないURLについて解説します。

DNS

DNS（Domain Name System）は、ドメイン名とIPアドレスを対応付けるための仕組みです。利用者がブラウザに「www.xxx.jp」と入力すると、まずDNSサーバに問い合わせが行われ、そのドメイン名に対応するIPアドレスが返されます。ブラウザは得られたIPアドレスを宛先として、実際の通信を開始します。このように、DNSはインターネットの「電話帳」や「住所録」のような役割を果たしています。

DNSは、世界中に分散配置された多数のDNSサーバが協力して動作しており、一部のサーバに障害が起きても全体としてサービスが止まらないよう工夫されています。また、頻繁に参照される情報をキャッシュとして一時的に保存することで、より素早く名前解決を行えるようになっています。利用者の目には直接見えませんが、DNSが正常に動作していないと、多くのWebサイトやサービスにアクセスできなくなってしまうほど重要な役割を持っています。

URL

URL（Uniform Resource Locator）は、Webページや画像、ファイルなど、インターネット上の「場所」を示すための表現です。一般的なURLは「https://www.example.com/index.html」のような形をしており、プロトコル名、ホスト名（ドメイン名）、パスなどの要素から構成されます。利用者がURLを入力することで、ブラウザはどのサーバのどの資源を、どのプロトコルを使って取得すべきかを判断できます。

URLを分解して見ると、先頭の「http://」や「https://」は通信に使うプロトコル、その後ろの「www.example.com」はサーバを表すドメイン名、さらに続く「/folder/file.html」の部分はサーバ内の具体的なファイルの場所を示しています。このように、URLはドメイン名やプロトコルと組み合わせて使われることで、インターネット上の資源を一意に指定することができます。日常的に目にする表記ですが、その中にはインターネットの仕組みがコンパクトに詰まっていると言えます。

まとめ

インターネットの仕組みを理解するうえで、まず押さえておきたいのは「インターネットに接続されたコンピュータは、固有のIPアドレスとドメイン名で管理されている」という点です。IPアドレスはネットワーク上の住所、ドメイン名は人間に分かりやすい名前であり、両者はDNSという仕組みを通じて結び付けられています。その結果、利用者は数字だらけのIPアドレスを意識することなく、ドメイン名やURLを使って直感的にサービスを利用できるようになっています。

IPアドレスには、IPv4とIPv6という二つのバージョンがあり、さらに利用範囲の違いによってグローバルアドレスとプライベートアドレスに分かれます。IPv4アドレスの不足を補うためにプライベートアドレスの活用が進み、同時に将来を見据えたIPv6への移行も行われています。こうしたアドレスの工夫があるからこそ、世界中の膨大な機器が同じインターネットに接続しても破綻せずに運用できていると言えます。

URLは、プロトコル、ドメイン名、パスなどを組み合わせてインターネット上の資源を一意に指定するための表現であり、Webブラウザのアドレスバーに表示されるおなじみの文字列です。DNSによる名前解決やIPアドレスによる通信と連携することで、私たちは見たいWebページを瞬時に表示できます。学習の際は、「IPアドレス＝住所」「ドメイン名＝名前」「DNS＝電話帳」「URL＝場所の指定」というイメージを持ちながら全体像を整理すると、インターネットの仕組みがぐっと理解しやすくなります。