インターネット接続とIPアドレス

5Gは、モノが主体のコミュニケーション（IoT通信）に対応するモバイル通信技術方式です。

3つの特徴とIoTの関係

「速い」だけなら4Gでも足りる場面が多くあります。5Gが本当に変えるのは、同時接続数と遅延です。第13章で学ぶIoTや超スマート社会の話と直結する論点です。

⑤ Massive MIMO

5Gでは、通信速度が低速になりがちな人が多く集まる場所でもアンテナ数を増やすことで快適なモバイル通信が実現できるMassive MIMO（マッシブMIMO）というネットワーク技術を採用しています。

第4章で学んだMIMO（複数のアンテナで帯域を広げる技術）を、さらに大規模にしたものです。Massive は「大量の」という意味で、アンテナを数十〜百単位で使います。

⑥ テザリング

他にも、携帯端末やスマートフォンなどを無線LANのアクセスポイントのように利用し、PCやゲーム機をインターネットに接続するテザリング機能なども広く利用されています。

tethering は「つなぎ止める」という意味の英語です。スマートフォンが中継役（アクセスポイント）になり、他の機器をインターネットへつなぎます。

第4章で学んだインフラストラクチャモードを、スマートフォンが担っている形です。出張先や外出先で、ノートパソコンをインターネットにつなぐ手段としてよく使われます。

無線が選ばれる場面

最後のバックアップという使い方が重要

第7章で学ぶ事業継続の観点から、回線の二重化は有効な対策です。光回線が工事や障害で使えなくなったとき、モバイル回線があれば最低限の業務は続けられます。

2つの回線を別の事業者にするのが定石です。同じ事業者だと、その事業者の障害で両方が同時に止まりかねないからです。

テザリングの落とし穴

「モバイル回線があればテザリングで十分」と考える場合、次の点に注意が必要です。

臨時の手段としては有効だが、常用には向かない——これが実務上の位置づけです。

確認してみましょう

> 次の記述の正誤を判定せよ。

> a　FTTHは光ファイバケーブルを各家庭に引き込むサービスであり、データ回線終端装置としてONUが必要になる。

> b　5Gは、これまでの4Gと比べ「超高速」「多数同時接続」「超低遅延」という特徴がある。

> c　テザリングとは、携帯端末を無線LANのアクセスポイントのように利用してPCなどをインターネットに接続する機能である。

解答　a：○　b：○　c：○

いずれも正しい記述です。3つの特徴（超高速・多数同時接続・超低遅延）は、そのまま問われることがあるので、セットで覚えておきましょう。

MVNOの「V」がVirtual（仮想）であることを押さえれば、「自前の設備を持たない」という性格が名前から導けます。第4章で学んだVPNの「V」と同じ発想です。

④ 経営戦略の観点から

この構図は、企業経営理論で学ぶ参入障壁の話そのものです。

格安SIMが混雑時間帯に遅くなるのは、この構造的な理由によります。なぜ安いのかを理解すれば、その限界も見えてくるという例です。

⑤ データローミング

データローミングとは、いつも使っている通信事業者の電波が届かない土地へ行ったときに、その土地の事業者の電波を借りて通信できるようにする仕組みです。

たとえば、日本国内で使っている端末を海外旅行に持参した際、データローミングにより現地でも使用することが可能となります。

roaming は「歩き回る、放浪する」という意味です。契約している事業者の圏外でも、提携先の事業者の網に間借りして通信するしくみです。

⑥ SIMフリー端末（SIMロックフリー端末）

SIMフリー端末とは、特定の通信事業者に縛られず、どの通信事業者のSIMカードでも通信を行うことができる端末のことです。

SIMカードとは

SIMカード（Subscriber Identity Module Card）とは、電話番号を特定するための固有のID番号が記録されたICカードです。

スマートフォンやタブレットなどで通信するには、端末にSIMカードを内蔵して使用します。

⑦ SIMロックの経緯

国内の大手通信事業者で販売されている端末には、他の事業者のSIMカードを使用できないようSIMロックがかかっている場合が多かったのですが、海外ではSIMフリー端末が主流であり、国内ではSIMロック端末は原則禁止となりました。

SIMロックがあると何が起きるか

利用者が事業者を変えにくくなることが、SIMロックの実質的な効果でした。これは企業経営理論でいうスイッチングコストを高める施策にあたります。

原則禁止となったのは、この障壁が競争を妨げると判断されたためです。技術的な制約ではなく、競争政策上の判断で決まった、という点が興味深いところです。

例

8ビットずつ4つに区切り、それぞれを10進数にしてドットでつなぐ——これがIPv4の表記法です。8ビットで表せる範囲は0〜255なので、各区画は0〜255の値になります。

③ 住所にたとえる

同じLANにつながっている端末は、ネットワークアドレス部が共通で、ホストアドレス部だけが違います。ちょうど、同じ町内の家が同じ町名を共有し、番地で区別されるのと同じ構造です。

④ 境目はどこにあるのか

ここが要点です。32ビットのうち、どこまでがネットワークアドレス部で、どこからがホストアドレス部なのかは、アドレスの数字を見ただけでは分かりません。

現在では、ネットワークアドレス部とホストアドレス部を可変に設定できるサブネットマスクやCIDR（Classless Inter-Domain Routing）を使用することが一般化しています。

⑤ サブネットマスク

サブネットマスクとは、コンピュータに設定されたIPアドレスのうち、ネットワークアドレス部に使用するビット数を表す32ビットの数値です。

例

サブネットマスクが2進数で「11111111　11111111　00000000　00000000」、10進数で「255.255.0.0」ならば、IPアドレスのうち上位16ビットがネットワークアドレス部、下位16ビットがホストアドレス部であることを意味します。

読み方のコツ

サブネットマスクは、1が並んでいる部分がネットワークアドレス部、0が並んでいる部分がホストアドレス部を表します。

255は2進数で11111111（1が8個）です。したがって255がいくつ並んでいるかを数えて8倍すれば、ネットワークアドレス部のビット数が出ます。

⑥ CIDR

CIDRとは、コンピュータに設定されたIPアドレスのうち、ネットワークアドレス部のビット長（先頭から何ビットまでがネットワークアドレス部であるか）を「/（スラッシュ）」で表す表記法です。

例

「211.11.0.1/16」ならば、IPアドレスのうち上位16ビットがネットワークアドレス部、下位16ビットがホストアドレス部であることを意味します。

⑦ 2つは同じことを別の書き方で表している

CIDRのほうが圧倒的に短く書けます。「/16」と書くだけで、「255.255.0.0」と書いたのと同じ意味になるからです。

⑧ 対応表を作る

よく使う値を対応づけておくと、問題を解くときに速くなります。

⑨ ホストアドレス部のビット数から端末数が分かる

ホストアドレス部が $n$ ビットなら、表せる番地の数は $2^n$ 個です。

ただし、すべてが0のアドレス（ネットワーク自体を表す）とすべてが1のアドレス（ブロードキャスト用）は端末に割り当てられないため、実際に使えるのは $2^n - 2$ 個になります。

内線番号の「101」は、どの会社にもあります。重複していても、社内でしか使わないから困らないのです。外にかけるときは、代表番号から発信します。

⑤ NATおよびNAPT（IPマスカレード）

NATおよびNAPTは、プライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスに変換する機能です。

LinuxにおけるNAPTの実装名をIPマスカレードとよびます。

⑥ 2つの違いを図で追う

NATの場合

1対1の対応表です。プライベートIPアドレスが2つあれば、グローバルIPアドレスも2つ必要になります。

LAN側からインターネットへパケットが送信されると、NATの機能により、送信元IPアドレスが変換されます。

グローバルIPアドレス宛にパケットが届くと、NATの機能により、対応するプライベートIPアドレスに変換されます。

NAPTの場合

グローバルIPアドレスが同じであることに注目してください。ポート番号で区別しているので、1つのグローバルIPアドレスを複数の端末で共有できます。

LAN側からインターネットへパケットが送信されると、NAPTの機能により、送信元IPアドレスと送信元ポート番号が変換されます。

グローバルIPアドレス宛にパケットが届くと、NAPTの機能により、ポート番号からプライベートIPアドレスが特定されて変換されます。

⑦ なぜNAPTが主流なのか

NATでは、同時にインターネットに出られる端末の数が、持っているグローバルIPアドレスの数に制限されます。10台の端末が同時に使うには、10個のグローバルIPアドレスが必要です。

NAPTなら、グローバルIPアドレスが1つあれば、何十台でも同時に使えます。ポート番号（0〜65535）で区別するからです。

家庭のブロードバンドルータは、通常NAPTで動いています。1つの契約（＝1つのグローバルIPアドレス）で、家族全員のスマートフォンとパソコンが同時にインターネットを使えるのは、このためです。

⑧ 副次的な効果——セキュリティ

NAPTには、もうひとつ重要な効果があります。

外部から内部の端末に、直接アクセスできなくなるのです。外から見えるのはグローバルIPアドレス1つだけで、その内側に何台の端末があるかも、それぞれのアドレスも分かりません。

第6章で学ぶファイアウォールほど強力ではありませんが、意図しない外部からのアクセスを事実上遮断するという効果があります。これは、もともとアドレス不足への対策として生まれた技術の、思わぬ副産物でした。

なお、IPsec（security architecture for Internet Protocol）とは、IPパケットを用いた通信においてセキュリティ機能を実現するプロトコルです。

③ 128ビットがどれだけ大きいか

96ビット増えただけに見えますが、アドレス数は $2^{96}$ 倍になります。地球上のあらゆる砂粒に1つずつ割り当ててもなお余る、という規模です。

枯渇の心配が事実上なくなるため、プライベートIPアドレスとNAPTで節約する必要もなくなります。

④ 3つの特徴が互いにつながっている

アドレスが足りていれば、すべての端末にグローバルIPアドレスを与えられます。そうなればNAPTが不要になり、端末同士が直接通信できるようになります。

ところが、直接通信できるということは、外部から直接狙われるということでもあります。NAPTによる「意図せぬ遮蔽」がなくなるため、セキュリティ機能を標準で備えておく必要が生じました。これがIPsecの標準装備です。

3つの特徴は、独立に足されたのではなく、互いに必然的につながっている——こう理解しておくと、記憶に残ります。

⑤ アドレスの構成

IPv4はネットワークアドレス部とホストアドレス部から構成されましたが、IPv6はプレフィックスとインタフェースIDから構成されます。

IPv6のプレフィックスはIPv4のネットワークアドレス部に、IPv6のインタフェースIDはIPv4のホストアドレス部にそれぞれ該当します。

役割は同じで、名前とビット数が変わっただけです。「どのネットワークか」＋「その中のどの端末か」という構造は共通しています。

prefix は「接頭辞」という意味で、アドレスの先頭部分を指します。

⑥ ICANN

ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）は、インターネットで利用されるグローバルIPアドレス、ドメイン名などの標準化や割り当てを行う民間の非営利組織です。

インターネットの国際化に伴い、1998年に設立されたのがICANNです。同時に、ドメイン名の登録などについても競争原理を導入することになり、ICANNが登録受付業務を行う組織を世界中から募集しました。

⑦ なぜ中央の組織が要るのか

グローバルIPアドレスとドメイン名は、世界で重複してはならないものです。2つの組織が同じアドレスを使えば、どちらにデータが届くべきか決まりません。

したがって、誰かが一元的に管理し、重複しないように割り当てる必要があります。その役割を担っているのがICANNです。

民間の非営利組織であるという点も押さえてください。政府機関でも国際機関でもありません。インターネットが特定の国に属さない性格を持つことの表れです。

⑧ 第4章とのつながり

第4章で「インターネットはたくさんのルータを接続した巨大なネットワークであり、中央の管理者はいない」と学びました。これと矛盾するようですが、そうではありません。

運用は分散、資源の割り当ては集中——この組み合わせが、インターネットという仕組みを成り立たせています。