Public / Private IPv4

このページで学ぶこと

• RFC1918 Private Range
• Private Range境界
• Public IPv4の基本概念
• Special-Purpose Addressの識別
• Documentation Address Range
• Private AddressのGlobal Routing特性
• Private AddressとNATの基本関係
• 期待Address種別との比較

IPv4アドレスを見るとき、

10.x.x.xだからプライベート

という知識だけでは十分ではありません。

実際のトラブルシューティングでは、

このアドレスはRFC 1918プライベートなのか

通常のグローバルパブリックユニキャストとして使うアドレスなのか

別の目的を持つ特殊用途アドレスなのか

設計上期待されているアドレス種別と一致しているか

まで判断する必要があります。

例えば、

172.20.10.5

はRFC 1918プライベートIPv4ですが、

172.40.10.5

はRFC 1918プライベート範囲ではありません。

また、

192.0.2.10

はRFC 1918プライベートではありませんが、文書用のアドレスです。

さらに、

100.64.10.1

もRFC 1918プライベートではなく、共有アドレス空間に属します。

したがって、

RFC 1918ではない
=
パブリックIPv4

という2択では判断できません。

このページでは、

IPv4アドレス
↓
RFC 1918プライベートか
↓
代表的な特殊用途アドレスか
↓
設計上期待されるアドレス属性と一致するか

という流れでアドレス分類を診断します。

1. RFC 1918プライベートIPv4アドレス

RFC 1918でプライベートネットワーク用として定義されているIPv4アドレス範囲は、次の3つです。

10.0.0.0/8

172.16.0.0/12

192.168.0.0/16

範囲を整理すると、

これらのアドレスは、組織内部などのプライベートネットワークで使用できます。

同じプライベートアドレスを、互いに独立した複数の組織が使用することもできます。

例えば、

192.168.1.10

というアドレスがインターネット全体で1台だけに割り当てられるわけではありません。

プライベートネットワーク内部で一意になるよう管理します。

2. 10.0.0.0/8

最初のプライベート範囲は、

10.0.0.0/8

です。

範囲は、

10.0.0.0
～
10.255.255.255

です。

したがって、

10.1.1.1
10.20.30.40
10.255.255.254

はいずれもRFC 1918プライベートアドレスです。

第1 オクテットが10である、

10.x.x.x

はすべてこの/8に含まれます。

3. 172.16.0.0/12

プライベート範囲の中で特に境界を間違えやすいのが、

172.16.0.0/12

です。

範囲は、

172.16.0.0
～
172.31.255.255

です。

第2 オクテットで見ると、

16 ～ 31

がプライベートです。

したがって、

172.16.1.1
172.20.10.5
172.31.255.254

はプライベートです。

一方、

172.15.255.254
172.32.0.1
172.40.10.5

はRFC 1918プライベート範囲ではありません。

つまり、

172.x.x.x
=
すべてプライベート

ではありません。

4. /12 の境界を理解する

172.16.0.0/12では、先頭12ビットがネットワーク側として固定されています。

第2 オクテットを見ると、

16
=
00010000

31
=
00011111

です。

先頭4ビットが共通しているため、

172.16.x.x
～
172.31.x.x

が172.16.0.0/12に含まれます。

試験では特に、

172.15.x.x
→ RFC 1918プライベートではない

172.16.x.x
→ プライベート

172.31.x.x
→ プライベート

172.32.x.x
→ RFC 1918プライベートではない

という境界を正しく判断できることが重要です。

5. 192.168.0.0/16

3つ目のプライベート範囲は、

192.168.0.0/16

です。

範囲は、

192.168.0.0
～
192.168.255.255

です。

例えば、

192.168.1.10
192.168.100.1
192.168.255.254

はいずれもプライベートです。

一方、

192.167.1.10
192.169.1.10

はこの範囲には含まれません。

つまり、

192.x.x.x

全体ではなく、

192.168.x.x

がRFC 1918プライベートです。

6. RFC 1918の境界をまとめる

プライベートIPv4として覚えるのは、次の3範囲です。

10.0.0.0/8

172.16.0.0/12

192.168.0.0/16

代表的なアドレスを分類すると、

特に、

172
192

という先頭の数値だけでプライベートと判断しないことが重要です。

7. プライベートアドレスの基本的な性質

RFC 1918プライベートアドレスは、組織内部などで再利用できます。

例えば、

192.168.1.10

を、

組織 A
組織 B
自宅LAN
検証環境

がそれぞれ別のプライベートネットワーク内で使用できます。

したがって、

プライベートIPv4
=
インターネット全体で一意

ではありません。

またRFC 1918プライベートアドレスは、通常のパブリックインターネット上でグローバルにルートするためのアドレスではありません。

ただし、

プライベートアドレス
=
通信できないアドレス

という意味でもありません。

プライベートネットワーク内部では、ルーターを介して複数のプライベートサブネット間を通信させることもできます。

違いは、

プライベートネットワーク内部で使用するアドレス

なのか、

インターネット上でグローバルに使用するアドレス

なのかという点です。

8. パブリックIPv4と特殊用途IPv4を区別する

通常のパブリックIPv4を考えるときは、インターネット上でグローバルに利用するユニキャストアドレスを想定します。

しかし重要なのは、

RFC 1918プライベートではない
=
必ず通常のパブリックIPv4

ではないことです。

IPv4アドレス空間には、プライベート以外にも特定目的のアドレスがあります。

例えば、

ループバック
リンクローカル
共有アドレス空間
文書用

などです。

このページでは、CCNAの学習でプライベート / パブリックを誤分類しやすい代表的な特殊用途アドレスだけを扱います。

ここで示す一覧は、

IPv4の特殊用途アドレスを
すべて列挙した網羅表

ではありません。

IPv4には、このほかにもIANAで登録された特殊用途プレフィックスや、マルチキャスト、予約済みなど通常のグローバルパブリックユニキャストとは異なるアドレス空間があります。

したがって、

このページの代表例に該当しない
=
自動的にパブリックIPv4

とは判断しません。

実際のトラブルシューティングでは、必要に応じてIANAのレジストリや設計情報を確認します。

9. CCNAで押さえる代表的な特殊用途アドレス

代表例を整理すると次のようになります。

これらは、

RFC 1918プライベートではない

という点では共通しています。

しかし、

通常のグローバルパブリックユニキャストアドレス

として同じように扱うアドレスでもありません。

アドレスの目的を区別する必要があります。

10. ループバック 127.0.0.0/8

127.0.0.0/8

はループバック用です。

代表的なアドレスは、

127.0.0.1

です。

ループバックアドレスはホスト自身を指す用途に使用されます。

したがって、

127.0.0.1

について、

RFC 1918プライベート
いいえ

通常のグローバルパブリックIPv4
いいえ

特殊用途
はい

用途
ループバック

と判断します。

127.0.0.1がRFC 1918プライベートではないからといって、

パブリックインターネット用アドレス

と判断してはいけません。

11. リンクローカル 169.254.0.0/16

IANAでIPv4リンクローカルとして登録されているプレフィックスは、

169.254.0.0/16

です。

したがって、

169.254.20.10

は、

RFC 1918プライベート

ではありませんが、通常のグローバルパブリックIPv4でもありません。

分類は、

特殊用途
リンクローカル

です。

ここで、

IANAに登録されているプレフィックス

と、

ホストがIPv4リンクローカルを
動的に選択するときのアドレス範囲

を区別します。

IANA上のプレフィックスは、

169.254.0.0/16

です。

一方、RFC 3927でホストがIPv4リンクローカルアドレスを自動選択するときは、

169.254.1.0
～
169.254.254.255

から選択します。

169.254.0.0/16の先頭256 アドレスと末尾256 アドレスは、この動的選択では使用しません。

このページで重要なのは、

169.254.0.0/16
=
リンクローカル用として登録されたプレフィックス

であることです。

アドレス割り当ての詳細な仕組みは、このページで扱う範囲ではありません。

12. 共有アドレス空間 100.64.0.0/10

誤分類しやすいアドレス空間として、

100.64.0.0/10

があります。

これは、

共有アドレス空間

です。

範囲は、

100.64.0.0
～
100.127.255.255

です。

例えば、

100.100.10.20

はこの範囲に含まれます。

したがって、

RFC 1918プライベート
いいえ

通常のグローバルパブリックIPv4
いいえ

特殊用途
はい

用途
共有アドレス空間

と判断します。

つまり、

100.x.x.xだからパブリック

とも、

パブリックではないからRFC 1918プライベート

とも判断できません。

13. 文書用アドレス

教材やRFC、設定例では、

192.0.2.0/24

198.51.100.0/24

203.0.113.0/24

が頻繁に使用されます。

これらは文書用のアドレス範囲です。

それぞれ、

192.0.2.0/24
TEST-NET-1

198.51.100.0/24
TEST-NET-2

203.0.113.0/24
TEST-NET-3

として定義されています。

例えば教材中に、

外部インターフェース
203.0.113.10/24

と書かれていた場合、

インターネット側を表すインターフェースの例

として使用されている可能性があります。

しかし、

203.0.113.10

というアドレスそのものが、実運用でグローバルパブリックアドレスとして使用する実例だという意味ではありません。

つまり、

構成上の役割

と、

アドレスプレフィックスそのものの正式な用途

を区別します。

14. プライベートアドレスとNATの基本的な関係

プライベートアドレスを使用する内部ホストがパブリックインターネットなどと通信する構成では、NATやPATが利用されることがあります。

概念的には、

内部ホスト

10.1.1.10
プライベートIPv4

        ↓

ルーター / ファイアウォール
NAT / PAT

        ↓

外部側で使用するアドレス

という関係です。

ただし、

プライベートアドレス
=
NAT

ではありません。

プライベートネットワーク同士を内部ルーターでルーティングするだけなら、プライベートアドレスのまま通信できます。

例えば、

10.1.0.0/16

      ↓

エンタープライズルーター

      ↓

10.2.0.0/16

という内部通信で、必ずNATを使用するわけではありません。

NATが特に関係するのは、

プライベートアドレス空間
↓
パブリックインターネットなど

の境界を越える構成です。

このページではこの概念的な関係だけを扱います。

内部 Local
内部グローバル
静的 NAT
Dynamic NAT
PAT
変換 Table
IOS XE NAT 設定

などは後続範囲で扱います。

15. アドレスを分類するときの考え方

IPv4アドレス分類では、次のように考えます。

1. RFC 1918プライベート範囲か確認

        ↓

2. プライベートでなければ
   既知の特殊用途プレフィックスか確認

        ↓

3. 設計上
   どのアドレス種別が期待されているか確認

        ↓

4. 実際のアドレス属性と比較する

ただし、

代表的特殊用途一覧に該当しない
=
パブリック

という判定方法ではありません。

このページの特殊用途一覧は代表例です。

必要な場合は、

IANAレジストリ
アドレス割り当て情報
ネットワーク設計情報

なども使って、そのアドレスをグローバルパブリックユニキャストとして扱えるか確認します。

つまり、このページの目的は、

アドレスを暗記した一覧だけで
パブリック / プライベートの二択へ押し込む

ことではありません。

16. 期待アドレス種別と実際のアドレスを比較する

トラブルシューティングでは、

このアドレスは何種類か

だけでなく、

そのインターフェースには
どの種類のアドレスが期待されているか

と比較します。

例えば設計上、

LANインターフェース
→ RFC 1918プライベートを使用

するとします。

実際の設定が、

172.20.10.1/24

なら、

172.20.x.x
→ 172.16.0.0/12内
→ RFC 1918プライベート

なので、アドレス属性は期待と一致します。

一方、

172.40.10.1/24

なら、

172.40.x.x
→ 172.16.0.0/12ではない

ため、

プライベートアドレスを使用する

という設計条件とは一致していません。

17. インターネット向けインターフェースの例

次に設計上、

インターネット向けインターフェース
→ 実運用でグローバルに利用可能なパブリックアドレス

が必要だとします。

そこに、

192.0.2.10/24

が設定されていた場合を考えます。

192.0.2.10はRFC 1918プライベートではありません。

しかし、

192.0.2.0/24

は文書用範囲です。

したがって、

プライベートではない

という確認だけでは要件を満たしたことになりません。

実運用でグローバルパブリックアドレスが必要なインターフェースなら、アドレス属性が期待と一致していないと判断できます。

18. アドレス属性だけで通信障害を断定しない

アドレス分類はIPv4トラブルシューティングの一部です。

例えば、

RFC 1918プライベートであるべきインターフェースに
RFC 1918ではないアドレスが設定されている

なら、重要な確認結果になります。

しかし、

アドレス種別が正しい

だけで通信全体が正常とは判断できません。

IPv4通信には、

アドレス
プレフィックス長
サブネット所属
アドレス割り当て
Default ゲートウェイ
ルーティング
NAT

など複数の要素が関係します。

このページでは、

期待されるアドレス種別
と
実際のアドレス種別

の比較までを担当します。

アドレス割り当てや複数設定を統合した最終診断は後続ページで扱います。

19. 似ているアドレス種別を整理する

ここで重要なのは、

RFC 1918プライベート

と、

パブリックではないアドレス

は同義ではないことです。

また、この表はIPv4アドレス空間全体を網羅した一覧ではありません。

20. よくある誤判断

誤り1： 172.x.x.x をすべてプライベートとする

プライベートなのは、

172.16.0.0
～
172.31.255.255

です。

誤り2： 192.x.x.x をすべてプライベートとする

RFC 1918プライベートなのは、

192.168.0.0/16

です。

誤り3：RFC 1918でなければパブリックとする

例えば、

127.0.0.1
169.254.20.10
100.100.10.20
192.0.2.10

はいずれもRFC 1918ではありませんが、通常のグローバルパブリックIPv4として扱うアドレスではありません。

誤り4：このページの特殊用途一覧にないからパブリックとする

このページの一覧は代表例であり網羅表ではありません。

一覧外でも通常のグローバルパブリックユニキャストではないアドレス空間は存在します。

誤り5： 100.64.0.0/10 をRFC 1918プライベートとする

これは、

共有アドレス空間

です。

RFC 1918のプライベート範囲には含まれません。

誤り6： 169.254.0.0/16 の全アドレスが動的選択対象だと思う

IANA登録プレフィックスは、

169.254.0.0/16

ですが、RFC 3927でホストが動的に選択するのは、

169.254.1.0
～
169.254.254.255

です。

誤り7：文書用アドレスを実運用パブリックアドレスだと思う

192.0.2.0/24
198.51.100.0/24
203.0.113.0/24

は文書用です。

誤り8：プライベートアドレスなら必ずNATが必要と思う

プライベートネットワーク内部でルーティングするだけなら、必ずNATを使用するわけではありません。

NATはアドレスの種類ではなくアドレス変換を行う機能です。

21. アドレス分類診断の基本手順

実際のトラブルシューティングでは、次の流れで整理します。

1. 対象IPv4アドレスを確認

        ↓

2. RFC 1918プライベート範囲か確認

        ↓

3. プライベートでなければ
   特殊用途でないか確認

        ↓

4. 必要なら
   IANAレジストリや設計情報を確認

        ↓

5. 設計上期待されている
   アドレス種別を確認

        ↓

6. 実際のアドレス属性と比較

        ↓

7. 不一致なら
   アドレス分類上の確認結果

例えば、

LANインターフェースには
RFC 1918プライベートを使用する

という要件に対して、

172.40.10.1

が設定されていれば、RFC 1918プライベートではありません。

反対に、

実運用のインターネット向けインターフェースには
グローバルパブリックアドレスが必要

という要件に対して、

203.0.113.10

が設定されていれば、文書用範囲なので要件と一致しません。

22. 最終的に判断できるようにすること

このページではまず、

10.0.0.0/8

172.16.0.0/12

192.168.0.0/16

をRFC 1918プライベート範囲として確実に識別します。

特に、

172.15
172.16
172.31
172.32

の境界は重要です。

そのうえで、

RFC 1918ではない
=
パブリック

とは判断せず、

ループバック
リンクローカル
共有アドレス空間
文書用

など代表的な特殊用途アドレスを識別します。

ただし、これらは代表例であってIPv4アドレス空間全体の網羅表ではありません。

最終的な考え方は、

IPv4アドレス
↓
RFC 1918プライベートか
↓
特殊用途等ではないか
↓
設計上期待されるアドレス属性
↓
実際のアドレス属性
↓
整合 / 不整合

です。

まとめ

RFC 1918で定義されるプライベートIPv4アドレスは、

10.0.0.0/8

172.16.0.0/12

192.168.0.0/16

の3範囲です。

特に、

172.16.0.0/12

は、

172.16.0.0
～
172.31.255.255

だけがプライベートです。

プライベートアドレスは複数の独立したプライベートネットワークで再利用できますが、通常のパブリックインターネット上でグローバルに使用するためのアドレスではありません。

一方、

RFC 1918ではない
=
通常のパブリックIPv4

でもありません。

代表的な特殊用途アドレスには、

127.0.0.0/8
ループバック

169.254.0.0/16
リンクローカル

100.64.0.0/10
共有アドレス空間

192.0.2.0/24
198.51.100.0/24
203.0.113.0/24
文書用

があります。

ただし、この一覧は網羅表ではありません。

必要な場合はIANAレジストリなどを確認してアドレス属性を判断します。

また、

169.254.0.0/16

はIANAでリンクローカルとして登録されたプレフィックスですが、RFC 3927でホストが動的に選択する範囲は、

169.254.1.0
～
169.254.254.255

です。

プライベートネットワークからパブリックインターネットなどへ通信する場合はNAT/PATを利用する構成がありますが、

プライベートアドレス
=
必ずNAT

ではありません。

このページで最も重要なのは、

設計上期待されているアドレス種別

と、

実際に設定されているアドレス種別

が一致しているか判断することです。

これにより、

プライベートであるべきインターフェースに
RFC 1918ではないアドレスが設定されている

グローバルパブリックアドレスが必要なインターフェースに
文書用や特殊用途アドレスが設定されている

といったアドレス分類上の不整合を切り分けられるようになります。