自作サーバーを作りたい～基礎～

はじめに

こんにちは風助です。久しぶりの投稿です。

唐突にサーバーを組みたくなったのでそのための備忘録を書いていきます。
第一回は基礎と称して・IPアドレス・WANやLANについて書いていきます。

最終目標はubuntuというOSを使い、LANの外からでも接続できるサーバーを組むことです。
そのために勉強頑張ります。

IPアドレスとは

まずはIPアドレスについて。
耳にしたことがある人は多いのではないでしょうか。
だけど正確には答えられない。私もその一員です。
だから勉強するんですけどね。

はじめにIPアドレスについて。
よくIPアドレスは「ネットワーク上の住所」なんて表現をされます。
0～255までの256通りの数列４組で表現されます。
196.168.10.100みたいな感じです。見たことありませんか？

ネットワーク上の住所なので、同じネットワーク上に同じIPアドレスは存在しません。
このルールは絶対です。覚えておいてください。

IPアドレスにはいくつか種類があります。
グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスの２つです。
詳しくなると見わけられるようになりますよ。

グローバルIPアドレス、プライベートIPアドレス

グローバルの方から説明していきます。
グローバルIPアドレスは世界に１つしかないIPアドレスです。
インターネットに接続するときに使われます。
世界規模のネットワークなので世界に１つだけのIPアドレスが必要になるわけです。
ちなみにグローバルIPアドレスの管理はICANNという機関がしているそうです。

次にプライベートIPアドレス。
これは小規模なネットワーク内で使われるIPアドレスです。
具体的には家庭内とか企業内とか。
小さいネットワークは世界中に存在するので、世界中を探せば同じIPアドレスが見つかるはずです。

あなたの使っているPCやゲーム機なんかは小規模なネットワーク上に存在しています。
LANというネットワークです。LANについては後述します。

そのLANはルーターとモデムを介してインターネットにつながっています。
ルーターやモデムについては今度別記事で。

ルーターがLANとインターネットの橋渡をしています。
そのためルーターはLAN用とインターネット用の２つのIPアドレスを持っています。
ルーターのLANケーブル差込口をよく見ると「LAN」と「WAN」と小さく書いてあるはずです。お手元にあるなら見てみてください。

IPv4、IPv6とは

IPアドレスについて少しはわかってもらえたでしょうか。
実はIPアドレスにはIPv4とIPv6という２つの種類があります。

先述した「192.168.10.100」というもの。これはIPv4という規格です。
０~255までの256通りの数列4組で表現されています。そうすると256の４条通り、約43億通りのアドレスを表現可能です。
ですがインタネットの普及により43億通りでは足りなくなってきています。すごい時代ですね。

プライベートはともかく、グローバルのIPアドレスで重複がNGな以上、43億通りより多くのアドレスを表現する必要があります。
そのために開発されたのがIPv6という規格です。
16進法表記の４桁×８組で表記されます。
表現可能なアドレス数はなんと43億の４条通り（約340澗とか言う途方もない桁数です）。意味わかりません。

古い機械なんかはIPv6に未対応なものもあったりするので、全面的にIPv6に移行するのはまだまだ先かもしれませんが、いずれはこちらが主流になるでしょう。ちなみに2020年時点の日本での普及率は35％ほどだそうです。

IPv6にはIPアドレス枯渇問題以外にも多くのメリットがあるそうです。把握しきれてないですが。時間があったらまとめてみます。

動的IPアドレスと固定IPアドレス

IPアドレスはまだまだ終わりません。

今度はIPアドレスの決定方法について。
普段皆さんはIPアドレスなんて気にせずパソコンを使っているはずです。
ですが住所がないと郵便物が届かないように、IPアドレスがないとネットにつながりません。
では一体どうやってIPアドレスは決定されているのでしょうか。

IPアドレスの決定方法は２種類あります。DHCPサーバーによる自動割り振りと手動設定です。

DHCPサーバーという言葉になじみがない人も多いでしょう。
基本的にはルーターがDHCPサーバーにあたることが多いです。
このDHCPサーバー、ネットワークにつながった機器にIPアドレスなどを割り振ることが仕事です。
機器の電源を入れたと同時に、DHCPサーバーが「あなたのアドレスはこれ」と指定をしてくれるわけです。
そのため毎回IPアドレスが変わります。
これが自動割り振り。動的IPアドレスともいうそうです。
基本的にPCやスマホはDHCPサーバーによる自動割り振りがデフォルトです。だからIPアドレスなんて気にせずネットワークに接続可能です。便利ですね。

次にもう一つのIPアドレス決定方法について。
手動でIPアドレスを設定する固定IPアドレスについてです。
一般家庭だとあまり使わないと思います。産業用機械なんかでよく見かけますね。
電源が切れるたびにIPアドレスが変わると困るような場合には固定にします。

IPアドレスは基本固定されていないので、サーバーを組む時に固定にすることが多いです。私はそうする予定です。

LAN、WAN、その他2種類

最後にネットワークについて。先にLANという単語が出てきましたね。
似たような単語が４種類あるので見比べてみましょう。

名称	規模	例
WAN	離れたLAN同士を繋ぐ	沖縄支社と北海道支社を繋ぐ
MAN	中規模	１つの都市や１つの大学
LAN	小規模	家庭内や企業内
PAN	ごく小規模	スマホと無線イヤホンなど

WAN（Wide Area Network）、MAN（Metoropolitan Area Network）、LAN（Local Area Network）、PAN（Personal Area Netwoek）の４種類。違いは規模です。

一番身近なLANから。一般家庭にネット回線を引くと、このLANが形成されます。
ルーターをはじめとしてPCやスマホ、プリンターなどが接続されていると思います。
小規模なネットワークです。

WANは遠く離れた地点のLAN同士を繋ぎます。
最近だとVPN（Virtual Private Network）っていうサービスを思い浮かべてもらうといいかもしれません。インターネットとは別物のはずです（自身ありません）。

あと、日本だと東京と大阪の２か所にしかないMANっていうのもあります。都市、もしくは大学規模のネットワークです。日本の大学は海外の大学ほどの規模がないのであまり構築されていないのかもしれませんね。

最後のPAN。スマホと無線イヤホンなどのごく小規模のネットワークです。
PhilipsのHue（LEDライトをスマホで操作できるヤツ）とかもこのPANになると思いますよ。

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駆け足になってしまいましたが概要は抑えられたと思います。

おまけ

おまけとしてIPアドレスがグローバルのものなのか、プライベートのものなのかを見分ける方法について軽く触れておきます。

実は先に述べた43億のIPアドレスすべてが好き勝手使えるわけではありません。

0.0.0.0~0.255.255.255	予約済み	デフォルトルートの表示塔。よくわからん。
1.0.0.0~126.255.255.255	クラスA	最大約1600万台の大規模ネットワーク用
127.0.0.0~127.255.255.255	ループバック	ローカル・ループ・バック用。よくわからん。
128.0.0.0~191.254.255.255	クラスB	最大約65000台の中規模ネットワーク用
191.255.0.0~191.255.255.255	予約済み	用途未定
192.0.0.0~223.255.254.255	クラスC	最大254台の小規模ネットワーク用。一般的なLAN。
223.255.255.0~223.255.255.255	予約済み	用途未定
224.0.0.0～239.255.255.255	クラスD	IPマルチキャスト用
240.0.0.0～255.255.255.255	クラスE	実験用。実際に使われることはないらしい。

以上のようにプライベートIPアドレスとして使っていいもの、グローバルIPアドレスとして使っていいいものなどが決められています。
一般家庭のLANだと「192.168.0.0～192.168.255.255」を使うことがほとんどのようです。
その道の人でない限り、覚えてもあまり特はないと思いますが、心の隅にとどめておいてもいいかもしれません。
正直IPアドレスは奥が深すぎて理解しきれていません。ネットワーク技師になるつもりはないので必要ない知識ではあるのでしょうが。なんかもやもやします。
いずれ詳しく調べてみます。

おわりに

パソコンに多少詳しい人ならだれもが１度は夢見る自作サーバー。
その１歩としては地味なものかもしれません。
ですが基礎知識を得ておくと後々楽になります。

いかんせん拙い文章になってしまいました。少しずつ修正を加えていくと思います。

近日中に続きを出す予定です。早くサーバー動かしたい。