IP アドレッシング、subnet、CIDR、NAT はどう動きますか？

Question

IT Interview Practice · Accepted Answer

**IP アドレス**はネットワーク上のホストを識別します。**IPv4** は 32 ビットを使い、4 つのオクテット（`192.168.1.10`）で書かれ、約 43 億のアドレスを与えます — これでは足りず、それが NAT と IPv6 を推し進めます。**IPv6** は 128 ビット（`2001:db8::1`）を使い、実質的に無限の空間です。

**CIDR** 表記は、アドレスを **network prefix** と **host** の部分に `/n` の接尾辞で分割します。`n` は先頭の何ビットがネットワークを識別するかです：

```text
192.168.1.10 / 24
└──────┬─────┘ └┬┘
   address     prefix length (24 bits = network, 8 bits = host)

/24  →  192.168.1.0   network,  192.168.1.1–254 hosts,  192.168.1.255 broadcast
        (256 addresses, 254 usable)
/16  →  192.168.0.0   larger network (65,536 addresses)
```

**subnet** は、prefix によって切り出されたアドレス空間の一片です。短い prefix（`/16`）はより大きなネットワークとより多くのホストを意味し、長い prefix（`/28`）は小さな subnet を意味します。サブネット化により、組織化とセキュリティのためにネットワークをセグメント化できます — 例えばデータベースを、web サーバーから分離したプライベートな `/24` に置く、など。

**NAT**（Network Address Translation）は、多数のデバイスが 1 つのパブリック IPv4 アドレスを共有する仕組みです。家庭のルーターは**プライベート**アドレス（`192.168.x.x`、`10.x.x.x` のような、インターネット上でルーティングできない範囲）を配り、送出パケットの送信元アドレス/ポートを自身の唯一のパブリック IP に書き換え、返信をルーティングし戻すために変換テーブルを保持します：

```text
Private LAN                     NAT router                 Internet
192.168.1.10:51000  ──▶  translate to  203.0.113.5:40001  ──▶  server
192.168.1.11:51000  ──▶  translate to  203.0.113.5:40002  ──▶  server
        (router's table maps public port → private host:port for the return trip)
```

NAT は希少な IPv4 空間を節約し（付随的に隔離も加え）ますが、直接の受信接続を壊します — これが、あらゆるデバイスに十分なアドレスを持つ IPv6 がその必要をなくそうとする理由です。

## なぜ重要なのか

アドレッシングと subnet はクラウドネットワーキングの基礎です。あらゆる VPC、subnet、security group、ファイアウォールルールは CIDR で書かれるため、それなしにクラウドネットワークを設計することはできません。面接官は、あなたが `/24` を読み、ネットワークのサイズとセグメント化について推論できるかを確かめます。NAT は、プライベート対パブリック IP という日常の現実と、「送出はできるが受信はできない」理由を説明します。そして IPv4 枯渇の物語は、NAT と IPv6 の両方の背後にある*理由*であり — 現代のインターネットを形づくった圧力をあなたが理解していることを示します。

なぜ重要なのか

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