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ルータの仕組みについて


ルータの仕組み


IPマスカレード(NAT)について説明します。

通常プロバイダと契約する事でインターネットへ接続出来るのは
1台のパソコンですが、、、


ルータを購入する事で、ルータ経由で複数のパソコンから
同時にインターネットができるようになります。

これはルータにIPマスカレードという機能があるからです。



1台の場合
   PC--------------ADSLモデム-----インターネットへ
 PCがグローバルIPを取得します。


となりますが、

ルータを接続する事で、以下のように複数台のパソコンから
同時にインターネット接続が出来る様になります。


複数台の場合
   PC-----ルータ----ADSLモデム-----インターネットへ
   PC------|
   PC------|

 ルータがグローバルIPを取得します。





上記のようにインターネットへ接続する際は、全世界で唯一の
IPアドレス(グローバルIPアドレス)をプロバイダより取得して
インターネットに接続する事になります。

これは、TCP/IPというプロトコルの機能です。



プロバイダより取得する世界で唯一のIPドレスを「グローバルIPアドレス」
と呼びます。

その反対に、LAN側(内側)だけで使うアドレスを「プライベートIPアドレス」
といいます。



プライベートIPアドレスとは、、
「10.x.x.x」「172.16.x.x~172.31.x.x」「192.168.x.x」の3つパターンで
構成されており、これらのIPアドレスをTCP/IPプロトコルに実装する
事で、TCP/IPのネットワークを構築する事が可能です。


そして、上記のパターン以外のIPアドレスは、通常
グローバルIPアドレス(世界で唯一のIPアドレス)となります。

例) 202.33.45.122  や 123.12.111.231 など

※以下PCのIPアドレスの確認方法です。
IPアドレスの確認方法


さて、インターネットに接続する為に必要なグローバルIPアドレスは
通常プロバイダより1つしかもらえません
。



この1つのグローバルIPアドレスを使い複数のPCでインターネットを
できるように提供するのがルータ(IPマスカレード)の役割になります。



さらに、ここで活躍するのがポートという概念になります。
通常データを送信する際は、送信元ポート番号と送信先ポート番号を
パケットに含めて、送信します。



送信先ポート番号が80番だとすると、受信したサーバーは、
80 = Webサーバー と判断し、Webサーバーがデータを返信します。



こういうふうに、ポート番号が重要な役割があるのですが、



IPマスカレードの機能によって、ポート番号とIPアドレスの2つの情報を
セットでグローバルIPアドレスに変換する事が出来ます。



例えば
PC1 192.168.1.2(プライベートIP)
PC2 192.168.1.3(プライベートIP)
ルータ:202.23.22.***(グローバルIP)
の場合


PC1のIPアドレス:192.168.1.2のマシンがWebサーバーを回覧する場合

まず、PCからは以下のパケットを送信します。

送信元IP:192.168.1.2 送信元ポート 1500
送信先IP: 11.*.*.* 送信先ポート 80


このパケットデータがルータを経由する際に
ルータのIPマスカレード機能がIPとポートを変換します

送信元IP:202.23.22.*** 送信元ポート 2000
送信先IP: 11.*.*.* 送信先ポート 80

※送信元ポートは、1024以上のランダム番号です。
※送信元IPは、プロバイダよりルータに割り当てられているグローバルIPに変換されます
※送信先ポートは利用アプリによって決まってます。例)Webサーバーなら80番


PC2のIPアドレス:192.168.1.3のマシンがWebサーバーを回覧する場合

送信元IP:192.168.1.3 送信元ポート 1501
送信先IP: 11.*.*.* 送信先ポート 80


このパケットデータがルータを経由する際に
ルータのIPマスカレード機能がIPとポートを変換します

送信元IP:202.23.22.*** 送信元ポート 2001
送信先IP: 11.*.*.* 送信先ポート 80




参考図

ルータを経由すると
IPアドレスが変わります。

プライベートIP192.168.1.2
送信元ポート:1500

送信先:*.*.*.* 80            

    IPポート変換

   グローバルIPアドレス 
   202.23.22.***


 
     IPポート変換
 
変換済みデータ
送信元:202.23.22.*** 
送信元ポート:2000

送信先:*.*.*.* 80


プライベートIP192.168.1.3
送信元ポート1501

信先:*.*.*.* 80
変換済みデータ
送信元:202.23.22.***
送信元ポート:2001

送信先:*.*.*.* 80


このようにしてパケットデータを送るので、1つのグローバルIPアドレスでも
送信元ポート番号を変えることによって、2つのパケットがそれぞれインターネットへ
送信される事になります。


1つのグローバルIPしかインターネット上では使ってませんので問題ありません。



これで、Webサーバーへ送信されたパケットデータは、送信元へデータを
返すことになりますが、返送先は、送信元のIPアドレス202.23.22.*** 
ポート 2000になります。

上記宛名に届いたデータは、ルータが変換処理をしたことを覚えているので
変換する前のIPアドレスとポート番号に正しく戻してくれます。


Webサーバーより送信されるパケットデータ

送信元IP: 11.*.*.* 送信元ポート 80
送信先IP:202.23.22.*** 送信先ポート 2000


ルータを経由すると以下へ変換されます。

送信元IP: 11.*.*.* 送信元ポート 80
送信先IP: 192.168.1.2 送信先ポート 1500


これで、元通り、データを送信したPCへデータが戻ってくることになります。

以上、IPマスカレード、ルータの仕組みでした。


補足
実際は、データを送信する際は、送信元ポート番号と送信先ポート番号もあります。
ルータ内部から外部へパケットが送信される際にIPマスカレードで変換するのは
送信元ポート番号です。

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