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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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