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個人的ネットワーク・サーバー入門

infrastructure

この記事について

クラウドインフラの分野に明確にコンプレックスがあるので、基礎から学習するための個人的な入門記事です。

目次

Introduction

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Webサイトにアクセスするとき、私たちは普段「google.com」や「example.com」といったドメイン名を入力する。しかし、インターネットの世界では、実際の通信は「142.250.207.14」などの IPアドレス を使って行われています。では、なぜ私たちはIPアドレスではなく、ドメイン名でサイトにアクセスできるのでしょうか？

IPアドレスとは

IPアドレスは インターネット上の住所 のようなもので、各サーバーには固有のIPアドレスが割り振られています。IPアドレスは通常、「xxx.xxx.xxx.xxx」 のように4つの数字のブロックで表されます（IPv4の場合）。

例えば、Googleのサーバーの一つには 「142.250.207.14」 というIPアドレスが割り振られています。このIPアドレスを直接ブラウザに入力すると、Googleのページにアクセスできます。

なぜ「google.com」と入力するだけでアクセスできるのか？

通常、私たちは「142.250.207.14」のようなIPアドレスを覚えるのではなく、「google.com」といった ドメイン名 を使ってWebサイトにアクセスします。しかし、コンピュータは IPアドレスでしか通信できない ため、ドメイン名をIPアドレスに変換する必要があります。

この変換を行うのが DNS（Domain Name System） です。

DNSとは?

DNS（ドメイン・ネーム・システム）は、ドメイン名とIPアドレスを対応付けるシステム です。ドメイン名をIPアドレスに変換することを 名前解決（ネームリゾリューション） と呼びます。

名前解決の流れ

  1. ユーザーがブラウザのURL欄に「google.com」を入力
  2. コンピュータは「google.com」のIPアドレスを知るため、DNSサーバーに問い合わせる
  3. DNSサーバーが「google.com」のIPアドレス（例：142.250.207.14）を返す
  4. ブラウザが返されたIPアドレスにアクセスし、Googleのサーバーと通信を開始

ハードウェアの基本構成

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装置説明性能指標
CPUサーバーの「頭脳」ともいえる部分で、すべての計算や命令処理を担当します。プログラムの実行、データの処理、タスクの制御など、あらゆる処理の中心となります。CPU使用率
メモリ一時的なデータの保存場所であり、CPUが高速にデータをやり取りするために利用されます。メモリの容量が大きいほど、より多くのデータを同時に処理できます。メモリ使用率
ストレージデータを長期間保存するための装置 です。サーバーでは主に SSD（Solid State Drive） が使用され、高速なデータの読み書きが可能ですディスク使用率、I/O性能
NICサーバーとネットワークを接続するためのパーツです。インターネットやローカルネットワークに接続し、データの送受信を行います。ネットワーク帯域幅

サーバーとは

「サーバー」という言葉はよく使われるが、その実態は「特定の役割を持つコンピュータ」と考えることができる

  • Webサイトを公開するならWebサーバー
  • データの管理が必要ならデータベースサーバー
  • メールの送受信をするならメールサーバー

ただし、物理的に「Webサーバー専用マシン」「データベース専用マシン」があるわけではなく、OS（LinuxやWindows Serverなど）をインストールしたコンピュータに、必要なソフトウェア（NginxやMySQLなど）を入れることで、それぞれの機能を持たせることができる。

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ネットワークとは

ネットワークとは、複数のコンピュータが相互に通信できるようにする仕組みです。
インターネットに接続するネットワークでは、「TCP/IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）」という通信プロトコルが標準的に使用されます。
TCP/IPでは、ネットワーク上のすべての機器に「IPアドレス」が割り当てられます。例えば、「10.0.1.10」のように ピリオドで区切られた4つの数字 で表されるのが、一般的な IPv4アドレス です。

「パブリックIPアドレス」と「プライベートIPアドレス」

IPアドレスには、大きく分けて 「パブリックIPアドレス」 と 「プライベートIPアドレス」 があります。

パブリックIPアドレス

  • インターネットに接続するためのIPアドレス
  • ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers） によって管理され、各国・ISP（インターネットプロバイダ）に割り当てられる
  • 世界中で一意 であり、重複することはない

例えば、自宅のWi-Fiやスマホのネットワークは、ISPから提供されたパブリックIPアドレスを介してインターネットに接続しています。

プライベートIPアドレス

  • 社内LANや家庭内ネットワークで使用するIPアドレス
  • インターネット上では使用されないため、自由に割り当て可能
  • ルーターやネットワーク機器を介してインターネットと接続する

以下のIPアドレス範囲はプライベートIPアドレスとして予約されています。

IPアドレス範囲
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

IPアドレス範囲と表記

IPアドレスは、ネットワーク内で一意である必要があります。ネットワークを構築する際、IPアドレスの割り当てを適切に設計することが重要です。

IPアドレス範囲の決め方

ネットワークで使用するIPアドレスの範囲は、以下のように 2のn乗単位 で区切る必要があります。

区切り方IPアドレス範囲の例
256個192.168.1.0 ～ 192.168.1.255
65536個192.168.0.0 ～ 192.168.255.255

IPアドレスは、
前半部分（ネットワーク部） → そのネットワークの共通アドレス
後半部分（ホスト部） → 各デバイスに割り当てるアドレス
に分かれます。

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ネットワーク部は、同じネットワークに属する限りは、同じ値になります。そしてホスト部が、割り当てたいサーバーやクライアント、ネットワーク機器に対する連番となります。

CIDR表記とサブネットマスク表記

「192.168.1.0 ~ 192.168.1.255」や「192.168.0.0 ~ 192.168.255.255」といった表現は長いため、通常、IPアドレス範囲を示すときには、「CIDR表記(サイダー：Classless Inter-Domain Routing)」もしくは「サブネットマスク表記」のいずれかの表記を用います。

CIDR表記

CIDR表記では、IPアドレスのネットワーク部のビット数を/24のように記述します。
例えば、192.168.1.0/24 は ネットワーク部が24ビット であることを意味し、192.168.0.0/16 は ネットワーク部が16ビットであることを示します。

CIDR表記ネットワーク部のビット数ホスト部のビット数IPアドレス範囲割り当て可能なホスト数
192.168.1.0/2424ビット8ビット192.168.1.0 ～ 192.168.1.255256個（ホストは254個）
192.168.0.0/1616ビット16ビット192.168.0.0 ～ 192.168.255.25565,536個（ホストは65,534個）
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② サブネットマスク表記

サブネットマスクは、ネットワーク部を 「1」、ホスト部を 「0」 で表す方法です。

サブネットマスクとは、IPアドレスのネットワーク部を 「1」、ホスト部を 「0」 で表現する32ビットの値です。 これにより、ネットワークの範囲を決め、適切に通信を制御できます。

サブネットマスクは CIDR表記（/24、/16など） と対応しています。

CIDR表記サブネットマスクIPアドレス範囲ホスト数(使用可能なホスト数)
192.168.1.0/24255.255.255.0192.168.1.0 ～ 192.168.1.255256個（254個）
192.168.0.0/16255.255.0.0192.168.0.0 ～ 192.168.255.25565,536個（65,534個）
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サブネット

サブネット（Subnet）とは、大きなネットワークを より小さなネットワークに分割 することを指します。例えば、10.0.0.0/16 のネットワークを /24 に分割すれば、256個のサブネット が作れます。

サブネット化の目的

  1. 物理的な分離
    例: 会社の1階と2階で異なるサブネットを割り当てる ネットワーク障害が発生しても影響を局所化できる

  2. セキュリティの強化
    例: 社内ネットワークとインターネット公開用サーバーを分ける 内部ネットワークのセキュリティを強化できる

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