IPv4のクラスフルアドレッシングを学ぶと、次のような疑問が出てきます。

そもそも「アドレッシング」とは何か
「クラスフル」とは何を意味するのか
クラスA・B・Cは何が違うのか
なぜクラスAは「大規模ネットワーク向け」なのか
0、10、110、1110 は何を表しているのか
なぜクラスDは 224.0.0.0 ～ 239.255.255.255 なのか
クラスDにも「ホスト部」はあるのか
プライベートIPアドレスとクラスは同じ分類なのか
現在でもクラスA/B/Cでネットワークを設計するのか

この記事では、これらを個別に暗記するのではなく、 IPv4の32bitを先頭からどう解釈するか という一本の流れで整理します。

この記事で扱うクラスフルアドレッシングは歴史的なIPv4の方式です。現在のネットワーク設計では、基本的にCIDRによるクラスレスな表現を使います。クラスA〜Eは、IPv4アドレス設計の歴史や現在のCIDRを理解するための前提知識として扱います。

そもそもアドレッシングとは何か

addressing は、直訳すると「アドレスを付けること」「アドレスを扱うこと」です。

IPネットワークの文脈では、単にIPアドレスの数字そのものを指すのではなく、

IPアドレスをどのような構造で解釈するか
どの部分をネットワークの識別に使うか
どの部分をネットワーク内のホストの識別に使うか
どの範囲のアドレスを、どの用途に割り当てるか

といった、 IPアドレスの構成・割当て・解釈の方法 を含む言葉として考えると分かりやすくなります。

例えばIPv4アドレスが、

192.168.1.10

だったとしても、この数字だけでは、

どこまでがネットワークを表す部分なのか
どこからがホストを表す部分なのか

は決まりません。

そこで、アドレスをどのように区切って解釈するかというルールが必要になります。

クラスフルアドレッシングとは何か

classful addressing は、文字どおり クラスを使うアドレッシング方式 です。

IPv4アドレスをClass A、B、Cなどに分類し、クラスごとにネットワーク部とホスト部の長さをあらかじめ固定します。

Class A
[ネットワーク側 8bit][ホスト部 24bit]

Class B
[ネットワーク側 16bit][ホスト部 16bit]

Class C
[ネットワーク側 24bit][ホスト部 8bit]

つまり、クラスフルアドレッシングでは、

IPv4アドレス
↓
先頭ビットからクラスを判定
↓
クラスによって区切り位置が決まる
↓
ネットワーク部とホスト部を解釈する

という流れになります。

ここで classful の -ful は「〜を持つ」という意味なので、

classful
= class を持つ
= クラスに基づいて扱う

と考えると名前の意味も理解しやすくなります。

これに対して現在広く使われているCIDRは Classless Inter-Domain Routing です。

classless は「クラスを使わない」という意味で、Class Aなら /8、Class Bなら /16 のような固定的な区切りに縛られず、 /20 や /27 のように必要な長さを指定できます。

この違いを最初に押さえておくと、その後に出てくるClass A〜EやCIDRの説明がつながりやすくなります。

先に結論

まず全体を表にすると、次のようになります。

クラス	先頭ビット	第1オクテットの範囲	A〜Cでのホスト部	主な意味
A	`0`	0〜127	24bit	大規模ネットワーク
B	`10`	128〜191	16bit	中規模ネットワーク
C	`110`	192〜223	8bit	小規模ネットワーク
D	`1110`	224〜239	なし	IPv4マルチキャスト
E	`1111`	240〜255	なし	予約領域

まず全体像をつかむなら、次の対応を押さえておくと理解しやすいです。

A = 0     → ホスト部24bit → 大規模
B = 10    → ホスト部16bit → 約65,000台
C = 110   → ホスト部 8bit → 254台
D = 1110  → マルチキャスト
E = 1111  → 予約領域

ただし、この表だけを暗記すると「なぜ？」が残ります。ここから順番に仕組みを見ていきます。

IPv4アドレスは32bit

IPv4アドレスは 32bit の値です。

人間が読みやすいように、8bitずつ4つに区切って10進数で表記します。

192.168.1.10

192      168       1        10
 ↓        ↓        ↓         ↓
8bit     8bit     8bit      8bit

8bit × 4 = 32bit

この8bit単位のまとまりを オクテット と呼びます。

例えば 172.16.1.10 の第1オクテットである 172 を2進数にすると、次のようになります。

172 = 10101100

したがってIPv4アドレス全体は、

172.16.1.10

10101100.00010000.00000001.00001010

と表せます。

10進数を8bitの2進数へ直す

ここでは、いきなり

128  64  32  16   8   4   2   1

を暗記するのではなく、 なぜこの数字が並ぶのか から考えます。

まず10進数の「桁の重み」を考える

例えば 172 という10進数は、

と分解できます。

10進数では、右から順番に、

と桁の重みが10倍ずつ増えていきます。

指数で書くと、

10⁰ = 1
10¹ = 10
10² = 100
10³ = 1000

です。

つまり、10進数の各桁にはそれぞれ、

100   10    1

という「その桁が持つ価値」があります。

2進数では桁の重みが2倍ずつ増える

2進数では、使える数字は 0 と 1 だけです。

そして各桁の重みは、右から順番に2倍ずつ増えます。

1   2   4   8   16   32   64   128

8bitとして左から並べると、

128  64  32  16   8   4   2   1

になります。

これはすべて2の累乗です。

128 = 2⁷
 64 = 2⁶
 32 = 2⁵
 16 = 2⁴
  8 = 2³
  4 = 2²
  2 = 2¹
  1 = 2⁰

つまり、

128  64  32  16   8   4   2   1

という数字が突然決められているわけではありません。

2進数の8桁それぞれが持つ重み を並べたものです。

2進数の0と1は「その重みを使うかどうか」

2進数では、

1 = その桁の重みを使う
0 = その桁の重みを使わない

と考えると分かりやすくなります。

例えば、

00000101

なら、

128  64  32  16   8   4   2   1
 0    0   0   0   0   1   0   1

なので、

4 + 1 = 5

です。

したがって、

00000101₂ = 5₁₀

となります。

172を2進数に変換する

では、10進数の 172 を8bitの2進数に変換します。

使える重みは、

128  64  32  16   8   4   2   1

です。

左から順番に、172を作るためにその重みを使えるか確認していきます。

128は使える

172 - 128 = 44

なので、128の桁は 1 です。

128  64  32  16   8   4   2   1
 1

残りは 44 です。

64は使えない

残りは44なので、64は大きすぎます。

そのため64の桁は 0 です。

128  64  32  16   8   4   2   1
 1    0

32は使える

44 - 32 = 12

なので、32の桁は 1 です。

128  64  32  16   8   4   2   1
 1    0   1

残りは 12 です。

16は使えない

残りは12なので、16は使えません。

128  64  32  16   8   4   2   1
 1    0   1   0

8は使える

12 - 8 = 4

なので、8の桁は 1 です。

128  64  32  16   8   4   2   1
 1    0   1   0   1

残りは 4 です。

4は使える

4 - 4 = 0

なので、4の桁は 1 です。

残りが0になったので、2と1の桁はどちらも 0 になります。

128  64  32  16   8   4   2   1
 1    0   1   0   1   1   0   0

したがって、

172 = 10101100₂

です。

逆に確認する

10101100 のうち、1 が立っている桁だけを足します。

128  64  32  16   8   4   2   1
 1    0   1   0   1   1   0   0

なので、

128 + 32 + 8 + 4 = 172

となり、元の10進数と一致します。

なぜ1オクテットは0〜255なのか

8bitをすべて 0 にすると、

00000000

なので値は 0 です。

逆に、すべて 1 にすると、

11111111

となります。

各桁の重みをすべて足すと、

128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1
= 255

です。

したがって、8bitで表せる範囲は、

00000000₂ = 0
～
11111111₂ = 255

となります。

これが、IPv4アドレスの各オクテットが 0 ～ 255 の範囲になる理由です。

変換の考え方をまとめる

10進数から2進数へ変換するときは、

128  64  32  16   8   4   2   1

を左から見て、

その重みを使える
↓
1

その重みは大きすぎる
↓
0

と判断していけば変換できます。

例えば 172 なら、

172
↓
128を使う      → 1
64は使わない   → 0
32を使う       → 1
16は使わない   → 0
8を使う        → 1
4を使う        → 1
2は使わない    → 0
1は使わない    → 0

なので、

10101100

です。

クラスは先頭ビットで決まる

クラスフル方式では、IPv4アドレスの先頭ビットを見てクラスを判定します。

つまり、識別パターンは次のようになります。

Class A = 0
Class B = 10
Class C = 110
Class D = 1110
Class E = 1111

1 が少しずつ増えていくので、比較的覚えやすい並びです。

「先頭ビットが0」はネットワーク部なのか

ここは混乱しやすいところです。

結論から言うと、

0、10、110 は、まず どのクラスなのかを識別するためのビット です。ただし、クラスA〜Cではその識別ビットもネットワーク側の領域に含まれます。

RFC 791で示された構造を、簡略化すると次のようになります。

Class A
[0][ネットワーク番号 7bit][ホスト 24bit]

Class B
[10][ネットワーク番号 14bit][ホスト 16bit]

Class C
[110][ネットワーク番号 21bit][ホスト 8bit]

つまり、クラスAの先頭 0 は「ネットワーク番号そのもの」ではありません。

0 の役割は、

このアドレスはClass Aです

と知らせることです。

その 0 を含めた先頭8bitが、クラスフル方式ではネットワーク側として扱われます。

クラスA・B・Cのネットワーク部とホスト部

A〜Cを並べると、規模の違いが見えてきます。

重要なのは、 ホスト部が広いほど、1つのネットワークに多くのホストを収容できる ことです。

なぜクラスAは大規模ネットワーク向けなのか

クラスAではホスト部が24bitあります。

[ネットワーク側 8bit][ホスト部 24bit]

24bitで表せる組合せは、

2²⁴ = 16,777,216

です。

古典的なクラスフルネットワークでは、ホスト部がすべて0のアドレスと、すべて1のアドレスを通常のホストに割り当てないため、

2²⁴ - 2 = 16,777,214

となります。

同様に、

Class B
2¹⁶ - 2 = 65,534

Class C
2⁸ - 2 = 254

です。

したがって、

Class A
ホスト部 24bit
↓
約1,677万ホスト
↓
大規模


Class B
ホスト部 16bit
↓
約6.5万ホスト
↓
中規模


Class C
ホスト部 8bit
↓
254ホスト
↓
小規模

となります。

つまり、 クラスAが大規模と言われるのは、ネットワーク部が大きいからではなく、ホスト部を広く取れるから です。

クラスDは何が違うのか

クラスDは、クラスA〜Cと目的が違います。

クラスA〜Cは、基本的にネットワークとホストを識別するためのアドレスでした。

一方、クラスDは IPv4マルチキャストのグループを識別するためのアドレス です。

RFC 1112では、先頭4bitが 1110 のアドレスをClass Dのホストグループアドレスと定義しています。

Class D

[1110][残り28bit]
  ↑
クラス識別

残り28bitはマルチキャストグループの識別に使う

したがって、クラスDについて、

第2〜第4オクテットがホスト部

とは考えません。

A〜Cのような「ネットワーク部 + ホスト部」という通常の分割とは用途が異なるからです。

なぜクラスDは224〜239なのか

クラスDでは、第1オクテットの先頭4bitが 1110 に固定されています。

最小値を作るなら、残り4bitを全部0にします。

1110 0000

各bitの重みを見ると、

128  64  32  16   8   4   2   1
 1    1   1   0   0   0   0   0

なので、

128 + 64 + 32 = 224

です。

最大値を作るなら、残り4bitを全部1にします。

1110 1111

したがって、

128 + 64 + 32 + 8 + 4 + 2 + 1 = 239

となります。

つまり第1オクテットは、

224 ～ 239

です。

さらに、クラスDで固定されるのは32bit全体の先頭4bitだけなので、範囲の最大値を考えると残りのbitをすべて1にできます。

11101111.11111111.11111111.11111111

10進数へ直すと、

239.255.255.255

です。

したがってClass Dの範囲は、

224.0.0.0 ～ 239.255.255.255

となります。

なぜ第2〜第4オクテットは255まで行けるのか

1オクテットは8bitです。

8bitをすべて1にすると、

11111111

です。

これは、

128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1
= 255

です。

そのため、IPv4の各オクテットは10進数では基本的に 0 ～ 255 の範囲になります。

クラスDでは、

1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx

の先頭4bitだけが固定されています。

そのため範囲上の最大値は、

11101111.11111111.11111111.11111111

すなわち、

239.255.255.255

になるわけです。

マルチキャストとは何か

マルチキャストは、 特定のグループに参加している複数の受信者へ同じデータを届ける通信 です。

ユニキャスト、ブロードキャストと比較すると分かりやすくなります。

これはユニキャストです。

これはブロードキャストのイメージです。

これはマルチキャストのイメージです。

Class Dのアドレスは、この「どのマルチキャストグループ宛てか」を表すために使われます。

クラスEとは

クラスEは先頭4bitが 1111 の領域です。

1111xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx

第1オクテットは、

240 ～ 255

になります。

歴史的には、将来の利用などのために予約された領域として扱われてきました。

基本的な整理として、

Class E = 予約領域

くらいの理解でまず十分です。

プライベートIPアドレスは「別の分類」

よくある誤解が、

Class D = プライベートIP

というものです。

これは違います。

クラスA〜Eは、IPv4アドレスを先頭ビットなどで分類する歴史的な方式です。

一方、プライベートIPアドレスは、 インターネット上でグローバルに経路制御する用途ではなく、プライベートネットワーク内で使うために予約されたアドレス範囲 です。

RFC 1918で定められている代表的な範囲は次の3つです。

10.0.0.0/8

172.16.0.0/12

192.168.0.0/16

関係を分けて考えると理解しやすくなります。

つまり「Class D」と「プライベートIP」は、そもそも分類している観点が違います。

現在はCIDRを使う

ここまで説明したClass A・B・Cの考え方は、現在のネットワーク設計では基本的に使われません。

理由の一つは、クラスフル方式ではネットワークの大きさが粗すぎることです。

例えば、

Class C
最大254ホスト

では足りないネットワークが300台必要だったとします。

しかしClass Bへ移ると、

最大65,534ホスト

になり、大量のアドレスが余ってしまいます。

そこで登場したのが CIDR（Classless Inter-Domain Routing） です。

CIDRでは、ネットワーク部の長さを / の後ろに明示します。

192.168.1.0/24

なら、

先頭24bit = ネットワーク部
残り 8bit = ホスト側

です。

10.0.0.0/16

なら、

先頭16bit = ネットワーク部
残り16bit = ホスト側

です。

つまり現在は、

10.x.x.xだからClass Aなので必ず/8

とは考えません。

10.0.0.0/16 のように、クラスに縛られずネットワーク部の長さを指定できます。

JPNICも、現在はクラスレス方式によってIPv4アドレスが分配されていると説明しています。

クラスフルとCIDRの関係

クラスA〜Eは歴史的な分類であり、現在の実務ではCIDRの理解の方が重要です。

数字からクラスを見分ける

クラス問題では、次の対応をすぐ思い出せるようにしておくと解きやすくなります。

約250台

2⁸ - 2 = 254

なので、

Class C

です。

約65,000台

2¹⁶ - 2 = 65,534

なので、

Class B

です。

大規模ネットワーク

ホスト部24bit
↓
Class A

です。

マルチキャスト

1110
↓
224 ～ 239
↓
Class D

です。

よくある勘違い

「先頭の0はネットワーク番号？」

完全にはそうではありません。

0 はClass Aを示す クラス識別ビット です。

Class Aでは、

[0][ネットワーク番号 7bit][ホスト 24bit]

という構造になります。

「Class Dの第2〜第4オクテットはホスト部？」

違います。

Class Dはマルチキャストグループの識別用なので、A〜Cと同じ「ネットワーク部 + ホスト部」という分け方をしません。

「プライベートIPはClass D？」

違います。

プライベートIPはRFC 1918で定められた別の分類です。

「Class Aなら現在も必ず/8？」

違います。

クラスフル方式の歴史的なClass Aでは /8 相当でしたが、現在はCIDRを使います。

例えば、

10.0.0.0/16

のような設計も普通に行えます。

まとめ

IPv4のクラス分けは、個別の数字を丸暗記するより、先頭ビットから理解すると整理しやすくなります。

A = 0
B = 10
C = 110
D = 1110
E = 1111

A〜Cは、

ネットワーク側 | ホスト部

という構造を持ち、ホスト部の大きさによって1ネットワークあたりの規模が変わります。

A → Host 24bit → 大規模
B → Host 16bit → 約65,000
C → Host  8bit → 254

一方Class Dは、

1110 + マルチキャストグループ識別部分

であり、通常のホストアドレスではありません。

先頭 1110 から、

224.0.0.0 ～ 239.255.255.255

という範囲も自分で導けます。

そして現在の実務では、A/B/Cという固定的なクラスではなく、

192.168.1.0/24
10.0.0.0/16

のようなCIDRを使います。

クラスフルの仕組みを理解した上でCIDRへつなげると、単なる暗記ではなく、IPv4アドレス設計の変遷として理解できます。

参考資料