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NAT

luagate/nat-introNAT入門23 枚ネットワーク
スライド103触れる図解124レッスンの導入6

上から下へ、全 23 枚そのまま並べています。

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NAT入門

NAT

プライベートIPを公開IPに変換するしくみ 〜出入口の両替所〜

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目次

今日の流れ

1. プライベートIPとグローバルIP

2. なぜIPが足りなくなったか

3. NATとIPマスカレード

4. 利点と制約・ポート転送

5. まとめと振り返り

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NAT入門 - イントロ

今日のゴール

この時間で身につけてほしいことです。

  • プライベートIPとグローバルIPの違いが分かる
  • なぜIPが足りなくなったか分かる
  • NATが「アドレスの両替」だと分かる
  • 1つの公開IPで複数端末を使える理由が分かる
  • NATの利点と制約をイメージできる
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NAT入門 - イントロ

プライベートIPとグローバルIP

IPアドレスには、家の中だけで使うものと、世界で通用するものがあります。

プライベートIP / グローバルIP

プライベートIPは家庭や社内など内側だけで使う住所。グローバルIPは世界で一意のインターネット上の住所。内側と外側で使い分ける。

・プライベートIPは内側専用の住所

・同じ番号を別の家でも使える

・グローバルIPは世界で1つだけの住所

・外と通信するには公開IPが要る

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NAT入門 - イントロ

内と外で住所が違う

内線番号と外線番号のように、内側と外側で住所の使い方が分かれます。

プライベートIP
  • 192.168.x.x など
  • 家や社内だけで有効
グローバルIP
  • 世界で一意
  • インターネットで通用
使い分け
  • 内では内線番号
  • 外では外線番号
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NAT入門 - イントロ

なぜIPが足りなくなったか

昔の住所体系では、世界中の端末すべてに番号が足りなくなりました。

  • 古い方式（IPv4）の住所数には上限がある
  • スマホやIoTで端末が爆発的に増えた
  • 1台ずつ公開IPを配ると数が枯渇する
  • 新方式（IPv6）への移行も進んでいる
  • 当面は限られた公開IPをやりくりする工夫が必要
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NAT入門 - しくみ

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第2部 NATのしくみ

アドレスを両替して外に出る

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NAT入門 - しくみ

NAT とは

内側のプライベートIPを、外で通用するグローバルIPに付け替えるしくみです。

NAT（Network Address Translation）

内側のプライベートIPと外側のグローバルIPを相互に変換する仕組み。海外で日本円を現地通貨に両替する窓口にたとえられる。

・内→外で送信元IPを公開IPに付け替える

・外→内では元のプライベートIPに戻す

・変換の対応表をルーターが管理

・限られた公開IPを有効に使える

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NAT入門 - しくみ

NATが通信を中継する流れ

内側の端末が外へ出るとき、ルーターが住所を書き換えて代理で通信します。

  • 端末はプライベートIPで発信する
  • ルーターが送信元を公開IPに書き換える
  • インターネットへは公開IPで届く
  • 返事は公開IP宛に戻ってくる
  • ルーターが元の端末へ振り分けて返す
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NAT入門 - しくみ

1対1 NAT と NAPT

・変換のしかたには2種類あります。家庭で使われるのは主に右側です。

1対1 NAT

  • 1つの内側IPに1つの公開IPを割当
  • 端末ごとに公開IPが要る
  • 公開IPを節約できない
  • 特定サーバーの公開などに使う

NAPT（IPマスカレード）

  • 1つの公開IPを複数端末で共有
  • ポート番号で端末を見分ける
  • 公開IPを大きく節約できる
  • 家庭用ルーターの標準方式
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NAT入門 - しくみ

ポート番号で複数端末を集約

NAPTは公開IPに加えてポート番号も書き換え、誰の通信かを区別します。

NAPT（ポート変換つきNAT）

1つのグローバルIPに対し、端末ごとに異なるポート番号を割り当てて区別する方式。これにより1つの公開IPを多数の端末で共有できる。

・公開IPとポート番号をセットで管理

・端末ごとに別のポート番号を割当

・返事はポート番号で正しい端末へ

・だから1つの公開IPで足りる

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NAT入門 - 実践

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第3部 身近な例と確認

家庭のルーターで起きていること

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NAT入門 - 実践

家庭のルーターでの動き

スマホがサイトを見るとき、ルーターの中ではこんな変換が起きています。

1. 内側から発信

スマホが192.168.1.5で送信

2. ルーターで変換

送信元を公開IPとポートに書き換え

3. 外と通信

インターネットへ公開IPで届く

4. 返事を振り分け

対応表を見て元のスマホへ戻す

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NAT入門 - 実践

NATの対応表のイメージ

ルーターは内側の住所と外向きのポートの対応を表にして覚えています。

内側の住所
外向きのポート

スマホ

192.168.1.5

公開IP ポート50001

パソコン

192.168.1.6

公開IP ポート50002

テレビ

192.168.1.7

公開IP ポート50003

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NAT入門 - 実践

自分のIPを確かめてみる

・内側のプライベートIPと、外から見える公開IPは別物だと確認できます。

bash
# 内側のプライベートIPを見る（Mac / Linux）
ifconfig | grep inet

# 外から見える公開IPを確かめる
curl ifconfig.me

# Windowsの場合
ipconfig
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NAT入門 - 利点と制約

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第4部 利点と制約

安全だが外から繋ぎにくい

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NAT入門 - 利点と制約

NATの利点と制約

アドレスの節約や隠蔽による安全性がある一方、外からの接続には工夫が要ります。

利点・節約
  • 公開IPを大きく節約
  • 複数端末を集約できる
利点・隠蔽
  • 内側の住所が外から見えない
  • 直接狙われにくい
制約
  • 外から内へ繋ぎにくい
  • 対応表に無い着信は届かない
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NAT入門 - 利点と制約

公開IPの使用数の比較（イメージ）

NAPTを使うと、何台つないでも公開IPは1つで済みます。あくまでイメージです。

10 必要な公開IP数86420
10必要な公開IP数
10必要な公開IP数
1必要な公開IP数
NATなし(10台)
1対1 NAT(10台)
NAPT(10台)

出典: 方式ごとの公開IP使用数を示す概念図（概算）

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NAT入門 - 利点と制約

ポートフォワーディング

外から内側の特定端末へ繋ぎたいとき、入口のポートを内側へ転送します。

ポートフォワーディング

ルーターの特定の公開ポート宛の通信を、あらかじめ決めた内側の端末へ転送する設定。外からの着信を内側のサーバーへ届けるために使う。

・公開ポートと内側端末を対応づける

・外からの着信を特定端末へ転送

・自宅サーバーやゲームで使う

・開けすぎると危険なので最小限に

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NAT入門 - まとめ
クイズ

振り返りクイズ

今日の内容を確認しましょう。

1つのグローバルIPを複数の端末で共有できるのは、何を使って区別しているから？

A
ドメイン名
B
ポート番号
C
MACアドレスの色
D
TTLの長さ
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NAT入門 - まとめ
答え

振り返りクイズ 解答

1つのグローバルIPを複数の端末で共有できるのは、何を使って区別しているから？

A
ドメイン名
B
ポート番号
C
MACアドレスの色
D
TTLの長さ

NAPT（IPマスカレード）は、端末ごとに異なるポート番号を割り当てて区別します。これにより1つの公開IPを多数の端末で共有でき、家庭用ルーターでもこの方式が使われています。

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NAT入門 - まとめ

質疑・次回予告

今日のまとめと、次に学ぶテーマです。質問があればここで受け付けます。

今日のおさらい
  • NATは内と外の住所を両替する
  • NAPTで1つの公開IPを共有
  • 隠蔽で安全だが外から繋ぎにくい
次回予告
  • ルーティング 〜パケットの道案内〜
  • 通信の経路を決めるしくみを学ぶ
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NATは「アドレスの両替所」。内側の住所を外で通じる住所に付け替え、限られた公開IPをみんなで分け合う。だから1本の回線で、家じゅうの端末がインターネットにつながれます。

— NAT入門

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