INTERNET
インターネット最新テクノロジー：第17 回

IP アドレスを必要とするホストの増加によ

プライベートアドレスで透過的にインターネットと通信できるアドレス変換

り深刻な問題が浮上してきた。IP アドレス枯渇の問題である。実際にはまだすべてを使いきっているわけではないが、枯渇は時間の問題となっている。

透過的な通信を可能にする
数少ないIPアドレスを使ってインターネットにたくさんのホストを接続させたい。SOHO環

IP アドレス枯渇の問題を解決するために境ではこういった問題に突き当たることが多い。これを解決する方法の1つがNATやIPマ

IPv6 への移行が計画されている。しかし突然スカレードといった技術である。これらはプライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスに移行できるものではないので、現状ではIPv4変換する仕組みを実現することによって、IPアドレスの無駄使いを防ぐことができる。今回の範囲内でいろいろな策が打たれている。

はアドレス変換技術を実装したNATとIPマスカレードについて解説し、さらにNATやIPマ

まずNIC はクラスB のIP アドレスの発行を停止した。そしてRFC1519によるCIDR割りスカレードの拡張部についても触れてみたい。

当てを開始した。

恒成 英一 （mgicho@fsi.co.jp）

急成長し、不幸にもクラスB のIP アドレス

富士ソフトABC株式会社技術調査室
テクニカル・アナリストを必要とする企業があったとする。しかし、今ではクラスBの割り当ては行われていない。この企業内で使用するIP アドレスの道は1 つしかない。RFC1597によるプライベートIPアドレスを使うことである。ところが、プライベー
トIPアドレスはあくまでも閉じたネットワークでの使用を目的としており、インターネットでは使えない。さらに、異なるネットワークからも接続できないのである。
この問題の解決方法としてプライベートIPアドレスを持つホストからプロキシーを経由してインターネット上のホストと通信することが考えられる。ただし、プロキシーを経由すると透過的に通信できないことが多い。そこで、プライベートIP アドレス空間をグローバルIPアドレス空間に対して透過的に接続させようはなかったうえ、個人で所有するケースは希という方法が考えられた。RFC1631 によるであった。また、この頃のネットワークの接続

NAT、そして今回取り上げるIPマスカレード

現在使用されているI P アドレスはI P v 4

形態はUUCP である場合が多かったため、IPがそれである。

（Internet Protocol Ver.4）で定義されていアドレスを使用する局面はそう多くなかった。

枯渇するIPアドレスるものである。32 ビットのIP アドレスでは約ところがWWW の普及により爆発的にイン40 億のIP アドレス空間が確保できる。定義

ターネットに接続されるコンピュータが増加すされた当時は32 ビットのアドレスにより世界るようになると、サービスを提供するために多NAT とは、IP アドレス空間においてパブリ中のどのコンピュータとも通信できると考えらくのホストが追加されていった。おそらくIPv4ックIP アドレス空間とプライベートIP アドレれていた。実際、この頃のコンピュータは非を設計した人の想像をはるかに超える増加数ス空間を接続するための技術である（1997年

常に高価であり、どこにでも存在するものでであろう。

1 月号参照）。このNAT の機能が持つ通信機

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外部からアクセスできるNAT

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器を「NAT BOX」と呼ぶ。
プライベートIP アドレス空間からグローバ
ルIP アドレス空間へパケットを投げた場合を考えてみよう。

グローバル
IPアドレス空間

このパケットの始点アドレスは構内ネットワ

プライベートIPアドレス空間

NAT BOX

202.XXX.XXX.XXX

192.168.XXX.XXX

ークのプライベートIPアドレスであるが、このNAT BOXはパケットのアドレス変換を行う

パケットをそのままグローバルIPアドレス空間であるインターネットには流せない。そこで
NAT BOX にルーターとしての機能を持たせ、プライベートIPアドレス

NAT BOXの変換テーブルに従ってグローバルグローバルIPアドレスIPアドレスに変換した後、インターネットに流図1す。返信パケットも同様に、NAT BOXがグロアドレス変換の仕組み

ーバルIP アドレスをプライベートIP アドレスに変換して構内ネットワークに流す（図1）。
NAT が有効な局面としては、ネットワークアドレス空間を分けているときに外部から内部へのアクセスも可能にする場合である。IPア
1つのグローバルIPアドレス

ドレスが一対一に割り当てられているため、接続を許可するかどうかのポリシーは別として、原理的に外部からの接続もできるのである。

IPマスカレード BOX

SOHO環境に有効な

複数のグローバルIPアドレス

IPマスカレード
IP マスカレードを説明する前に簡単にNATについて触れたのは、IP マスカレードとNATプライベートIPアドレスが非常に似ているからである。特に、IP マス

グローバルIPアドレス

カレードはIP アドレスの枯渇問題に対応するためのものであり、IP アドレスの付け替えを

図2

IP マスカレードの仕組み行うというただ一点において、NAT とほぼ同じものを目指しているといえる。またNAT がグローバルIP アドレスとプライベートIP アド

プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスが一対一に対応レスとのアドレス変換を行う機能を提供していることに対し、IP マスカレードではUDP とTCP のポート番号の変換までも行っている。

NAT BOX

IPマスカレードはUDPとTCPのポート番号の変換を行うことにより、1つのグローバルIPアドレスにプライベートIP アドレスを持つ複数のホストを割り当てることができる（図2）。

プライベートIPアドレス

これに対しNATではIPアドレスの対応はあくグローバルIPアドレスまでも一対一である（図3）。
図3

IPマスカレードでは、プライベートIPアドレ

NAT の仕組み

D

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スを持つ複数のホストが1 つのグローバル IP

IPマスカレードの動作原理アドレスでインターネットに出て行くことがで

IP マスカレードの動作原理に関して、誌面きる。しかし次に記述する問題点の項で挙げの都合上詳細にわたって説明することができているように、その逆は容易でない。
家庭やSOHO環境などのように、外部からないため、詳細に関しては、たとえばLinux接続することが少なく、なおかつ限られたIPのカーネルソースなどを追いかけていただきたアドレスを使用して複数のホストがインターネい。ここでは、簡単な考え方のみ解説する。

ットの世界に出て行く場合には、IP マスカレ

IPマスカレードの動作を一言で書くならば、IP パケットの始点アドレスと終点アドレスをードが有効な局面となるのである。

書き換えているということである。

企業内のネットワークにおいて、そのホストに対する社外からの接続がなく、社外に出る

通常はこの始点アドレスと終点アドレスにのみであれば、少なくとも1つのグローバルIPより、IP パケットを受け取ったホストは送信アドレスを使用するだけで済む。外部に対し元の始点アドレスを参照して応答パケットをて公開する必要があるメールやWWW などの送出する。グローバルIP アドレスを持つホスサーバー以外のホストにグローバルIP アドレ

トからプライベートIPアドレス側にあるホストスを割り当てるなどという無駄なことは少なに対して応答パケットを送出する段階になっくなるのである。て、初めて送出元のIP アドレスが見えなくな

もちろん、予算の関係やISP のようにプラる。IP マスカレードではグローバルIP アドレ

イベートIP アドレスを割り振ることが難しい

ス側のホストにIP パケットを送る際、始点ア場合もあるだろう。必要なところに必要に応ドレスをIPマスカレードが動いているホストのじて割り振るということが重要なのである。

グローバルIPアドレス側のネットワークインターフェイスに割り当てているIP アドレスに書き換える。これにより、相手側のホストからもIPパケットが戻ってくることになる（図4）。
これに加えて、UDPとTCPのポート番号の変始点：202.212.abc.4
終点：133.211.xyz.233
ポートアドレス：110

始点：192.168.0.2
終点：133.211.xyz.233ポートアドレス：8110

換を行うのである。
もちろん実際の動作はこのように単純ではないが、まずは単純なイメージで理解し、各種資料やソースコードを参照するといいだろう。

IPマスカレードBOX

ポート番号変換における問題
133.211.xyz.233

202.212.abc.4

192.168.0.1

始点：133.211.xyz.233
終点：202.212.abc.4
ポートアドレス：110

図4192.168.0.2

IP マスカレードはポート番号を変換する点において、NAT では問題とならなかった部分

始点：133.211.xyz.233
終点：192.168.0.2
ポートアドレス：8110が主に問題となる。

IP マスカレードの動作

SICMP
NAT

IP マスカレードネットワークの変更○△

LAN 環境での端末型 IP 接続

×○

外部からの接続○×

IP アドレスの節約△○

ICMP はポート番号の概念がないので取り扱えない。たとえばping が通らないといった○ ：適している△ ：やや適している
× ：適していない問題が発生する。
NAT の場合ではグローバルIP アドレスとプ

図 5 NATとIPマスカレードの機能比較

ライベートIP アドレスは一対一になっている

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ため、ICMPエコーなどのグローバルIPアドレス空間から到達するパケットの配送先の識別を行うことは可能である。しかしIP マスカレードではIP アドレスが一対一ではないため、IP マスカレードと呼ばれる機能を実装していどのホストにリレーすべきパケットであるのかる。この静的 IP マスカレードと呼ばれるものが判断できない。なおこの問題に対して、機は、IPマスカレードの変換テーブルを登録し、能の拡張を行うことによりICMP を通すようグローバルIP アドレス空間からのセッションに実装しているものもある。

開始も可能になる。グローバルIP アドレス空間側から開始されたセッションは、登録してS マイクロソフトネットミーティング

おいた変換テーブルを参照し、一緒に登録し複数のポート番号を動的に使用しているたておいたプライベートIPアドレスを持つホストめ、基本的には利用できない。

へIP パケットを振るという処理を行う。
図5 にNAT とIP マスカレードについて目的

Sr コマンドに応じた主な機能の比較をまとめてみる。

rsh やrlogin などのr コマンドで使われるプ
ロトコルは、クライアント側のポート番号がウ

大規模サイトでの用途は未知数ェルノウンポート（プロトコルによって割り当てが決められているポート）の範囲内である

IP マスカレードによって、内部ネットワー必要がある。そのため、ポート番号を変換しクにあるホストは透過的に外部と接続できる。てしまうIP マスカレードでは利用できない。

こ れ ま で 、 Socks や Remote Windows
Sockets のように透過型プロキシーと呼ばれSFTPる仕組みがあったが、アプリケーションの対応

通常、データコネクションはftpd 側から張やSocksCapのように工夫が必要である場合り、なおかつセッションごとにポート番号を変が多かった。IP マスカレードは、この面倒な更するため、原則としては利用できない。た部分を省いてしまう。
現在のところ、大企業などでIP マスカレーだし、実装によっては可能となる。

ドを導入しているところは多くないであろう。
S 外部からの接続

しかし、「部」単位で導入しているケースは少グローバルIPアドレスからのアクセスができなくない。全体で導入されることが多くないない。これはある意味においては「軽いセキ

理由は、数十万ホストを抱えるサイトで運用ュリティー」であるともいえる。ファイアーウォに堪えられるかどうかの実績を持っていないとールといえるかどうかは意見の分かれるところいう点が挙げられる。IP マスカレードの実装である。

によってこの上限は変わってくるが、パフォーマンスチューニングにも関係してくる。ただし、IP マスカレードではポート番号の変換をNATの拡張とIPマスカレード行うため、最大数は4096 となる。

最近のI S D N ルーターに実装されている

現在では主に小規模なサイト、特に家庭や「NAT+」では、今までできないことも少しずSOHO環境では多くの実績を持ち、絶大な効つ可能になってきているので、そのうちにRFC果を上げている。だからといって小規模サイトに反映されるときが来るであろう。

向けのものであると早合点しないでいただきた

たとえばヤマハのISDNルーターでは、NATい。あくまでも大規模サイトにおける用途は未とIP マスカレードをうまく組み合わせて静的知数なのである。
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