NATとポート — 家の住所を1つの公開住所にまとめる

家庭用ルーターが実際に行うのは、単なるIP変換ではなくNAPT※1（IPマスカレード）です。IPアドレスとポート番号の組で通信を区別し、複数機器を1つの公開IPに多重化します。

• 各機器の「プライベートIP＋ポート」を、「公開IP＋別のポート」に付け替える
• どの通信をどの機器へ戻すかを、変換表に記録しておく
• だから公開IPが1つでも、家族の通信が混ざらずに並行できる

登場人物メモ:

• ※1 NAPT／IPマスカレード — IPとポートの組で複数機器を1つの公開IPに束ねる方式
• ※2 ウェルノウンポート — 用途が決まった若い番号（80＝HTTP、443＝HTTPS など）

1. 内側の機器が、外のサーバへ通信を始める（プライベートIP＋ポート）
2. ルーターが送信元を公開IP＋割り当てたポートに書き換え、変換表に控える
3. サーバは公開IP＋そのポート宛に返事を返す
4. ルーターは変換表を照合し、正しい内側の機器へ戻す

ポート番号は0〜65535の範囲で、「同じ機器の中のどの窓口宛か」を表します。

• ウェルノウンポート（0〜1023）— 用途が固定。80＝HTTP、443＝HTTPS、25＝メールなど
• 送信元側は、空いている大きな番号を一時的に使う（エフェメラルポート）
• 「IP＝建物、ポート＝部屋」で、通信は必ずIP＋ポートの組で相手を指す

内側から始めた通信は戻れるが、外からは入れない——これがNATの重要な性質です。変換表は内側発の通信で作られるため、外部から突然来た通信は戻り先が分からず、原則届きません。この「外から入れない」性質が、結果として簡易な防御にもなり、VPC のプライベート側やNATゲートウェイの設計につながります。

外から特定機器へ通したいときは、ポートフォワーディングを使います。「この公開ポート宛は、この内部機器のこのポートへ」と、変換表に固定の穴を開けて通す設定です。

一往復を通しで追うと、変換表がどこで作られ、どこで逆引きされるかが見えます。

• 外部発が届かない — サーバ公開やオンラインゲームで、ポートフォワーディング未設定
• 二重NAT — NATが2段になり、ポート変換が二重で不安定になる
• ポート枯渇 — 大量の同時接続で、割り当てる一時ポートが足りなくなる
• 戻り待ちの打ち切り — 変換表のエントリが時間切れで消え、長時間無通信の接続が切れる

住所を見た経路判断と変換をまとめて担うのが ルーター です。名前からIPを引く側は DNS が担当します。