NSG 設定は Azure 上の VM のパブリック IP に対しても有効になるのでしょうか?

はい、有効になります。

NSG は、NIC もしくはサブネットに対して割り当てられ、トラフィックが NIC やサブネットを経由するタイミングで、トラフィックの 5 タプルを評価し、許可/拒否が決まります。

■ 5 タプル
・送信元 IP アドレス
・送信元 ポート番号
・宛先 IP アドレス
・宛先ポート番号
・プロトコル

そのため、パブリック IP アドレスに対してのみ有効になるといったものではなく、 接続元や宛先がパブリック IP アドレスでもプライベート IP アドレスでも、同じように NSG のルールによって評価されます。

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