IPアドレスとは：IPv4・IPv6の仕組み、種類、割り当てをわかりやすく解説

私たちの友人の一人が私たちに会いたいと思っているが、彼らは私たちの住所を知らないと仮定します。彼は私たちのアドレスを要求し、我々は02、Vidyapuriロード、Supaul、ビハール州、インドのような私たちのアドレスを与える。アドレスを与えた後、彼または彼女は簡単に私たちのアドレスを見つけることができます。同じことがインターネットの場合に行われます。すべてのネットワークは、アドレスが割り当てられています。

IPアドレスを割り当てるのはIANA（Internet Assigned Numbers Authority）です。IANAは、IPアドレッシングシステムを担当しています。

IPアドレスは、1と0で構成された長い2進数です。IPv4アドレスの長さは32の2進数（またはビット）です。IPv6は128ビットの長さで、より多くのIPアドレスを使用することができます。IPアドレスは通常、人間が読める形式で書かれており、8ビットが1オクテットにまとめられています。IPv4アドレスは通常、4つの数字のグループとして記述されます。各数値は0から255までの値を取ることができます。IPv6アドレスは、8つの16進数のグループとして記述されます。多くのIPv6アドレスには多くのゼロが含まれています。特定のケースでは、これらのゼロを記述する必要がないという特別なルールがあります。

特定のIPアドレスは、ローカルエリアネットワーク上で自由に割り当てることができます。これらのアドレスは一意ではないので、インターネット上でルーティングされることはありません。自由に割り当てられるアドレスをプライベートIPアドレスと呼び、ユニークなものをパブリックIPアドレスと呼びます。ルーティングされるためには、プライベートアドレスをパブリックアドレスに変換する必要があります。このようにプライベートアドレスとパブリックアドレスを翻訳するプロセスをネットワークアドレス変換（NAT）と呼びます。ルータやファイアウォールもこの作業を行うことが多いです。

アドレスには3つの種類があります。

• ユニキャストアドレスです。1つの特定のデバイスにアドレスが割り当てられています。これは最も一般的なケースで、ほとんどのアドレスはユニキャストアドレスです。
• ブロードキャストアドレス：同じネットワーク上のすべてのコンピュータのアドレス。新しいアドレスを自動的に取得するなど、これが有用な場合があります。送信者は一度データを送信し、データのルーティングに使用されるデバイスは必要に応じてコピーを作成します。
• マルチキャストアドレスです。このケースは、上記のブロードキャストのケースに似ています。あるデバイスが特定のデータの受信に興味を持っており、ネットワークは必要に応じてデータをコピーします。上記のブロードキャストの場合との大きな違いは、ブロードキャストネットワークに接続されているすべてのデバイスがブロードキャストを使用して送信されたデータを見ることです。マルチキャストでは、デバイスは特定のコンテンツを見るために加入する必要があります。加入していない同じネットワーク上のデバイスは、コンテンツを見ることができません。

新しいIPアドレスを取得して、もう荒らしにブロックされないようにする方法があります。そのうちの一つは、ブートストラッププロトコル（通常はBOOTPと短縮されます）と呼ばれています。新しいアドレスを必要とするデバイスは、それがどのネットワークにあるかを知らないので、すべてのゼロ（0.0.0.0.0）のIPアドレスを使用して、特別なポートで現在のネットワークにブロードキャストとして送信します。さらに、ネットワークカードの MAC アドレスと 4 バイトの乱数を送信します。BOOTP サーバはブロードキャストとして、別のポートにアドレスを指定して返信を送ります。応答には、クライアントの MAC アドレス、乱数、クライアントの IP アドレスが含まれます。クライアントはデータを受信すると、指定されたアドレスを設定します。BOOTP サーバがそのように設定されている場合、BOOTP サーバの IP アドレスとホスト名、クライアントを起動するために読み込まれるべきファイルの名前とパス (TFTP を使用して)、またはクライアントが NFS を使用してマウントするべきディレクトリの名前も送信されます。

DHCPはBOOTPを拡張し、タイムサーバのアドレスやルーティングに便利な情報など、より多くの情報を送信することができます。

自動的に取得されるIPアドレスには、動的なものと静的なものがあります。静的アドレスは、同じマシンが常に同じIPアドレスを取得することを意味します。動的アドレスでは、デバイスは使用されていない次のアドレスを取得します。使用されているダイナミックアドレスは、時々見直す必要があります。更新されない場合は、他のデバイスに使用される可能性があります。

IPv4では、各アドレスはオクテットと呼ばれる4つの8桁の2進数で構成されています。IPv4のアドレスは合計32ビットです。通常の8桁の数字で作れる最大の数字は99,999,999,999ですが、8桁の2進数で作れる最大の数字は255（2進数では111111111）なので、各オクテットは0から255までの任意の数字になります。

IPv4アドレスは以下のようになります。

198.51.100.137

各オクテットは10進数に変換され、ピリオドで区切られます。

また、2 つの異なる末尾の数字には特別な意味があります。一般的に、最後の 0 はネットワークを表し(ベースアドレスと呼ばれます)、最後の 255 はそのネットワーク上のすべてのホストを表します(ブロードキャストアドレスと呼ばれます)。同じローカルネットワーク上にあるコンピュータは、4つの番号のうち3つを共有します。コンピュータは複数のネットワーク上に存在することができます。また、複数の名前を持つこともできます。

パブリック/プライベートアドレス

IPv4の問題点は、43億個のアドレスしか使えないということで、ほとんど全部使ってしまっています。これを遅らせるために、ネットワークアドレス変換(NAT)が作られました。ネットワークアドレス変換は、ネットワークが1つのパブリックIPアドレスを共有し、ネットワーク上のすべてのコンピュータにプライベートIPアドレスを与えます。同じ家に住んでいる人はみんな同じアドレスを使っていますが、メールはその家に住んでいる複数の異なる人のために意味を持つことができます。

特別なIPアドレス

特別な目的のために予約されているIPアドレスがいくつかあります。例えば、127.0.0.1というアドレスはループバックアドレスと呼ばれ、自分自身にメールを送るように、このアドレスに送信されたパケットを送信元のコンピュータに「ループバック」します。これは便利ではないように見えるかもしれませんが、サーバーのテストに使われています。

ネットワークのクラスを識別するものとして定義することができます。

ネットワーク上のホストを識別するものとして定義することができます。

これは永久的なインターネットアドレスです。これは、我々は手動で設定する必要があり、これで変更することはできません。これは、すべてのサーバーが静的なIPを使用している小さなネットワークで使用されています。これは、通信のための簡単な方法です。

(ダイナミックは常に変化することを意味します)

インターネットの一時的なアドレスです。IPアドレスの特定の範囲からDHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)サーバーによって割り当てられます。

アイピーブイフォーサブネット

ネットワークを高速に動作させるために、ネットワークはサブネットに分割されます。これを行うために、IP アドレスにはネットワーク ID、サブネット ID、ホスト ID が含まれています。ネットワーク、サブネット、ホストIDのサイズを決定するために、サブネットマスクと呼ばれる特殊な2進数が使用されます。

当初のIPv4は254のネットワークしかサポートしていなかったため、1981年にインターネットのアドレッシング仕様がクラスフルネットワークアーキテクチャに変更されました。クラスフルネットワーク設計では、より多くの個別のネットワークをサポートすることができます。IPアドレスの最初の3つのビットは、そのクラスを決定します。通常のコンピュータ通信（ユニキャスト）では、3つのクラス（A、B、C）が定義されました。ネットワークIDのサイズは、IPアドレスのクラスに基づいていました。各クラスはネットワークIDに多くのオクテットを使用し、ホストIDを小さくし、可能なホストの数を減らしていました。

クラスフルネットワークは、1993年以降、クラスレス・インタードメインルーティング(CIDR)に置き換えられています。CIDRはネットワークアドレスとホストアドレスも提供します。CIDRはクラスを持たないので、ネットワークアドレスとホストアドレスのサイズはオクテット単位である必要はありません。

CIDR表記のIPv4アドレスは次のようになります。

192.168.0.14/24

スラッシュと数字は、ネットワーク ID が使用するビット数を表し、この場合は 24 オクテットまたは 3 オクテットになります。

IPv4は32ビットしかないため、利用可能なアドレス数が枯渇してしまいます。これを防ぐために、電気電子学会（IEEE）という組織が、いずれIPv4に代わるIPバージョン6（IPv6）を作成しました。

IPバージョン6では、16オクテット、つまり合計128ビットを使用します。IPv6のオクテットは16進数で書かれ、コロン(:)で区切られています。IPv6アドレスは次のようになります。

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

IPv6アドレスは長くなる可能性があり、コンピュータに入力したり、書き留めたりする際に間違いが生じる可能性があります。IPv6アドレスは、何も残さずに短くすることができる2つの方法があります。

• 先頭のゼロは省くことができます。2001:0db8:00b8:0008:0000:0000:0000:0001 becomes 2001:db8:b8:8:0:0:0:1
• 任意の数の連続した全ゼロの「チャンク」は、単純な :: に圧縮することができます。これは、同じアドレス内で一度だけ行うことができます。2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 は 2001:db8::1 のように書くことができます。

DNSはDomain Name Systemの略で、ドメインネームシステムのことです。

サービスサーバとも呼ばれる。これは、クライアントサーバネットワークアーキテクチャに基づいています。公開IPアドレスのデータベースが含まれています。DNSは電話帳のようなものです。

IPv4以前のバージョンは実験的なものであり、決して広く使われることはありませんでした。バージョン5はインターネットストリームプロトコル専用に使用されていましたが、これも決して広く使用されることはありませんでした。