IPv4とは何ですか？

IPv4は、1983年に最初のバージョンがARPANETに導入されて以来、標準のインターネットアドレス指定スキームです。IPv4の後継であるIPv6は2017年に標準化されましたが、1998年以降ドラフトバージョンが公開されているにもかかわらず、まだ普及が遅れています。IPv6への移行は緊急と見られています。使用可能なIPv4アドレススペースが使い果たされたため。

IPv4設計

IPv4は32ビットのアドレス空間を使用し、合計2 ^ 32のIPアドレス、つまり4,294,967,296の可能な一意のアドレスを許可します。

IPv4アドレスは通常、ドット付きクワッド表記で示されます。ドット付きクワッド表記は、それぞれがピリオドで区切られた10進形式の4つのバイナリオクテットで構成されます。たとえば、172.67.69.195はバイナリで10101100.01000011.01000101.11000011です。この設計のため、各オクテットは0から255の間でのみ可能です。

IPv4アドレス枯渇

初期のIPv4のネットワーク構造は、主にA、B、Cのクラスに分割されていました。クラスAネットワークは、最初のオクテットを使用してネットワークを定義し、他のすべてのビットはホストに割り当て可能でした。これにより、128の可能なネットワークが可能になります。それぞれに1600万を超えるホストがあります。クラスBネットワークは、最初の2つのオクテットをネットワークアドレスとして使用し、最後の2つをホストアドレスとして使用して、65,000を超えるホストの16,000を超えるネットワークを可能にしました。最後に、クラスCネットワークは、ネットワークアドレスに最初の3オクテットを使用し、ホストアドレスに最後のオクテットを使用して、最大256ホストの200万を超えるネットワークを可能にしました。

元々、企業がIPアドレスを必要とする場合、地域のプロバイダーにクラスCネットワークを要求できました。そのスペースのすべてが必要でない場合でも、それを取得し、さらに必要な場合は、クラスBネットワークが与えられました。Apple、Ford、US Postal Service、AT＆T、Comcastなど、いくつかの企業にはクラスAネットワークが割り当てられていました。米国国防総省には、13のクラスAネットワークが割り当てられています。

時間の経過とともに、そのようなアプローチは、割り当てられるアドレスが不足するアドレススキームにすぐにつながることが決定されました。CIDR（Classless Inter-Domain Routing）と呼ばれる新しい手順が作成され、任意のサイズのIPアドレスのブロックを割り当てることができました。これにより、最終的なアドレスプールの枯渇が回避されました。

IPアドレスの使用量を減らすための別のツールは、内部では使用できるがインターネットでは使用できないプライベートIPアドレス範囲を指定することでした。このアプローチにより、すべての内部ネットワークで同じアドレス指定スキームを使用でき、使用可能なアドレス空間を少し犠牲にするだけで済みました。最も一般的なプライベートネットワークの範囲は、おそらくホームネットワーク上にあるものです。192.168.0.0から始まり、192.168.255.255に進みます。

この手法は、ホームルーターなどのインターネットゲートウェイが、ネットワーク内でパブリックIPアドレスを持つ唯一のデバイスであることを意味します。ルーターはすべての着信トラフィックを変換し、NATとPATと呼ばれる2つのプロセスを介して、ネットワーク内でどのホストに送信する必要があるかを判断します。NATはネットワークアドレス変換であり、PATはポートアドレス変換であり、これらを組み合わせてルーターが使用し、パブリックIPアドレスを直接持たずにデバイスがインターネットへのサービスを開くことができるようにします。

IPv4アドレスの枯渇を食い止めるためのあらゆる可能な努力にもかかわらず、すべての地域レジストラは未割り当てのIPv4アドレスの供給を使い果たし、最後の未割り当てアドレスは2019年11月25日に割り当てられました。4,294,967,296個のIPアドレスがすべて割り当てられました。地域のレジストラは、返されるIPアドレスのみを再割り当てできます。現在、IPv6への移行は、アドレスを必要とするすべてのデバイスが確実にアドレスを取得できるようにするために重要です。IPv6は、はるかに長いアドレス指定スキームを使用します。これにより、本質的に無尽蔵のIPアドレスが提供されます。