「IPv4とは何か」という質問に対する簡単な答えは、インターネットプロトコルの第4版であるということです。IP（インターネットプロトコル）とは、インターネットにおける通信の主要なルールセットのことです。

35年以上にわたり使用されてきたIPv4は、1983年に米国国防総省がARPANET（先進研究プロジェクト局ネットワーク）で初めて導入しました。

インターネットプロトコルバージョン4（IPv4）もまた、分岐点に立っています。世界的なIPアドレスの供給が枯渇しつつあるからです。 インターネットは次のバージョンであるIPv6へと徐々に移行しつつありますが、その過程には課題も伴っています。

この用語解説では、インターネットの基本的な構成要素とその連携の仕組みについて探り、第4版インターネットプロトコルとその現代における課題を検討し、後継となるIPv6についても触れていきます。

IPv4が登場する前の、インターネットの仕組みについてもう少し詳しく見てみましょう

IPに関する詳細

IPはインターネットプロトコルスイートの一部であり、これには伝送制御プロトコル（TCP）も含まれます。これら2つを合わせてTCP/IPと呼ばれます。インターネットプロトコルスイートは、ネットワーク上でのデータのパケット化、アドレス指定、送信、ルーティング、および受信に関する規則を規定しています。

IPアドレス指定とは、ネットワーク上のデバイスにアドレスを割り当てる論理的な手段です。 インターネットに接続される各デバイスには、一意のIPアドレスが必要です。

インターネットトラフィックを処理するネットワークのほとんどは、パケット交換方式を採用しています。「パケット」と呼ばれる小さなデータ単位が、ネットワークを介してルーティングされます。お使いのコンピュータのような送信元ホストは、パケットヘッダー内のIPアドレスに基づいて、これらのIPパケットをサーバーなどの宛先ホストに送信します。 パケット交換により、ネットワーク上の多くのユーザーが同じデータ経路を共有できるようになります。

IPアドレスは2つの部分で構成されています。1つはコンピュータやその他のデバイスといったホストを識別する部分、もう1つはそれが属するネットワークを識別する部分です。TCP/IPでは、サブネットマスクを使用してこれらを区別します。

IPは、OSIモデルにおいてレイヤー3（ネットワーク層）に位置します。このモデルは、コンピュータネットワーク間の通信を7つの抽象的な層に分割しており、各層がネットワーク通信において異なる機能を果たします。レイヤー3は、異なるネットワーク間のルーティングが行われる層です。

DNSの役割

DNS（ドメインネームシステム）は、インターネットの電話帳のようなものです。bluecatnetworks.comのように覚えやすいドメイン名を、インターネットの「言語」である104.239.197.100のようなIPアドレスに変換します。

DNS により、それぞれ固有の IP アドレスを持つコンピュータ、サーバー、その他のネットワーク接続デバイスが互いに通信できるようになります。また、ユーザーが探しているウェブサイトへ誘導する役割も果たしています。

では、IPv4とは一体何でしょうか？

IP（バージョン4）アドレスは、16進数表記で表すことができる32ビットの整数です。 より一般的な形式として、「ドット付き4組表記」または「ドット付き10進表記」と呼ばれる x.x.x.x という形式があり、各 x は 0 から 255 までの任意の値をとることができます。例えば、192.0.2.146 は有効な IPv4 アドレスです。

IPv4は、現在もインターネットトラフィックの大部分をルーティングしています。32ビットのアドレス空間では、一意のホスト数は2³²に制限され、世界中で使用可能なIPv4アドレスは43億近く（正確には4,294,967,296）となります。

今日、その数は尽きてしまいました

考えてみてください。ご家庭には、インターネットに接続されたデバイスがいくつありますか？

米国の平均的な家庭には、スマートフォン、デスクトップPCやノートPC、タブレット、ストリーミングメディアデバイスなど、5台のデバイスがあります。これには、ネットワーク接続型サーモスタット、スマートスピーカー、ドアベルカメラなど、「モノのインターネット（IoT）」のカテゴリーに分類されるさまざまなデバイスは含まれていません。

このように、固定・モバイルを問わずあらゆるデバイスにIPアドレスが割り当てられるようになった、今日の超接続されたコンピュータネットワークの世界において、43億という数は到底足りていないことが判明したのです。

2011年、IPアドレスの世界的な調整機関であるインターネット番号割り当て機関（IANA）は、地域レジストリに割り当てるための空きIPv4アドレス空間を使い果たしました。そこでIANAは、地域レジストリから未使用のIPv4アドレスブロックを追加で回収し、「回収アドレスプール」を構築しました。 2014年、IANAは、回収済みアドレスプール内の最後のアドレスを再配分すると発表した。

これが使い果たされれば、IPv4アドレスは完全に枯渇することになる。

その他の制限

アドレス空間の枯渇に加え、IPv4アドレス体系には他にもいくつかの欠点があります：

RFC 1918で規定された範囲から、約1,800万個のアドレスがプライベートアドレスとして確保されていました。 ほとんどの組織は、内部ネットワークでプライベートアドレスを使用しています。しかし、これらのローカルネットワーク上のデバイスは、パブリックインターネットへの直接的な経路を持っていません。

パブリックインターネットにアクセスするには、プライベートアドレスを持つデバイスは、ネットワークアドレス変換（NAT）と呼ばれる、複雑でリソースを大量に消費する回避策を必要とします。

さらに、IPv4アドレスの割り当ての大部分は北米に集中しました。その結果、インターネットの利用が爆発的に増加しているアジア太平洋地域やその他の地域の組織は、グレーマーケットで大量のIPアドレス空間を購入せざるを得なくなりました。これにより、連続したIPアドレス範囲が分断され、インターネットトラフィックのルーティングがより複雑になりました。

IPv4に代わるものとして、IPv6が登場しました

この問題に対処するため、インターネットはIPv6への段階的な移行を進めています。 インターネットプロトコルの最新バージョンであるIPv6では、アドレス空間が32ビットから128ビットへと拡張され、識別子には英数字が使用されます（例：2002:db8::8a3f:362:7897）。 IPv6には^2¹²⁸個の一意のアドレスがあり、これは約340ウンデシリオン、つまり340億億億に相当します。

このバージョンのIPにはいくつかの明らかな利点がありますが、最大の利点はアドレス空間がはるかに広いことです。IPv6では、単一のネットワークが持つIPv6アドレスの数が、IPv4のアドレス空間全体を上回ります。

一見簡単そうに見えますが、IPv4とIPv6は直接互換性がないため、移行は困難を極めます。IPv4とIPv6の違いを理解するのは複雑です。BlueCatのソリューションは、業界で認められたDDIソフトウェアを活用し、IPv6への移行を支援します。