IPv4とは何ですか?

インターネットプロトコル (IP) は、さまざまな種類のネットワーク間でデジタル通信を確立するために不可欠です。そのバージョンの中で、インターネットプロトコルバージョン 4 (IPv4) が最も広く採用されており、世界中のインターネット接続のバックボーンとして機能しています。

1980 年代初頭に開発された IPv4 は、数え切れないほどの革新をもたらし、後継の IPv6 への移行が進む中でもインターネットアーキテクチャの中心であり続けています。この記事では、IPv4 の基本を掘り下げ、その仕組み、重要性、より高度なプロトコルへの段階的な移行について説明します。

IPv4 とは何かを説明して調べてみましょう。

IPv4とは何ですか?

インターネットプロトコルバージョン 4 (IPv4) は、インターネットプロトコルの 4 番目の改訂版であり、実稼働用に導入された最初のバージョンです。1983 年に ARPANET に実装されたことで、デジタル通信技術は大きく進歩しました。IPv4 アドレスは 32 ビットの数値で、約 43 億の一意のアドレスを使用できます。

このアドレス指定機能は初期のネットワーク需要には十分でしたが、今日の広範かつ成長を続けるインターネットの利用には不十分であり、IPv6 の開発につながりました。

IPv4の仕組み

IPv4アドレスは通常、ドット10進表記で表され、ピリオドで区切られた4つのオクテット（またはバイト）で構成されます。各オクテットは0から255までの10進数を表します。たとえば、IPv4アドレスは 192.168.1.1 バイナリシーケンスに変換されます 11000000.10101000.00000001.00000001.

IP アドレスの内訳の例:

192 = 11000000
168 = 10101000
1 = 00000001
1 = 00000001

IPv4 は、ルーティングと呼ばれる方法を使用して、データパケットが送信元から宛先までネットワーク上でたどる最も効率的なパスを決定します。インターネット上のルーターは、ルーティングテーブルを使用して、各パケットの宛先 IP アドレスに基づいて転送を決定します。

シンプルなルーティングのデモンストレーション:

宛先アドレスを持つデータパケットを想像してください 192.168.1.1ルータはルーティングテーブルをチェックして、パケットを宛先に直接送信するか (宛先が同じネットワーク上にある場合)、別のルータに転送するかを決定します。

IPv4 アドレスクラス

IPv4 アドレスは、さまざまな規模と要件のネットワークに対応するために 5 つのクラスに分かれています。

クラスA: 127 のネットワークそれぞれで 1,600 万のホストをサポートします。(例: 10.0.0.1)
クラスB: 16,000 のネットワークごとに 65,000 のホストをサポートします。(例: 172.16.0.1)
クラスC: 200 万のネットワークごとに 254 台のホストをサポートします。(例: 192.168.1.1)
クラスD: マルチキャストグループに使用されます。(例: 224.0.0.1)
クラスE: 実験用に予約されており、パブリックネットワークでは使用されません。(例: 240.0.0.1)

IPv4の特徴

IPv4 には、基本的なインターネット機能の効率化を促進するいくつかの機能が含まれています。

サブネット化: 単一の物理ネットワークを複数の小さな論理サブネットワークに分割できます。これにより、ルーティングの効率が向上し、ネットワークが論理的に編成されます。
アドレス解決プロトコル (ARP): IP アドレスをローカルネットワークで認識される物理マシンアドレスにマッピングします。
ベストエフォート配信モデルIPv4 では、パケットの配信を保証したり、パケットの順序を管理したり、重複配信を回避したりすることはできず、これらのタスクは上位レベルのプロトコルに委ねられます。

制限と課題

IPv4 の主な制限は、アドレス空間です。インターネットデバイスの爆発的な増加により、43 億のアドレスでは不足しており、ネットワークアドレス変換 (NAT) などの技術によって一時的にアドレス不足を緩和しています。

NAT を使用すると、プライベートネットワーク上の複数のデバイスが 1 つのパブリック IP アドレスを共有できるため、アドレス空間が節約されますが、ピアツーピアネットワークなどの特定の種類のインターネット通信が複雑になる可能性があります。

IPv6への移行

IPv6 は IPv4 を置き換え、その制限に対処するために設計されました。128 ビットのアドレスを使用し、実質的に無制限の数の一意のアドレスを許可します。また、IPv6 にはルーティングとネットワークの自動構成の改善が含まれており、IP パケットを暗号化して認証するセキュリティプロトコルのサポートが組み込まれています。

IPv4の現在

IPv6 が利用可能であるにもかかわらず、それをサポートする膨大なインフラストラクチャがあるため、IPv4 が依然として普及しています。デュアルスタック実装などの移行メカニズムにより、デバイスは IPv4 と IPv6 をサポートできるようになり、即時の全面的な見直しではなく段階的な移行が容易になります。

結論

IPv4 は、インターネットの発展と拡大において極めて重要な役割を果たしてきました。その制限により IPv6 の開発が必要となりましたが、その基本的な設計と概念は、現在のデジタル通信のニーズを引き続きサポートしています。

IPv6 への移行は進行中ですが、当面の間、IPv4 はネットワーク通信の重要な部分であり続けるでしょう。