IP アドレスとは何ですか?

インターネットプロトコル（IP）は、インターネットプロトコルスイート（IPS）の中で最も重要な通信プロトコルの1つです。主に、ネットワークデバイス（コンピュータ、イーサネットスイッチ、単一のネットワーク、または相互接続された複数のネットワークなど）間のデータパケットのアドレス指定とルーティング、そしてあるネットワークから別のネットワークへの転送に使用されます。現在、IPプロトコルにはIPv4とIPv6の2つのバージョンがあります。これらの2つのバージョン、特にその違いをよく知らない人は多くいます。この記事では、IPv4とIPv6について詳しく紹介し、ネットワーク機器の選定に役立つ情報を提供します。

IPv4とは何ですか?

IPv4は、インターネットプロトコルの4番目のバージョンであり、コンピュータネットワークで使用されるデータグラム転送メカニズムです。広く普及した最初のIPプロトコルでした。インターネットに接続されたすべてのデバイス（スイッチ、PC、その他のデバイス）には、下図に示すように、192.149.252.76などの一意のIPアドレスが割り当てられます。IPv4は32ビット（4バイト）のアドレスを使用し、約43億個のアドレスを収容できます。しかし、インターネットにアクセスするユーザーの増加に伴い、2019年11月にグローバルIPv4アドレス空間が完全に枯渇しました。これが、その後インターネット技術タスクフォース（IEIF）がIPv6を提案した理由の一つです。

IPv6とは何ですか?

IPv6は、インターネット情報通信技術（IEIF）によって提唱されたインターネットプロトコルの第6バージョンであり、IPv4に代わる次世代プロトコルとして設計されています。IPv6の導入により、ネットワークアドレス資源の不足が解消されるだけでなく、様々なデバイスによるインターネットアクセスを阻む障壁も克服されます。IPv6アドレスは128ビット長で、340兆個以上のアドレスをサポートします。下の図に示すように、3ffe:1900:fe21:4545:0000:0000:0000:0000はIPv6アドレスです。IPv6アドレスは通常、コロンで区切られた4つの16進数からなる8つのグループに分割されます。

IPv4 と IPv6 の違いは何ですか?

IPv4とIPv6はどちらもインターネットに接続されたデバイスのアドレスを識別するために使用され、原理は同じですが、動作は異なります。では、IPv4とIPv6の違いは何でしょうか？その答えは、以下の点にあります。

パフォーマンス

IPv4と比較して、IPv6はアドレス長を32ビットから128ビットに拡張し、より幅広いアドレスニーズに対応します。業界の専門家は、地球上の1平方メートルあたり10の26乗個のIPv6アドレスが存在するとさえ主張しており、近い将来にIPアドレスの枯渇は起こらないことを示しています。さらに、IPv6アドレスはCIDRに類似した階層構造でエンコードされるため、ルーティングが簡素化され、高速化されます。

IPヘッダー

IPv4のヘッダー長は、提供されるIPオプションに応じて20～60バイトの可変長です。一方、IPv6のヘッダー長は40バイトの固定長であるため、IPv4よりもヘッダーがシンプルです。さらに、IPv4ヘッダーには様々なオプションが含まれる場合がありますが、IPv6ヘッダーにはオプションがありません。代わりに、オプションの拡張ヘッダー（ホップバイホップ拡張、ルーティング、フラグメンテーション、宛先情報など）を追加することで、パケット処理のオーバーヘッドとヘッダー帯域幅を大幅に削減します。

サイバーセキュリティ

IPv4では、インターネットセキュリティプロトコル（IPsec）はオプションですが、必ずしも無料ではなく、場合によっては有料サポートが必要になります。しかし、IPv6ではIPsecは必須です。さらに、認証、データ整合性、機密性といった機能もIPv6に組み込まれています。これは、IPv6がIPv4よりも安全であることを示しています。

応用分野

下の図に示すように、2009年から2019年にかけて、GoogleにIPv6経由でアクセスするユーザーの割合は少なく、IPv6の普及初期は緩やかでした。これはなぜでしょうか？IPv6の導入がIPv4よりも普及していない理由は一体何でしょうか？第一に、IPv4はIPv6よりも先に導入されたため、市場で先行していましたが、IPv6の導入は長い時間をかけて段階的に進められてきました。第二に、IPv6導入初期には、その未成熟さゆえに、既存のインフラとの互換性のなさや、IPv4からIPv6への移行の難しさなど、多くの問題が発生しました。

ほとんどの実用アプリケーションでは、IPv6とIPv4は別々に使用されます。しかし、現在ではトンネリング技術を使用してIPv6とIPv4を相互接続することが可能です。IPv6ネットワークとIPv4ネットワーク間のトンネルでは、ルーターがIPv6パケットをIPv4パケット内にカプセル化できます。カプセル化されたIPv4パケットがIPv4ネットワーク（トンネル出口）から出ると、IPv6パケットは削除され、宛先ノードに転送されます。両方のトンネルの宛先ノードは、IPv4プロトコルとIPv6プロトコルの両方をサポートしている必要があることに注意することが重要です。

IPv4 と IPv6 の違いは次のとおりです。

要約する

これまで見てきたように、IPv6はアドレス空間を拡大し、予見可能な将来のインターネットのニーズを満たすために数百兆個のアドレスを提供するだけでなく、ネットワーク構成を簡素化し、コストを削減します。したがって、IPv4からIPv6への世界的な移行は避けられません。しかし、これはIPv4が置き換えられることを意味するものではありません。