ネットワーキング：IPv4とIPv6アドレス

1. 序章

インターネットプロトコル（IP）は、ソースデバイスからターゲットデバイスにデータパケットを配信する役割を果たします。 このプロトコルには、インターネットプロトコルバージョン4（IPv4）とインターネットプロトコルバージョン6（IPv6）の2つのバージョンがあります。 これら2つのバージョンのうち、IPv4は最も古く、最も広く使用されているIPアドレス形式です。 IPv6はIPv4の後継であり、IPv4は提供できるIPアドレスの数に制限があります。

このチュートリアルでは、インターネットプロトコル、IPv4、およびIPv6アドレスの種類と、これら2つのバリアントの簡単な比較を紹介します。

2. IPアドレス

インターネットプロトコルアドレスはIPアドレスと呼ばれ、インターネットに接続されているデバイスにはIPアドレスが必要です。 これにより、デバイスまたはネットワークインターフェイスを識別し、インターネットに接続されているデバイスの場所を追跡することもできます。 例えとして、IPアドレスを地域の番地と比較することができます。 住所があれば、手紙を届けたり、その場所にたどり着くことができます。 デバイスのIPアドレスも同様のアクティビティを実行します。

2.1. IPアドレス解決

IPアドレスは、通信のためにインターネットに接続されるとデバイスに付けられる数値ラベルであり、ネットワーク上で一意です。 インターネットでは、ドメインネームシステム（DNS）を使用して、数字のラベルの代わりに単語（つまり、ドメイン名）を使用できるようにしています。単語は覚えやすいからです。

DNSは、ドメイン名とIPアドレスの間のマッピングを含むインターネットアドレスブックと見なすことができます。 たとえば、ブラウザのURLに http://www.baeldung.com と入力すると、ブラウザはDNSにBaeldungのIPアドレスを検索するように要求します。 DNSはIPアドレスを返し、ブラウザは指定されたIPアドレスに接続します。

2.2. IPアドレスの種類

デバイスにIPアドレスを割り当てるには、静的と動的の2つの方法があります。

静的IPアドレスは、デバイスのネットワーク構成で明示的に指定されています。 名前が示すように、静的IPアドレスが構成されており、ネットワーク構成が変更されても変更されません。 静的IPアドレスは便利ですが、デバイスへのアドレスは静的である必要があります。

これにはいくつかのユースケースがあります。 たとえば、外部デバイスの場合、ユーザーは頻繁に通信するためにデバイスのIPアドレスを知っている必要があります。 さらに、VPNまたは他のリモートアクセスメカニズムを介して接続できるIPアドレスをホワイトリストに登録するためのセキュリティ構成が存在する可能性があります。

動的IPアドレスは、ネットワークによってデバイスに割り当てられ、時間の経過とともに変化します。 IPアドレスをデバイスに動的に割り当てるメカニズムはいくつかあります。 最も頻繁に使用されるメカニズムの1つは、動的ホスト構成プロトコル（ DHCP ）です。 DHCPは、デバイスがネットワークに接続されている間、デバイスにIPアドレスを自動的に割り当てます。 名前が示すように、動的IPアドレスは時間の経過とともに変化し、デバイスに割り当てられたさまざまなIPアドレスに気付くことができます。

3. IPv4

インターネットプロトコルバージョン4（IPv4）は、最初で、最も古く、最も広く使用されているIPアドレスです。 ARPANETは、1983年に本番環境でこの形式のIPアドレスを使用しました。

3.1. IPv4アドレス

32ビットのアドレス指定スキームを使用してIPアドレスを定義します。 したがって、アドレスの生成が可能になります（約40億）。 IPv4アドレスは、アドレスを表すためにXXX.XXX.XXX.XXXのドット付き10進表記に従いました。 XXXは、0から255の範囲の値にすることができます。 たとえば、IPv4アドレスの例は172.16.254.1です。

上の図は、IPv4アドレスの構造を示しています。 各8ビット（オクテット）はドットで区切られ、一緒に32ビットアドレスを形成します。

3.2. 断片化

送信元から宛先にデータを送信するときに、実際のデータパケットを複数の小さなパケットに断片化することができます。 この断片化は、ネットワーク層で定義された最大伝送ユニット（MTU）に基づいて行われます。 データパケットを小さなチャンクに分割するこのプロセスは、IPフラグメンテーションと呼ばれます。 IPV4アドレッシング方式では、この断片化は送信側ルーターと中間ルーターの両方で実行できます。 断片化されたパケットは、受信者によってアセンブルされます。

4. IPv6

インターネットプロトコルバージョン6（IPv6）は、インターネットプロトコルの最新バージョンです。  次世代インターネットプロトコル（IPng）とも呼ばれます。 IPv6は比較的新しいバージョンのIPアドレスであり、IPv6と比較してその使用はまだ普及していません。

4.1. IPv6の必要性

次のバージョンのIPアドレスを導入する必要があるのは、IPv4の欠点を軽減することです。 IPv4の主な問題は、アドレス数の制限とルーティングテーブルの増加です。 IPv4は、一意のアドレスを生成できる32ビットのアドレス指定スキームを使用します。 ただし、ネットワーク通信でのIPアドレスの必要性がますます高まっているため、この数では不十分です。

4.2. IPv6アドレス

IPv6は128ビットのアドレス指定スキームを使用し、一意のアドレス（3.403×10 ³⁸ ）を生成できます。 これは非常に大きな数であり、予見可能な将来には十分であると見なされます。 この多数のIPv6アドレスにより、アドレスの大きなチャンクをさまざまな目的に割り当て、効率的なルーティングのために集約することができます。

上の図は、IPv6アドレスの構造を示しています。 IPv6アドレスは128ビット長です。 各16ビットはコロン（:)で区切られます。 以下は、IPv6アドレスのさまざまなセクションの意味です。

• 2：一意のアドレスで識別される単一のネットワーク宛先にメッセージを送信することを示すグローバルユニキャストアドレスインジケータ
• 001：地域（AFRINIC、APNIC、ARIN、LACNIC、RIPE NCC）
• 0DB8：ローカルインターネットレジストリ（LIR）またはインターネットサービスプロバイダー（ISP）
• AC10：お客様
• FE01：サブネット
• 0000：0000：0000：0000：64ビット拡張一意識別子（EUI-64）。 この一意の64ビットIPバージョン6インターフェイス識別子（EUI-64）は、手動構成や動的ホスト構成プロトコルを使用せずに、ホストに直接割り当てられます。

IPv4とIPv6はどちらもIPアドレスを提供しますが、相互に通信することはできません。 ただし、両方がネットワーク内で共存できます。 これは、デュアルスタックとして知られています。 トンネリングは、カプセル化されたIPv6パケットの送信を可能にするIPv4領域内にトンネルを作成する別のアプローチです。

4.3. 断片化

IPV6アドレッシングスキームは、IPフラグメンテーションの異なる原則に従います。 IPV6では、中間ルーターはフラグメンテーションを実行しません。 断片化が必要な場合は、常に送信者ホストによって実行されます。 さらに、IPV6では、断片化ヘッダーは実際のIPV6ヘッダーの一部ではありません。 フラグメンテーションを実行する必要がある場合は、拡張ヘッダーとしてデータパケットに挿入されます。

5. IPv4と IPv6

ここで、IPv4アドレスとIPv6アドレスの比較を示します。 次の表は、さまざまな特性との比較をまとめたものです。

6. 結論

この記事では、IPv4とIPv6の2つの異なるIPアドレスタイプを紹介し、比較しました。

デバイス間のネットワーク通信におけるIPアドレスとその目的を紹介しました。 次に、広く使用され、支配的なIPアドレスタイプであるIPv4を紹介しました。 その後、IPv4の後継であるIPv6を紹介しました。

最後に、いくつかの特性に基づいて、これらのアドレスタイプの比較を提供しました。