IPアドレスとは？概要からIPv4・IPv6まで初心者にも分かりやすく解説

ネットワークの設計や設定をするときに、必ず必要になるのがIPアドレスです。IPアドレスは、ネットワークの最も基本的な知識と言えます。ただ、IPアドレスに関する知識は幅広く、きちんと理解するためには体系的に学ぶことが必要です。

この記事では、ネットワークを使うために最低限必要なIPアドレスに関する基本知識を初めて学ぶ方にも分かりやすく解説しています。IPアドレスの概要、構造からIPv6まで順序だててまとめているので是非参考にして下さい。

IPアドレスとは？【ネットワーク上で使われる住所】

IPアドレスとは、ネットワークに接続されたサーバーやパソコンなどの通信機器を識別する番号です。ネットワーク上の通信機器ごとに、1つ以上のIPアドレスが割り振られています。

IPアドレスはインターネットなどのネットワークにおいて、住所に例えられることが多いです。人間が相手の住所宛に郵便物を送るように、ネットワーク上でも通信機器同士が互いのIPアドレス（住所）宛にデータを送り合います。

IPアドレスの構造に関する知識

現在広く利用されているIPアドレス（IPv4アドレス）は、以下のような32ビットの整数数値（2進数）であらわされます。

11000000101010000000101001100100

けれど、これでは人がみて分かり辛いことから、以下のように8ビット（8桁）ごとに「.（ドット）」で区切り10進法で表記されています。

以下、IPアドレスがどのような構成で作られているか詳しく見ていきましょう。

ネットワーク部とホスト部

IPアドレスは以下2つの部分によって構成されます。

ネットワーク部	どのネットワークに属しているかを表す部分
ホスト部	ネットワーク内のどの通信端末（＝ホスト）かを表す部分

ネットワーク部・ホスト部は、たとえば以下のように構成されています。

上記例は「192.168.10.*」というネットワークの、「100」というホスト(通信端末)であるという意味になります。住所に例えると、「A町(192.18.10/ネットワーク)」の「Bさん（100/ホスト・通信端末）」といった感じです。

さらにIPアドレスはネットワーク部・ホスト部の分け方によって、「クラスフルアドレス」「クラスレスアドレス」の2種類に分類されます。次項以降では、これら2種類の概要についてみていきましょう。

特定のクラスによってネットワークを分類する「クラスフルアドレス」

クラスフルアドレスとは以下クラスという単位でIPアドレスを分割し、組織ごとに割り当てる方式です。

クラス	ネットワーク部の アドレス長	IPアドレスの範囲	割り当て可能なホスト数 （IPアドレス数）
クラスA	8ビット	0.0.0.0.～ 127.255.255.255	16,777,214個
クラスB	16ビット	128.0.0.0.～ 191.255.255.255	65,534個
クラスC	24ビット	192.0.0.0.～ 223.255.255.255	254個

クラスAからクラスCを図で表すと、以下のようになります。

これを10進法にしてわかりやすく表現すると以下のようになります。

たとえばクラスCなら、「.」で区切った一番右の部分をホストとして254個指定できるわけです。

クラスフルアドレスでは、組織の大きさに従ってクラスA～クラスCのIPアドレスを割り振ります。そうして各組織が割り振られたIPアドレスを使い、自組織内の各ホスト(通信端末)に設定するのです。

クラスに縛られずにネットワークを分類する「クラスレスアドレス」

前項ではクラスフルアドレスについて解説しましたが、現在、クラスフルアドレスは使われていません。クラスフルアドレスでは、IPアドレスの無駄が多く発生してしまうことがわかったからです。

たとえばクラスAでは、上記の通り1,600万台以上のホストを1つのネットワークに割り当てられます。しかし実際には、1つのネットワークにそれほど膨大な数のホストが存在することはまずありません。その結果、特定の組織にクラスAを割り振ったとしても、使われないIPアドレスが膨大に発生してしまうことになるわけです。

現在はクラスレスアドレスという、より柔軟にIPアドレスを割り振れる方式を使っています。クラスレスアドレスとはサブネットマスクという技術を使い、従来のクラスに限定せずIPアドレスを組織に割り振る方式です。クラスレスアドレスでは、以下のような分割も可能となります。

クラスレスアドレスを採用することによって、従来のクラスに限定されず自由にIPアドレスの割り振りができるようになったのです。

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IPアドレスの種類

IPアドレスは使われる場所と割り振られ方により、以下4種類に分類できます。

グローバルIPアドレス	固定IPアドレス
グローバルIPアドレス	動的IPアドレス
プライベートIPアドレス	固定IPアドレス
グローバルIPアドレス	動的IPアドレス

次項からは、これら種類の詳細についてわかりやすく解説します。

使われる場所による分類

IPアドレスは、使われる場所によって「グローバルIPアドレス」と「プライベートIPアドレス」に分類されます。以下、1つずつどのような役割をもっているかみていきましょう。

インターネットへ接続するために使う「グローバルIPアドレス」

インターネットへ接続する機器には、必ず「グローバルIPアドレス」が割り振られます。グローバルIPアドレスは、必ず世界に1つしかないユニークな数列です。

インターネット上で、グローバルIPアドレスが他の通信機器と重複することはありません。仮にインターネット上でグローバルIPアドレスが重複してしまうと、正しく相手の通信機器を識別できなくなってしまうからです。

社内（家庭内）のネットワークへ接続するために使う「プライベートIPアドレス」

インターネット上で使われるグローバルIPアドレスに対し、プライベートIPアドレスは社内（家庭内）ネットワークで使われるIPアドレスです。

プライベートIPアドレスも、社内（家庭内）ネットワークのなかでは重複することがありません。しかしグローバルIPアドレスと違い、世界中で同じ範囲※のプライベートIPアドレスが使われています。

IPアドレスの数は有限であり、全ての通信機器にユニークなIPアドレスを割り振ることはできません。そこで社内（家庭内）ネットワーク内の通信機器に関しては、世界的に共通する範囲のプライベートIPアドレスを使っているのです。

ただしプライベートIPアドレスのままでは、インターネット上で通信することはできません。インターネット上で通信をするためには、世界的にユニークなグローバルIPアドレスが必要だからです。

そこで、ルーターなどに搭載されたNAT（Network Address Translation）機能によって、プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスの相互変換が行われています。ルーターが社内ネットワーク内の通信とインターネット上の機器との通信を、交通整理するような役割を担っているのです。

割り振られ方による分類

IPアドレスは割り振られ方によって、「固定IPアドレス」「動的IPアドレス」に分類できます。以下、それぞれの概要についてみていきましょう。

常に同じIPアドレスが利用できる「固定IPアドレス」

固定IPアドレスとは、常に同じIPアドレスが使える割り当ての方式です。固定IPアドレスはWebサーバーやメールサーバーのように、IPアドレスが変わってしまうと運用に支障がある通信機器に対して利用します。

接続のたびにかわる可能性がある「動的IPアドレス」

常に同じIPアドレスが使える固定IPアドレスに対し、動的IPアドレスは接続のたびに割り当てられるIPアドレスが変わる可能性がある方式です。動的IPアドレスではネットワークへの接続時に、DHCP※によりIPアドレスが割り振られます。

※DHCP：ネットワークへ接続した際に、IPアドレスなど通信に必要な情報を自動で割り振るプロトコル

動的IPアドレスにおいて、割り振られるIPアドレスは以前と同じとは限りません。あらかじめ確保されたIPアドレスのなかから、そのときに空いているものが割り振られるからです。

プロバイダの提供するインターネット接続サービスなどでは、必ずしも全ての契約者が常にインターネットを使っているわけではありません。そのため全ての契約者が固定IPアドレスを使うより動的IPアドレスの方が、効率的にIPアドレスを利用できるわけです。

インターネットサービスプロバイダが確保しているIPアドレスは数が限られており、有限のIPアドレスを節約しながら使う必要があります。そういった事情から、固定IPアドレスよりIPアドレス数を節約できる動的IPアドレスの方が安価に利用可能です。

今までの「IPv4」とこれからの「IPv6」

これまで使われてきたIPアドレスは、正確に言うと主に「IPv4アドレス」でした。（前項まで説明した内容もIPv4のもの）

しかし将来的には「IPv6アドレス」がメインで使われることになります。

以下、IPv4とIPv6についてみていきましょう。

IPv4とIPv6の違い

IPv4とIPv6の最も大きな違いは、利用可能なIPアドレスの数です。

これまで使っていたIPv4では、IPアドレスを32個のビット数（＝2進法の数字を32個）で表現します。そのため使えるIPアドレスの数は、2の32乗で約43億個です。

一方、IPv6では128個のビット数でIPアドレスを表現します。そのため、使えるIPアドレスの数は2の128乗で約340澗個※です。IPv4からIPv6に切り替えることによって、使えるIPアドレスの数が比較にならない程増えることになります。

※1澗とは10の36乗、もしくは1兆×1兆×1兆に値する数値です。
340澗個とは、340兆×1兆×1兆に該当します。ほぼ無限と言って過言でない膨大な数字です。

IPv6が必要な理由

前述の通りIPv4では、全世界で使えるIPアドレスの合計は約43億個です。一方、世界の人口は約80億人で、IPv4では1人に1個も割り振れないことになります。

その上、昨今ではスマートフォンやゲーム機などインターネットへ接続する機器が増えている状況です。IoTの発展によって、様々な家電やセンサーなどもインターネットに接続されるようになってきています。

そのため現実的にIPv4では、IPアドレスの数が世界的に足りなくなると想定されるわけです。IPv6で使えるIPアドレスは約340澗個（ほぼ無限）となり、IPアドレスの不足が解消されると考えられています。

IPv6に対応するメリット

IPv6に対応する最も大きなメリットは、使えるIPアドレスの数が増えることです。ただし、IPv6のメリットはそれだけではありません。IPv6に対応することで以下にあげるメリットもあります。

＜より高速な通信速度を期待できる＞

IPv6では従来の「PPPoE」ではなく、「IPoE」という方式でインターネットに接続できます。

PPPoEではインターネット接続をするにあたりネットワーク終端装置（NTE）を使用していましたが、この装置の仕様上１つの装置に対するセッション数の上限が設けられています。これがトラフィック量の増加によって速度低下を招く原因となっていました。

しかし、IPv6であるIPoE接続ではNTEではなく大容量のGWR（ゲートウェイルーター）を使用する接続となるため、速度低下の原因であるセッション数の上限問題を解決することができ、より高速な通信速度を実現することが可能となります。

＜セキュリティ向上を期待できる>

IPv6では、IPSecと呼ばれる通信を暗号化するプロトコルの利用が推奨されています。IPSecを使うことにより、従来暗号化をサポートされていなかったトランスポート層・アプリケーション層でのデータ暗号化が可能です。そのためIPv6を採用することによって、セキュリティの向上を期待できます。

IPv6に対応する際の注意点

IPv6に対応するためには対応プロバイダのサービスを契約し、IPv6対応のルーターを利用する必要があります。逆に言えば契約のプロバイダやルーターが、IPv6に対応していなければIPv6は使えません。

またIPv4とIPv6は、相互通信できない点も注意が必要です。現時点では、IPv4のみに対応するWebサイトやWebサービスが少なくありません。そのため、IPv6で通信を行なおうとすると、それらWebサイト・Webサービスが利用できなくなってしまうのです。

IPv6に対応した上で、そういったIPv6非対応のWebサイト・Webサービスを利用するためには、「IPv4 over IPv6」という変換技術を使います。契約先のプロバイダがIPv4 over IPv6に対応していれば、IPv6に対応した上でIPv6非対応のWebサイト・Webサービスも継続して利用できるわけです。

自端末のIPアドレスを調べる方法

パソコンやスマートフォンなど、現在使っている通信端末に割り振られたIPアドレスは簡単な操作で確認が可能です。以下、自端末のIPアドレスを調べる方法を紹介します。

グローバルIPアドレスを簡単に調べる方法（OS共通）

自端末がインターネットに接続している場合、以下サイトにアクセスすると簡単に自端末のグローバルIPアドレスを確認できます。

https://www.test-ipv6.com/

上記サイトではIPv4アドレスの他、IPv6のアドレスも確認可能です。IPv6で接続されていない場合は、IPv6アドレスが検出されなかったとメッセージが表示されます。

【OS別】IPアドレスを調べる方法

OSによって、IPアドレスの調べ方が異なります。

なおOSの機能でIPアドレスを調べる場合、ネットワークへの接続方法によって以下の通り確認できるIPアドレスが異なるので注意して下さい。

＜自端末がルーターの配下にある場合＞
自端末に割り振られているプライベートIPアドレスを確認できます。

＜自端末がルーターを介さず直接インターネットに接続されている場合＞
自端末に割り振られているグローバルIPアドレスを確認できます。

＜自端末にIPv6アドレスが割り振られている場合＞
自端末に割り振られたIPv6アドレスを確認できます。

※OSのバージョンによって細かい表記などが異なる場合があります。

Windowsの場合

1. スタートメニュー→「設定」→「ネットワークとインターネット」の順にクリックします。
2. ネットワークの状態メニューが表示されるので、「プロパティ」をクリックします。
3. 下の方にスクロールすると、自端末に割り振られたIPv4アドレス・IPv6アドレスが表示されます。

MacOSの場合

1. 「Appleメニュー」→「システム環境設定」→「ネットワーク」の順にクリックします
2. 「ネットワーク」メニューが表示されるので、ご自身が利用している接続の種類（「Wi-Fi」「Ethernet（有線LAN）」）を選択します
3. 右下の「詳細」ボタンをクリックします
4. 「TCP/IP」タブをクリックします。
5. 自端末に割り振られたIPv4アドレス・IPv6アドレスが表示されます

Androidの場合

1. 「設定」→「Wi-Fi」の順にタップします
2. WiFiメニューが表示されるので、「接続済」と書かれたSSIDをタップします。
3. 下の方にスクロールすると、自端末に割り振られたIPv4アドレス・IPv6アドレスが表示されます

iOSの場合

1. 「設定」→「Wi-Fi」の順にタップします
2. チェックマークのあるSSIDを探し、右側の「i」をタップします。
3. 自端末に割り振られたIPv4アドレス・IPv6アドレスが表示されます

まとめ

IPアドレスは、ネットワーク上で通信端末が互いに通信し合うのに必要な住所にあたるデータです。IPアドレスは利用シーンの違いにより、グローバルIPアドレス・プライベートIPアドレス・固定IPアドレス・動的IPアドレスに分類されます。また従来使っていたIPv4アドレスではIPアドレス数が足りなくなっているため、IPv6アドレスへの対応が求められている状況です。

ネットワークの設計・設定を行う際は、これらIPアドレスに関する正しい知識が必須となります。この記事を参考に、これらIPアドレスに関する必要最低限の知識を身に着けて頂ければ幸いです。