現代のコンピューティング デバイスは、通常、インターネットに接続されています。 幅広いプロトコルと通信規格のおかげで、この膨大なデータ ソースにアクセスできます。 IP アドレスはそれらすべてを支えています。 IP アドレスは、ネットワーク接続を介した通信を可能にするコンピューティング デバイスのデジタル アドレスです。 重要なのは、ネットワーク間の通信を提供することで、インターネットが相互接続されたネットワークの広大なメッシュを形成できるようになったことです。
同様に、手紙が正しい場所に配達されるためには封筒に住所が必要であり、ネットワーク パケットが正しいデバイスに配達されるためには宛先 IP アドレスが必要です。 インターネットとその前身である ARPANET は、IPv4、つまりインターネット プロトコル バージョン 4 と呼ばれるアドレス構造に基づいています。 ただし、これは現在 IPv6 に取って代わられています。
元のアドレス指定スキーム – IPv4
IPv4 は、ほとんどのインターネットの標準的なアドレス スキームであり、当初から存在しています。 IPv4 アドレスは、32 バイナリ ビットで定義されます。 人間が判読できるようにするために、多くの場合、ドット 4 進表記またはドット 10 進表記と呼ばれる形式で表示されます。 IPv4 アドレスの例は 192.168.0.2 です。
上記の IPv4 の可読形式は、ドットで区切られた各セクションが 8 ビットであるため、4 オクテットを持つと言われています。 各オクテットは、0 ～ 255 の値を持つことができます。 つまり、合計で 2 つあります。32 または 4,294,967,296 の可能な IPv4 アドレス。 これは多くのように聞こえるかもしれませんが、インターネットの黎明期にはそうであると推測されていました。 しかし現実には、インターネットは急速に普及しており、IP アドレスの数よりもはるかに多くのデバイスが存在しています。
アドレス空間の枯渇
インターネットの黎明期には、PC は重要ではありませんでした。 コンピュータを購入できるのは大規模な組織だけであるため、ネットワークは大規模な組織にしか存在しないと想定されていました。 この考え方に従うために、IP アドレスの大きなブロックが、要求した組織に割り当てられました。
PC はそのすべてを変え、コンピュータを家庭にもたらしました。 この変更は、いくつかの大規模なネットワークではなく、多数の小規模なネットワークが存在することを意味しました。 これは、IP アドレスの割り当て方法を変更する必要があることを意味していました。 クラスフル ネットワーキングは、大規模なネットワークを小さなチャンクに分割する方法でした。 これはアドレス空間のより効率的な使用でしたが、それでも小規模から中規模のサイズの問題がありました。 組織は、通常よりもはるかに多くの中間ネットワーク割り当てを取得する必要があります 必要。
10 年後、クラスフル ネットワーキングは CIDR またはクラスレス ドメイン間ルーティングに置き換えられました。 これにより、割り当てられたネットワークのサイズをより正確に制御できるようになり、今日まで使用されています。 これは、サブネット マスクと呼ばれる 2 番目のアドレスでネットワークを定義することによって機能します。 サブネットマスクも同じ構造です。 ただし、ネットワーク アドレスを表すすべてのバイナリ ビットは 1 に設定され、そのネットワーク内のホストを表すために使用できるすべてのバイナリ ビットは 0 に設定されます。
それでも、インターネットの人気は、アドレス空間を完全に使い果たす恐れがあり続けました。 プライベートアドレス空間やNATなど、さらにいくつかのトリックが実装されました. 本当の解決策は、IPv6 への移行です。
後継者 – IPv6
IPv6 アドレスは、IPv4 アドレスとはかなり異なって見えます。 IPv6 アドレスの例は、fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334 のようになります。 完全なアドレスは、32 ビットではなく 128 ビットで構成されるようになりました。 これにより、340、282、366、920、938、463、463、374、607、431、768、211、456、つまり 340 兆兆の一意の IPv6 アドレスが提供され、IPv4 のようなアドレス空間の枯渇から十分に保護されます。
ピリオドで区切られた 10 進数を持つ IPv4 とは異なり、IPv6 は 16 進数とコロンを使用します。 場合によっては、アドレスが圧縮されて短く見えることがあります。 読み取りと書き込みの便宜上、ゼロの最大連続ブロックを省略して、両側にコロンを残すことができます。 これにより、アドレスが fe80:0db8::8a2e: 0370:7334 に縮小されます。
IPv6 の標準化には長い道のりがあり、最初に 1998 年に標準草案が公開され、2017 年に最終的に標準化されました。 その時間枠では、ドラフト標準の安定性とIPv4アドレス空間の枯渇の緊急性が高まっているにもかかわらず、最小限の利用しかありませんでした.
2022 年現在、IPv4 アドレス空間は完全に枯渇しており、新しいアドレスを割り当てることはできません。 ありがたいことに、現在、サーバー、ユーザー デバイス、およびミドルボックスでの IPv6 サポートが増加しています。 Google が提供する 毎日の統計 IPv6 を使用していることがわかるトラフィックの量。 これを書いている時点で、これは約 40% であり、2017 年以降着実に上昇しています。
予約アドレス
アドレス空間の枯渇を防ぐために使用されたトリックの 1 つは、特定のアドレス グループを異なる方法で処理することでした。 一部のアドレスは将来の使用のために予約されており、一部はループバック アドレスとして使用するために予約されていました。 ただし、最も重要な範囲はプライベート アドレス範囲でした。 これらのアドレス範囲: 10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、および 192.168.0.1/16 は機密として指定されました。 どのネットワークも、これらのアドレス範囲を内部的に使用できます。
ここで重要な要素は、これらのプライベート アドレスはローカル ネットワーク通信にのみ使用でき、ネットワーク間では使用できないということです。 これは、内部デバイスが、パブリック IPv4 アドレスの希少で減少している供給を使用する必要がないことを意味します。 もちろん、ネットワーク外での通信はより複雑になりますが、NAT のおかげで不可能ではありません。
NAT、またはネットワーク アドレス変換、および関連する PAT (ポート アドレス変換) は、ルーターが単一のパブリック IP アドレスを持つことを可能にし、送信トラフィックを巧妙に変換して独自のパブリック IP アドレスを使用できるようにするプロトコルです。 ルーターは、正しいアドレスに応答を返すことができるように、どの通信がどのデバイスから来たかを追跡する必要がありますが、システムはうまく機能しました.
プライベート アドレス空間、NAT、および PAT により、内部ネットワークは、各デバイスに 1 つのパブリック IP アドレスを使用することから、合計 1 つのパブリック アドレスを使用するようになりました。
IPv6 には、内部ネットワーク用に予約された同様のアドレス空間も含まれています。 「fe80」で始まるすべての IPv6 アドレスは、プライベートな「リンク ローカル」アドレスです。
結論
IP アドレスは、コンピューター ネットワーク上のコンピューター デバイスを識別し、コンピューター ネットワーク上での通信を可能にするために使用されます。 IPv4 アドレスは標準ですが、IPv4 では新しいインターネット接続デバイスに割り当てることができるアドレスが不足しているため、より長い IPv6 アドレスに置き換えられています。
一部の一意のアドレス範囲はプライベート IP アドレスです。 プライベート アドレスはどのネットワークでも使用できますが、ネットワーク間の直接通信には使用できません。 ネットワーク内の IP アドレスは通常、DHCP または動的ホスト制御プロトコルを使用してルーターによって割り当てられます。