IPアドレス

インターネットプロトコルアドレス（IPアドレス）は、 192.0.2.1のような数値ラベルであり、通信にインターネットプロトコルを使用するコンピュータネットワークに接続されたデバイスに割り当てられます。 ^{[1] [2] IPアドレスには、ネットワークインターフェイスの}識別と場所のアドレス指定という2つの主な機能があります。

インターネットプロトコルバージョン4（IPv4）は、IPアドレスの最初のスタンドアロン仕様であり、1983年から使用されています。^[2] IPv4アドレスは32ビットの数値として定義されていますが、インターネットが成長するにつれて十分なアドレスを提供するには小さすぎたため、 2010年代にIPv4アドレスが枯渇しました。その後継として指定されたIPv6は、IPアドレスに128ビットを使用し、より大きなアドレス空間を提供します。^{[3] [4] [5]} IPv6の展開は2000年代半ばから進行中ですが、2024年現在でもIPv4とIPv6の両方が並行して使用されています。

IPv4 アドレスは通常、人間が判読できる表記法で表示されますが、システムではさまざまなコンピュータ番号形式で使用される場合があります。CIDR 表記法を使用して、アドレスのどの程度をルーティング プレフィックスとして扱うかを指定することもできます。 たとえば、192.0.2.1 / 24 は、アドレスの 24ビットがプレフィックスであり、残りの 8 ビットがホスト アドレス指定に使用されることを示します。 これは、従来使用されてきたサブネット マスク(この場合は255.255.255.0 ) に相当します。

IP アドレス空間は、Internet Assigned Numbers Authority (IANA) と 5 つの地域インターネット レジストリ(RIR) によってグローバルに管理されています。IANA は、IP アドレスのブロックを RIR に割り当てます。RIR は、インターネット サービス プロバイダー(ISP) や大規模な機関など、その地域のローカル インターネット レジストリに IP アドレスを配布する責任を負います。一部のアドレスはプライベート ネットワーク用に予約されており、グローバルに一意ではありません。

ネットワーク内では、ネットワーク管理者が各デバイスに IP アドレスを割り当てます。このような割り当ては、ネットワークの慣習やソフトウェアの機能に応じて、静的(固定または永続的) または動的に行われます。一部の法域では、IP アドレスは個人データとみなされます。

IP アドレスには、2 つの主な機能があります。ホスト、より具体的にはネットワーク インターフェイスを識別することと、ネットワーク内のホストの位置を示し、それによってそのホストへのパスを確立する機能を提供することです。その役割は次のように特徴付けられています。「名前は探しているものを示します。アドレスはそれがどこにあるかを示します。ルートはそこに到達する方法を示します。」^[2]各IP パケットのヘッダーには、送信元ホストの IP アドレスと宛先ホストの IP アドレスが含まれています。

現在、インターネットでは2 つのバージョンのインターネット プロトコルが一般的に使用されています。インターネットの前身であるARPANETで 1983 年に初めて導入されたインターネット プロトコルのオリジナル バージョンは、インターネット プロトコル バージョン 4 (IPv4) です。

1990年代初頭までに、インターネットサービスプロバイダーやエンドユーザー組織に割り当てることができるIPv4アドレス空間が急速に枯渇したため、インターネット技術タスクフォース（IETF）は、インターネットのアドレス指定機能を拡張するための新しい技術を模索するようになりました。その結果、インターネットプロトコルが再設計され、 1995年にインターネットプロトコルバージョン6（IPv6）として知られるようになりました。 ^{[3] [4] [5]} IPv6テクノロジーは、2000年代半ばに商用生産が開始されるまで、さまざまなテスト段階にありました。

現在、インターネット プロトコルのこれら 2 つのバージョンは同時に使用されています。その他の技術的な変更点の中でも、各バージョンではアドレスの形式が異なって定義されています。歴史的に IPv4 が普及していたため、IP アドレスという一般的な用語は、通常、依然として IPv4 で定義されたアドレスを指します。IPv4 と IPv6 のバージョン シーケンスのギャップは、1979 年にバージョン 5 が実験的なインターネット ストリーム プロトコルに割り当てられたことに起因していますが、このバージョンは IPv5 と呼ばれることはありませんでした。

他にv1からv9までのバージョンが定義されていたが、広く使われたのはv4とv6だけだった。v1とv2は1974年と1977年のTCPプロトコルの名前で、当時は別個のIP仕様がなかった。v3は1978年に定義され、v3.1はTCPがIPから分離された最初のバージョンである。v6は、v6 Simple Internet Protocol、v7 TP/IX: The Next Internet、v8 PIP — The P Internet Protocol、v9 TUBA — Tcp & Udp with Big Addressesといういくつかの提案バージョンを統合したものである。^[6]

IPネットワークは、 IPv4とIPv6の両方でサブネットに分割できます。このため、IPアドレスは、上位ビットのネットワークプレフィックスと、ネットワーク内のホスト番号付けに使用される残りのフィールド、ホスト識別子、またはインターフェイス識別子（IPv6）と呼ばれる残りのビットの2つの部分で構成されていると認識されています。 ^[1]サブネットマスクまたはCIDR表記は、 IPアドレスをネットワーク部分とホスト部分に分割する方法を決定します。

サブネット マスクという用語は、IPv4 内でのみ使用されます。ただし、両方の IP バージョンは CIDR の概念と表記を使用します。この場合、IP アドレスの後にスラッシュと、ルーティング プレフィックスとも呼ばれるネットワーク部分に使用されるビット数 (10 進数) が続きます。たとえば、IPv4 アドレスとそのサブネット マスクは、それぞれ192.0.2.1と255.255.255.0になります。同じ IP アドレスとサブネットの CIDR 表記は192.0.2.1 / 24です。これは、IP アドレスの最初の 24 ビットがネットワークとサブネットを示すためです。

IPv4 アドレスのサイズは 32 ビットで、アドレス空間は4 294 967 296 (2 ³² ) 個のアドレスに制限されます。この数のうち、一部のアドレスは、プライベート ネットワーク(約 1,800 万個のアドレス) やマルチキャスト アドレス指定(約 2 億 7,000 万個のアドレス)などの特別な目的のために予約されています。

IPv4アドレスは通常、ドット10進表記法で表され、ドットで区切られた0から255までの4つの10進数で構成されます（例：192.0.2.1 ）。各部分は、アドレスの8ビットのグループ（オクテット）を表します。 ^[7]技術文書によっては、^{[指定] IPv4アドレスはさまざまな}16進数、8進数、または2進数で表現される場合があります。

インターネット プロトコルの開発初期段階では、ネットワーク番号は常に最上位オクテット (上位 8 ビット) でした。この方法では 256 個のネットワークしか許可されなかったため、ネットワーク番号で既に指定されている既存のネットワークとは独立した追加のネットワークが開発されると、すぐに不十分であることが判明しました。1981 年に、クラスフル ネットワークアーキテクチャの導入により、アドレス指定仕様が改訂されました。^[2]

クラスフル ネットワーク設計により、多数の個別のネットワーク割り当てと、きめ細かいサブネットワーク設計が可能になりました。IP アドレスの最上位オクテットの最初の 3 ビットは、アドレスのクラスとして定義されました。ユニバーサルユニキャスト アドレス指定には、3 つのクラス ( A、B、およびC ) が定義されました。派生したクラスに応じて、ネットワーク識別は、アドレス全体のオクテット境界セグメントに基づいていました。各クラスは、ネットワーク識別子で連続して追加のオクテットを使用し、上位クラス ( BおよびC ) のホストの可能な数を減らしました。次の表は、現在では廃止されているこのシステムの概要を示しています。

クラスフル ネットワーク設計は、インターネットの立ち上げ段階では目的を果たしましたが、1990 年代のネットワークの急速な拡大に直面してスケーラビリティが不足しました。アドレス空間のクラス システムは、1993 年にクラスレス インタードメイン ルーティング(CIDR) に置き換えられました。CIDR は可変長サブネット マスク (VLSM) に基づいており、任意の長さのプレフィックスに基づく割り当てとルーティングを可能にします。今日、クラスフル ネットワークの概念の名残は、一部のネットワーク ソフトウェアおよびハードウェア コンポーネントのデフォルト構成パラメータ (ネットマスクなど) として、またネットワーク管理者の議論で使用される専門用語として、限られた範囲でのみ機能しています。

すべてのインターネット ホストとの通信にグローバルなエンドツーエンドの接続が想定されていた初期のネットワーク設計では、IP アドレスがグローバルに一意であることが想定されていました。しかし、プライベート ネットワークが開発され、パブリック アドレス空間を節約する必要が生じたため、これが必ずしも必要ではないことが判明しました。

TCP/IP経由でのみ相互通信する工場の機械など、インターネットに接続されていないコンピュータは、グローバルに一意の IP アドレスを持つ必要はありません。今日では、このようなプライベート ネットワークが広く使用されており、通常は必要に応じてネットワーク アドレス変換(NAT)を使用してインターネットに接続します。

プライベートネットワーク用に、重複しない IPv4 アドレス範囲が 3 つ予約されています。^[8]これらのアドレスはインターネット上でルーティングされないため、IP アドレス レジストリと調整して使用する必要はありません。どのユーザーも、予約済みのブロックを使用できます。通常、ネットワーク管理者はブロックをサブネットに分割します。たとえば、多くの家庭用ルーターは、192.168.0.0から192.168.0.255 ( 192.168.0.0 / 24 )のデフォルト アドレス範囲を自動的に使用します。

IPv6では、アドレスサイズがIPv4の32ビットから128ビットに増加し、最大2 ¹²⁸（約3.403 × 10 ³⁸）のアドレス。これは、当面の間は十分であると考えられます。

新しい設計の目的は、十分な数のアドレスを提供するだけでなく、サブネット ルーティング プレフィックスのより効率的な集約を可能にすることで、インターネットのルーティングを再設計することでした。この結果、ルーターのルーティング テーブルの増加が遅くなりました。最小の個別割り当ては、2 ⁶⁴ホストのサブネットであり、これは IPv4 インターネット全体のサイズの 2 乗です。このレベルでは、実際のアドレス使用率はどの IPv6 ネットワーク セグメントでも小さくなります。新しい設計では、ネットワーク セグメントのアドレス インフラストラクチャ (つまり、セグメントの使用可能なスペースのローカル管理) を、外部ネットワークとの間のトラフィックのルーティングに使用されるアドレス プレフィックスから分離する機会も提供されます。IPv6 には、グローバルな接続性またはルーティング ポリシーが変更された場合に、内部の再設計や手動による番号付けの変更を必要とせずに、ネットワーク全体のルーティング プレフィックスを自動的に変更する機能があります。

IPv6 アドレスの数が多いため、特定の目的のために大きなブロックを割り当てることができ、適切な場合には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。アドレス空間が大きいため、CIDR で使用されるような複雑なアドレス保存方法は必要ありません。

最新のデスクトップおよびエンタープライズ サーバー オペレーティング システムはすべてIPv6をネイティブにサポートしていますが、家庭用ネットワーク ルーター、VoIP ( Voice over IP ) およびマルチメディア機器、一部のネットワーク ハードウェアなどの他のデバイスにはまだ広く導入されていません。

IPv4 がプライベート ネットワーク用にアドレスを予約するのと同様に、IPv6 でもアドレス ブロックが確保されます。IPv6 では、これらはユニーク ローカル アドレス(ULA) と呼ばれます。ルーティング プレフィックスfc00:: / 7はこのブロック用に予約されており、^{[9]異なる暗黙のポリシーを持つ 2 つの}/ 8ブロックに分割されています。アドレスには 40 ビットの疑似乱数が含まれており、サイトが統合されたりパケットが誤ってルーティングされたりした場合にアドレス衝突のリスクを最小限に抑えます。

初期の実践では、この目的のために別のブロック（fec0: :）が使用され、サイトローカルアドレスと呼ばれていました。^{[10]しかし、}サイトを構成するものの定義は不明確であり、アドレス指定ポリシーの定義が不十分だったため、ルーティングに曖昧さが生じました。このアドレスタイプは廃止され、新しいシステムでは使用してはなりません。^[11]

fe80::で始まるアドレスはリンクローカル アドレスと呼ばれ、接続されたリンク上の通信用にインターフェイスに割り当てられます。アドレスは、各ネットワーク インターフェイスに対してオペレーティング システムによって自動的に生成されます。これにより、リンク上のすべての IPv6 ホスト間で即時かつ自動的に通信できるようになります。この機能は、近隣探索プロトコルなどの IPv6 ネットワーク管理の下位層で使用されます。

プライベート アドレス プレフィックスとリンク ローカル アドレス プレフィックスは、パブリック インターネット上でルーティングされない場合があります。

IP アドレスは、ホストがネットワークに参加したときに動的に割り当てられるか、ホストのハードウェアまたはソフトウェアの構成によって永続的に割り当てられます。永続的な構成は、静的 IP アドレスの使用とも呼ばれます。対照的に、コンピューターの IP アドレスが再起動するたびに割り当てられる場合、これは動的 IP アドレスの使用と呼ばれます。

動的IPアドレスは、動的ホスト構成プロトコル（DHCP）を使用してネットワークによって割り当てられます。 ^[12] DHCPは、アドレスを割り当てるために最も頻繁に使用される技術です。ネットワーク上の各デバイスに特定の静的アドレスを割り当てる管理上の負担を回避します。また、特定の時間にオンラインになっているデバイスが一部だけであれば、ネットワーク上の限られたアドレス空間をデバイス間で共有できます。通常、最新のデスクトップオペレーティングシステムでは、動的IP構成がデフォルトで有効になっています。

DHCP で割り当てられたアドレスはリースに関連付けられており、通常は有効期限があります。リースが期限前にホストによって更新されない場合、アドレスは別のデバイスに割り当てられることがあります。一部の DHCP 実装では、ホストがネットワークに参加するたびに、 MAC アドレスに基づいて同じ IP アドレスをホストに再割り当てしようとします。ネットワーク管理者は、MAC アドレスに基づいて特定の IP アドレスを割り当てることで DHCP を設定できます。

DHCP は、IP アドレスを動的に割り当てるために使用される唯一のテクノロジーではありません。ブートストラップ プロトコルは、DHCP に類似したプロトコルであり、DHCP の前身です。ダイヤルアップ ネットワークや一部のブロードバンド ネットワークでは、ポイントツーポイント プロトコルの動的アドレス機能が使用されます。

ルーターやメール サーバーなど、ネットワーク インフラストラクチャに使用されるコンピューターや機器は、通常、静的アドレス指定で構成されます。

静的または動的アドレス構成が存在しないか失敗した場合、オペレーティング システムはステートレス アドレス自動構成を使用してホストにリンク ローカル アドレスを割り当てることがあります。

スティッキーは、めったに変更されない動的に割り当てられる IP アドレスを表すために使用される非公式の用語です。^[13]たとえば、IPv4 アドレスは通常 DHCP で割り当てられ、DHCP サービスは、クライアントが割り当てを要求するたびに同じアドレスを割り当てる可能性を最大化するルールを使用できます。 IPv6 では、プレフィックス委任を同様に処理して、変更を可能な限り少なくすることができます。一般的な家庭や小規模オフィスのセットアップでは、単一のルーターがインターネット サービス プロバイダー(ISP)から見える唯一のデバイスであり、ISP は可能な限り安定した構成、つまりスティッキー を提供しようとします。家庭や会社のローカル ネットワークでは、ローカル DHCP サーバーがスティッキー IPv4 構成を提供するように設計され、ISP がスティッキー IPv6 プレフィックス委任を提供して、クライアントにスティッキー IPv6 アドレスを使用するオプションを提供する場合があります。スティッキーをスタティックと混同しないでください。スティッキー構成には安定性の保証がありませんが、スタティック構成は無期限に使用され、意図的にのみ変更されます。

アドレスブロック169.254.0.0 / 16は、IPv4 ネットワークのリンクローカル アドレス指定の特別な用途のために定義されています。^[14] IPv6 では、静的アドレスと動的アドレスのどちらを使用するかに関係なく、すべてのインターフェイスはブロックfe80:: / 10でリンクローカル アドレスも自動的に受け取ります。^[14]これらのアドレスは、ホストが接続されているローカル ネットワーク セグメントやポイントツーポイント接続などのリンク上でのみ有効です。これらのアドレスはルーティング可能ではなく、プライベート アドレスと同様に、インターネットを通過するパケットの送信元または宛先になることはできません。

リンクローカル IPv4 アドレス ブロックが予約されていた当時、アドレス自動構成のメカニズムに関する標準は存在していませんでした。この空白を埋めるために、Microsoft は自動プライベート IP アドレス指定(APIPA)と呼ばれるプロトコルを開発し、その最初のパブリック実装はWindows 98で登場しました。^[15] APIPA は何百万台ものマシンに導入され、業界の事実上の標準となりました。2005 年 5 月、IETF はAPIPA の正式な標準を定義しました。^[16]

IP アドレスの競合は、同じローカル物理ネットワークまたはワイヤレス ネットワーク上の 2 つのデバイスが同じ IP アドレスを持っていると主張するときに発生します。2 回目のアドレス割り当てにより、通常、デバイスの一方または両方の IP 機能が停止します。多くの最新のオペレーティング システムでは、 IP アドレスの競合が管理者に通知されます。^{[17] [18]} IP アドレスが複数の人やシステムによって異なる方法で割り当てられている場合、そのいずれかに問題がある可能性があります。^{[19] [20] [21] [22] [23]}競合に関与しているデバイスの 1 つが、LAN 上のすべてのデバイスに対する LAN 外の デフォルト ゲートウェイアクセスである場合、すべてのデバイスに障害が発生する可能性があります。

IP アドレスは、動作特性に基づいて、ユニキャスト、マルチキャスト、エニーキャスト、ブロードキャスト アドレス指定といういくつかのクラスに分類されます。

IP アドレスの最も一般的な概念は、IPv4 と IPv6 の両方で利用可能なユニキャストアドレス指定にあります。通常、これは単一の送信者または単一の受信者を指し、送信と受信の両方に使用できます。通常、ユニキャスト アドレスは単一のデバイスまたはホストに関連付けられますが、デバイスまたはホストは複数のユニキャスト アドレスを持つことができます。同じデータを複数のユニキャスト アドレスに送信するには、送信者がすべてのデータを受信者ごとに 1 回ずつ何度も送信する必要があります。

ブロードキャストは、IPv4 で利用可能なアドレス指定技術であり、全ホスト ブロードキャストとして 1 回の送信操作でネットワーク上のすべての可能な宛先にデータをアドレス指定します。すべての受信者がネットワーク パケットをキャプチャします。アドレス255.255.255.255はネットワーク ブロードキャストに使用されます。さらに、より制限されたディレクテッド ブロードキャストでは、すべて 1 のホスト アドレスとネットワーク プレフィックスが使用されます。たとえば、ネットワーク192.0.2.0/24上のデバイスへのディレクテッド ブロードキャストに使用される宛先アドレスは192.0.2.255です。^[24]

IPv6 ではブロードキャスト アドレス指定は実装されず、特別に定義された全ノード マルチキャスト アドレスへのマルチキャストで置き換えられます。

マルチキャストアドレスは、関心のある受信者のグループに関連付けられます。IPv4 では、224.0.0.0から239.255.255.255 (以前のクラス Dアドレス) までのアドレスがマルチキャスト アドレスとして指定されています。^{[25] IPv6 では、プレフィックスが}ff00:: / 8のアドレス ブロックがマルチキャストに使用されます。どちらの場合も、送信者はユニキャスト アドレスからマルチキャスト グループ アドレスに単一のデータグラムを送信し、中間ルーターがコピーを作成して、関心のあるすべての受信者 (対応するマルチキャスト グループに参加している受信者) に送信します。

ブロードキャストやマルチキャストと同様に、エニーキャストは1 対多のルーティング トポロジです。ただし、データ ストリームはすべての受信者に送信されるわけではなく、ルータがネットワーク内で最も近いと判断した受信者にのみ送信されます。エニーキャスト アドレス指定は IPv6 の組み込み機能です。^{[26] [27]} IPv4 では、エニーキャスト アドレス指定は、最短パスメトリックを使用して宛先を選択するボーダー ゲートウェイ プロトコルで実装されています。エニーキャスト方式はグローバル負荷分散に役立ち、分散DNSシステム でよく使用されます。

ホストは、通信相手の地理的位置を推測するために地理位置情報を使用する場合があります。 ^{[28] [29]}これは通常、データベースから他のノードのIPアドレスに関する地理位置情報を取得することによって行われます。^[30]

パブリックIPアドレスは、グローバルにルーティング可能なユニキャストIPアドレスです。つまり、このアドレスは、RFC 1918で予約されているようなプライベートネットワークで使用するために予約されているアドレスで はなく、また、リンクローカルアドレス指定などのローカルスコープやサイトローカルスコープのさまざまなIPv6アドレス形式ではありません。パブリックIPアドレスは、グローバルインターネット上のホスト間の通信に使用できます。家庭の場合、パブリックIPアドレスは、ISPによって家庭のネットワークに割り当てられたIPアドレスです。この場合、ルーターの設定にログインすることでローカルでも表示できます。^[31]

ほとんどのパブリックIPアドレスは変更され、しかも比較的頻繁に変更されます。変更されるIPアドレスの種類は動的IPアドレスと呼ばれます。ホームネットワークでは、ISPは通常動的IPを割り当てます。ISPがホームネットワークに変更されないアドレスを与えた場合、自宅でウェブサイトをホストする顧客や、ネットワークに侵入するまで同じIPアドレスを何度も試すことができるハッカーによって悪用される可能性が高くなります。^[31]

複数のクライアントデバイスが共有ウェブホスティングサービス環境の一部であるか、IPv4ネットワークアドレス変換（NAT）またはプロキシサーバーがクライアントに代わって仲介エージェントとして機能するため、IPアドレスを共有する。この場合、実際の発信元IPアドレスは、リクエストを受信するサーバーからマスクされます。一般的な方法は、NATを使用してプライベートネットワーク内の多くのデバイスをマスクすることです。NATのパブリックインターフェイスのみがインターネットルーティング可能なアドレスを持つ必要があります。^[32]

NAT デバイスは、プライベート ネットワーク上の異なる IP アドレスを、パブリック ネットワーク上の異なる TCP または UDPポート番号にマッピングします。住宅ネットワークでは、NAT 機能は通常、住宅用ゲートウェイに実装されます。このシナリオでは、ルーターに接続されたコンピューターはプライベート IP アドレスを持ち、ルーターはインターネットで通信するために外部インターフェイスにパブリック アドレスを持ちます。内部コンピューターは 1 つのパブリック IP アドレスを共有しているように見えます。

2024年3月、カナダ最高裁判所は、IPアドレスはカナダ権利自由憲章の下で保護された個人情報であり、警察の捜索には令状が必要であるとの判決を下した。^{[33] IPアドレスは}欧州委員会によって個人データとみなされ、一般データ保護規則によって保護されている。^[34]

コンピュータのオペレーティングシステムは、ネットワークインターフェースとアドレス構成を調べるためのさまざまな診断ツールを提供しています。Microsoft Windowsはコマンドラインインターフェースツールipconfig ^[35]とnetshを提供しており、 Unix系システムのユーザーはifconfig、netstat、route、lanstat、fstat、iproute2ユーティリティを使用してこのタスクを実行できます。^[36]