IPv4（Internet Protocol version 4）

IPv4（アイピーブイフォー）は、インターネット上でデバイスを一意に識別するためのアドレス体系です。現在のインターネットの基盤となっているプロトコルで、32ビットのアドレス空間により約43億個のユニークなアドレスを提供します。

アドレス形式

• 表記: ドット記法（例：192.168.1.1）
• 構成: 4つのオクテット（8ビット×4）
• 範囲: 0.0.0.0 ～ 255.255.255.255
• 総数: 4,294,967,296個（約43億個）

2進数との関係

192.168.1.1 (10進数)
↓
11000000.10101000.00000001.00000001 (2進数)

クラスA（大規模ネットワーク）

• 範囲: 1.0.0.0 ～ 126.255.255.255
• サブネットマスク: 255.0.0.0 (/8)
• ホスト数: 約1,677万台
• 用途: 超大規模ISP、大企業

クラスB（中規模ネットワーク）

• 範囲: 128.0.0.0 ～ 191.255.255.255
• サブネットマスク: 255.255.0.0 (/16)
• ホスト数: 65,534台
• 用途: 大学、中堅企業

クラスC（小規模ネットワーク）

• 範囲: 192.0.0.0 ～ 223.255.255.255
• サブネットマスク: 255.255.255.0 (/24)
• ホスト数: 254台
• 用途: 小規模オフィス、家庭

RFC1918で定義された内部用アドレス

• クラスA: 10.0.0.0 ～ 10.255.255.255
• クラスB: 172.16.0.0 ～ 172.31.255.255
• クラスC: 192.168.0.0 ～ 192.168.255.255

特徴

• インターネット非経路: 直接インターネット接続不可
• NAT必須: グローバルアドレスとの変換が必要
• 重複使用可能: 異なるネットワーク間で同一アドレス使用可

予約済みアドレス

• 0.0.0.0: デフォルトルート
• 127.0.0.1: ローカルループバック（localhost）
• 169.254.x.x: APIPA（自動プライベートアドレス）
• 224.0.0.0以降: マルチキャスト用
• 255.255.255.255: ブロードキャスト

特殊用途アドレス

• CGNAT: 100.64.0.0/10（キャリアグレードNAT）
• Documentation: 192.0.2.0/24（文書作成用例示）
• 6to4: 192.88.99.0/24（IPv6移行技術）

CIDR記法

• 192.168.1.0/24: サブネットマスク 255.255.255.0
• 192.168.1.0/25: サブネットマスク 255.255.255.128
• 192.168.1.0/26: サブネットマスク 255.255.255.192

サブネット計算例

192.168.1.0/26 の場合:
- ネットワーク部: 26ビット
- ホスト部: 6ビット
- 利用可能ホスト数: 2^6 - 2 = 62台
- サブネット:
  192.168.1.0/26   (192.168.1.1-62)
  192.168.1.64/26  (192.168.1.65-126)
  192.168.1.128/26 (192.168.1.129-190)
  192.168.1.192/26 (192.168.1.193-254)

背景

• 割り当て完了: 2011年にAPNIC（アジア太平洋）で枯渇
• 日本: 2011年に在庫枯渇、現在は回収・再分配
• 原因: インターネット普及、IoT機器増加

対策技術

• NAT: 1個のグローバルアドレスで複数デバイス共有
• CGNAT: ISP レベルでのアドレス共有
• IPv6: 次世代プロトコルへの移行

一般的な構成

インターネット（グローバル）
        ↓
ルーター（NAT変換）
        ↓
家庭内LAN（192.168.1.0/24）
├── PC: 192.168.1.100
├── スマホ: 192.168.1.101
└── プリンタ: 192.168.1.102

設定例

• ルーターLAN IP: 192.168.1.1
• DHCP範囲: 192.168.1.100-200
• DNSサーバー: 8.8.8.8（Google）、1.1.1.1（Cloudflare）

IPv4での測定

• 対応サーバー: 全測定サーバーが対応
• NAT処理: ルーターでの変換負荷
• 混雑影響: 共有アドレスでの帯域競合

IPv6との比較

• ヘッダー: IPv4（20バイト）< IPv6（40バイト）

• 処理: NAT不要でシンプル

• 経路: IPv6専用の空いている経路利用可能

• IPv6: 次世代インターネットプロトコル

• NAT: ネットワークアドレス変換

• DNS: ドメイン名前解決システム

• DHCP: 動的IPアドレス割り当て