IPv4とは？ゆるーくわかりやすく解説
1. IPv4とは？
IPv4（Internet Protocol version 4）は、ネットワーク層で使われているプロトコルの一つです。現状、よく使われているIP（Internet Protocol）のバージョンのことです。IPv4はインターネット上でデータを送受信する際に、コンピュータやデバイスが相互に通信するための「住所」として使われるIPアドレスを提供します。IPv4は1981年に定義され、今でも広く使われています。
1.1. IPアドレスとは？
IPアドレスは、インターネットに接続されたデバイスが互いにデータを送受信するために必要な一意の識別子です。IPv4では、32ビットの数字で構成され、通常、次のようなドット区切りの形式で表示されます。
192.168.0.1
この形式では、各数字は0から255の範囲で表され、4つのセグメントに分けられます。
IPv4を2進数で表現すると32個の0または1が並びます。IPv4アドレスは32ビットで構成されているため、4つのセグメントは8ビット（1バイト）で表されます。
例として、一般的なIPv4アドレス「192.168.0.1」を2進数に変換してみます。
- 192 → 11000000 (2進数)
- 168 → 10101000 (2進数)
- 0 → 00000000 (2進数)
- 1 → 00000001 (2進数)
つまり、11000000.10101000.00000000.00000001となります。
1.2. IPv4の個数
IPv4のIPアドレスは約43億個存在しますが、インターネットの普及に伴い、その数は不足しつつあります。実際に計算してみましょう。各ビットは0または1の2つの可能な値を持つため、32ビット全体で可能なアドレスの総数は \( 2^{32} \) となります。
\[ 2^{32} = 4,294,967,296 \]
つまり、IPv4アドレスは 4,294,967,296個 あり、これが約43億個という数です。
1.3. クラス
IPv4アドレスにはいくつかのクラスがあり、ネットワークの規模や用途によって区別されています。これを「クラスフルアドレッシング」と呼びます。主に次のクラスが使用されます。
- クラスA: 大規模なネットワーク（例：政府機関や巨大企業）
- クラスB: 中規模のネットワーク（例：大学や中小企業）
- クラスC: 小規模のネットワーク（例：個人や小規模企業）
2. IPv4の限界とIPv6への移行
IPv4は広く使われていますが、その限界も明らかになってきました。先ほど説明したように、IPアドレスの枯渇問題です。IPv4は約43億個のアドレスしか提供できないため、インターネットが拡大し、より多くのデバイスが接続されるにつれて、その数が不足するようになりました。
この問題を解決するために、IPv6という新しいプロトコルが登場しました。IPv6では、128ビットのアドレスを使用するため、$2^{128}$個のアドレスを提供します。つまり、$\frac{2^{128} }{2^{32}}=2^{96}$となるため、IPv6ではIPv4の$2^{96}$倍、つまり膨大な数のアドレスが利用できるのです。しかし、現在でもIPv4は多くの場面で使用されており、IPv6への完全な移行は段階的に進行しています。
