IPアドレスとは？IPv4とIPv6の違い、グローバルIPとプライベートIP

IPアドレスとは、ネットワーク上でデータを正しい機器に届けるための番号で、郵便物の宛先のように、パケット1つ1つに付いています。IPv4は192.168.1.23のように10進数4つで表す32ビットの番号で、約43億個しかありません。IPv6は2001:db8::1のように16進数で表す128ビットの番号で、約3.4×10³⁸個あります。家庭内の機器にはふつう192.168.x.xのようなプライベートIPアドレスが割り当てられ、ルーターのNAT（ネットワークアドレス変換）によって、家庭内のすべての機器が1つのグローバルIPアドレスを共有してインターネットにつながっています。

IPアドレスの役割：送信元と宛先

インターネットではデータが小さな「パケット」に分けて運ばれ、どのパケットにも送信元と宛先のIPアドレスが付いています。途中のルーターが宛先を読み取って次の中継先へ渡し、返信は送信元のアドレスへ戻ります。

厳密には、アドレスは人や機器ではなくネットワークインターフェースに付きます。Wi-Fiと有線LANを同時に使うノートPCには2つあるわけです。1つのアドレスは、同じネットワークで共通のネットワーク部と、機器を1台に絞るホスト部に分かれます。192.168.1.23/24なら先頭24ビット（192.168.1）がネットワーク部、残り8ビット（23）がホスト部で、サブネットマスクの255.255.255.0は「/24」の別の書き方です。

IPv4とIPv6のアドレスの読み方

IPv4アドレスは、32ビットを8ビットずつ4つに区切ったオクテットで、各オクテットを0〜255の10進数で書いてドットで区切ります。192.168.1.23はコンピューターの内部では11000000 10101000 00000001 00010111という2進数で扱われ、192.168.1.300のように255を超える値はアドレスとして成り立ちません。

IPv6アドレスは、128ビットを16ビットずつ8つのブロックに分け、各ブロックを最大4桁の16進数（0〜9とa〜f）で書いてコロンで区切ります。長いので、RFC 4291とRFC 5952が次の省略ルールを定めています。

1. 各ブロックの先頭の0を省きます（0db8はdb8、0000は0）。
2. 0だけのブロックが続く最長の部分を、二重コロン（::）にまとめます。::は1つのアドレスに1回しか使えません。2回使うと、省いたブロック数が決まらなくなるためです。
3. a〜fは小文字で書きます。

2001:0db8:0012:0000:0000:0000:0000:00abは、この手順で2001:db8:12::abになります。ソフトウェアは省かれた0を補い、8ブロックに戻して読みます。

IPv4が枯渇した理由とIPv6が必要な理由

32ビットで表せるのは2³²＝4,294,967,296通りで、80億人を超える世界の人口に1人1個も行き渡りません。一部はプライベートやマルチキャスト用にも確保済みです。アドレスの大元を管理するIANAは5つの地域インターネットレジストリ（RIR）に最後の/8ブロック（16,777,216個）を1つずつ割り振り、2011年2月3日に在庫が完全に枯渇しました。北米を担当するARINは2015年9月24日に空きを使い切り、日本が属するアジア太平洋地域でも、APNICが2011年4月15日に通常の割り振りを終えています（JPNICの解説）。

IPv6は128ビットでこの不足を解消します。総数は2¹²⁸≈3.4×10³⁸個で、標準的なサブネットの/64だけでも2⁶⁴≈1.8×10¹⁹個、IPv4全体の約43億倍です。IPv4とは直接通信できないため、多くのネットワークは両方を同時に動かす「デュアルスタック」で運用しており、お使いのPCにも両方のアドレスがあるかもしれません。

グローバルIPとプライベートIPの違い、NATの仕組み

グローバルIPアドレスはインターネット上で重複せず、世界中から到達できるアドレスです。プライベートIPアドレスは、1996年にRFC 1918が家庭や組織の内部用に確保した範囲から割り当てられます。インターネットのルーターはこの範囲を中継しないため、何百万もの家庭が同じ192.168.1.xを使っても衝突しません。覚えておきたい範囲は次のとおりです。

グローバルIPアドレスを持つのはルーターだけなので、ルーターがNAT（ネットワークアドレス変換）を行います。192.168.1.23のノートPCがWebページを開くと、ルーターは送信元を自分のグローバルIPアドレスと自分で選んだポート番号に書き換え、その組を変換表に記録し、返信が届くと逆の書き換えをして元の機器へ渡します。こうして何台もの機器が1つのグローバルIPアドレスを共有できます。副作用として、ポート開放（ポートフォワーディング）を設定しない限り、外部から家庭内の機器へ接続を始めることはできません。

動的IP・固定IPと、IPアドレスからわかること

家庭内では、ルーターのDHCPサーバーがプライベートIPアドレスを自動で貸し出すため、スマホのアドレスが今週は.24、来週は.31になることもあります。プリンターやゲーム機のように固定したい機器は、本体に手入力するより、ルーターのDHCP固定割り当て（DHCP予約）を使うほうが確実です。グローバルIPアドレスも、家庭向けの多くのプランでは動的で、数か月変わらないことも、ルーターの再起動で変わることもあります。固定のグローバルIPは、法人向けか追加オプションのサービスが一般的です。

IPアドレスが指すのは人ではなく接続です。Webサイトから見えるのはグローバルIPアドレスで、プロバイダー（ISP）や市・地域程度の所在地は調べられますが（誤ることもあります）、氏名や住所は読み取れません。ただしプロバイダーは、「いつ、どのアドレスか」から契約者を特定できます。VPNを使うと、サイトに見えるアドレスはVPNサーバーのものに置き換わります。

自分のIPアドレスを確認する方法

1. Windows：「設定」＞「ネットワークとインターネット」＞「Wi-Fi」（接続中のネットワークを選択）または「イーサネット」で、「IPv4 アドレス」を見ます。コマンドプロンプトでipconfigを実行すると、IPv4・IPv6アドレス、サブネットマスク、デフォルト ゲートウェイが表示されます。
2. Mac：Appleメニュー＞システム設定＞ネットワークで接続を選び、「詳細」＞「TCP/IP」を開きます。
3. ルーター：ipconfigのデフォルト ゲートウェイ（192.168.0.1や192.168.1.1が多い）をブラウザーで開くと管理画面に入れ、WAN側のアドレスがわかります。
4. グローバルIP：「IPアドレス 確認」で検索するか、IP確認サイトを開きます。

ルーターのWAN側アドレスとグローバルIPを比べてみましょう。ルーターのWAN側が100.64.0.0/10の範囲なら、プロバイダーがキャリアグレードNAT（CGNAT）を使い、ほかの契約者とグローバルIPアドレスを共有しています。プライベートアドレスなら、手前に2台目のルーターかプロバイダー側のNATがあります。どちらの場合も、ポート開放には追加設定が必要か、使えないことがあります。

よくある質問

IPアドレスが192.168で始まるのはなぜ？192.168の意味は？

ルーターが、プライベート用の192.168.0.0/16の範囲から配っているためで、正常です。Webサイトに見えるのはルーターのグローバルIPアドレスです。

2台の機器が同じIPアドレスを持つことはありますか？

別々の家庭の機器なら、192.168.1.10のような同じプライベートアドレスを持てます。同じネットワーク内では競合し、少なくとも片方は通信できなくなります。グローバルIPアドレスは世界中で重複しません。

169.254.x.xというアドレスは何を意味しますか？

機器がアドレスを求めてもDHCPサーバーから応答がなく、自分でリンクローカルアドレスを割り当てた状態です。このままではインターネットに出られないため、ケーブルやWi-Fiの接続を確認し、ルーターを再起動してください。

参考資料：RFC 1918：プライベートアドレスの割り当て（英語）、RFC 4291：IPv6のアドレス体系（英語）、Number Resource Organization：IPv4フリープール枯渇の発表（英語）、Microsoftサポート：Windowsの重要なネットワーク設定とタスク。

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