• 戻る（通信技術、ネットワークの基礎編）
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IPアドレスだけでなく、IPプロトコルも。

項目	IPv4	IPv6
パケット優先度・輻輳制御	TOS (Type Of Service) フィールド	トラフィック クラス フィールド
チェックサム	チェックサムフィールド	廃止
IPヘッダ長	可変長	拡張されたが固定長に変更された
IPアドレス長	8 × 4 = 32ビット（4バイト） 0.0.0.0 - 255.255.255.255	128ビット（16バイト） 0:0:0:0:0:0:0:0 - FFFF:…:FFFF

ヘッダの固定長化によりハードウェアで高速処理可能に。

• IPv4 : －
• IPv6 : IPsec必須で、認証、改ざん検知（AH）、暗号化（ESP）が可能。

※ 「IPsec 必須」は当初の RFC 2460 の規定。 現行の RFC 8200（2017年）では 必須ではなく推奨（SHOULD） に緩和されている。

• IPv4 : DHCP
• IPv6 : ルータ（RA：ルータ広告による SLAAC）

• アドレス空間が膨大であるため。
• NAT と VPN の併用不可問題をクリアする。

ビット	フィールド
0-3 / 4-7 / 8-15 / 16-31	バージョン (4) / ヘッダ長 (4) / サービスタイプ (8) / 全長 (16)
	識別子 (16) / フラグ (3) / フラグメント・オフセット (13)
	パケット生存時間（TTL） (8) / プロトコル番号 (8) / チェックサム (16)
	発信元IPアドレス (32)
	宛先IPアドレス (32)
32×n bit	オプション … パディング (n)

ビット	フィールド
0-3 / 4-11 / 12-31	バージョン (4) / トラフィック クラス (8) / フロー・ラベル (20)
	ペイロード長 (16) / 次ヘッダ (8) / ホップリミット (8)
128 bit	発信元IPアドレス (128)
128 bit	宛先IPアドレス (128)

移行メモ（誤記）: 原文の「ポップリミット」は「ホップリミット（Hop Limit）」の誤記。 また 2 番目のフィールドは、概要の「差異」節で「トラフィック クラス」と説明されているのに ヘッダ図では「優先度」となっていたため、前者に統一した。

• 書き方
  • 10進数
  • 8bitづつ「.」で区切る。
  • 32bitなので4グループできる。
  • 例：192.168.0.2
• 予約済みIPアドレス
• Xキャスト用IPアドレス
• IPアドレスクラス
  • ホスト台数：クラスC < B < A
  • マルチキャスト用：クラスD
  • 実験用：クラスE

• 書き方
  • 16進数
  • 16bitづつ「:」で区切る。
  • 128bitなので8グループできる。
  • 短縮表記ルールがある。
    • 先頭の連続する0の省略
    • 0だけのグループの省略（１箇所だけ、連続して省略可）
    • 例：2001:0db8:0000:0000:3456:0000:0000:0000 → 2001:db8:0:0:3456::
• IPアドレスクラス
  • クラスレスなアドレス構造
  • CIDR 方式を踏襲しており、クラスの概念は存在しない。
• Xキャスト用IPアドレス
  • ブロードキャスト アドレス：存在しないためマルチキャスト アドレスを使用する。
  • マルチキャスト アドレス（ff00::/8）
    • いくつかの特別なルールに従ってフォーマットされる。
    • prefix（プリフィックス）は ff（続く 00 は flg と sc）
• ユニキャスト アドレス
  • グローバル ユニキャスト アドレス
  • ユニーク ローカル IPv6 ユニキャスト アドレス (ULA)
• IPv4射影アドレス

  • IPv4アドレスをIPv6アドレスとして表現したアドレス。

  • 先頭から 80 ビットの0、16 ビットの1、32 ビットのIPv4アドレス

    ::FFFF:nnn.nnn.nnn.nnn
    0000:0000:0000:0000:0000:FFFF:(nnn.nnn.nnn.nnn)
    

移行メモ（正誤）: 原文は「先頭から80バイトの0、16バイトの1、32バイトのIPv4アドレス」 となっていたが、合計 128 ビットの内訳なので単位は「ビット」が正しい （80 + 16 + 32 = 128 bit）。

ここでは、

• IPアドレスと
• IPルーティング
• IPアドレス割り当てに関連するネットワーク構成
• ネットワーク アドレスとIPアドレスの割り当て
• 動的割り当て、静的割り当て
• MACアドレスとの関連

など、IPアドレスの基礎について説明する。

• ブロードキャストで名前解決するようなネットワークでは、ネットワーク上に接続するノード数が増えてくると、
  名前解決のためのブロードキャストによるトラフィックの負担が大きくなり、ネットワークが飽和し易くなる。
• これらの問題は、IPアドレスとルータを導入し、ネットワークを分割することで解決される。
  • ルータは、必要なネットワークにだけパケットを送ったり、離れた場所にあるネットワーク同士を接続したりできるので、
    トラフィックを軽減した状態で、分割されたネットワーク上のノード同士が通信できる。

予約済みのIPアドレスについて説明する。
これらのIPアドレスは、通常、ホストのIPアドレスとして利用できないので注意する。

• Thisネットワーク アドレス（オール0）
  BootPやDHCPなどを使ってTCP/IPの設定を行う際に、自分自身を表すためのアドレスとして使用するIPアドレス。
• ネットワーク アドレス（ホスト部がオール0）
  ホスト部を全て0に設定したIPアドレス。ネットワーク アドレスを表す。
• ローカル ループバック アドレス（127.xxx.xxx.xxx）
  • 自分自身を指すIPアドレス。
  • ローカル ループバック アドレスを使用した通信はNICを経由しないため、NICがないPCでも利用可能である。
    同一マシン内のプロセス間通信などで利用できる。
• APIPA用のLINKLOCALアドレス
  • DHCPのAPIPA機能で使用される。
  • 外部と接続されていないローカルな単一のネットワークだけで利用できるIPアドレスで、
    169.254.0.0/16（実際に付与されるのは 169.254.1.0〜169.254.254.255）の範囲が予約されている。

UDPで使用できる。

• リミテッド ブロードキャスト（255.255.255.255）
  • ローカル ネットワークにいる、すべてのホストを対象とするOSI参照モデルの第3層のブロードキャストに使用するIPアドレス。
  • また、OSI参照モデルの第2層のブロードキャストに使用するMACアドレスは、FF:FF:FF:FF:FF:FF である。
• ディレクティッド ブロードキャスト（ネットワーク アドレス ＋ オール1）
  • 他のネットワークへ向けられたOSI参照モデルの第3層のブロードキャストに使用するIPアドレス。
  • 対象のネットワークまでルータによってパケットが運ばれてから、ルータによってローカル ネットワークにブロードキャストされる。
• マルチキャスト アドレス（224.0.0.0〜239.255.255.255）
  • マルチキャストに使用するIPアドレス。
  • クラスDのアドレスがマルチキャスト アドレスとして予約されている。
  • RFCにより規定されているマルチキャスト アドレス（グループ）を以下に示す。

#	マルチキャスト アドレス（グループ）	用途
1	224.0.0.0	予約
2	224.0.0.1	同一サブネット上の全ノード
3	224.0.0.2	同一サブネット上の全ルータ
4	224.0.0.4	ルーティング プロトコル：DVMRP
5	224.0.0.5	ルーティング プロトコル：OSPF
6	224.0.0.6	ルーティング プロトコル：OSPF version2
7	224.0.0.9	ルーティング プロトコル：RIP version2

• マルチキャスト アドレスに対応するMACアドレスもある
  • このMACアドレスは、マルチキャスト受信者に設定されたホストのNICに自動的に追加される。
  • これについては本ドキュメントでは割愛する。

• プライベートIPアドレス
  プライベートIPアドレスは各組織内だけで自由に使うことが許可されたIPアドレスで、以下の範囲が利用できる。

#	クラス	クラスに対応するホスト アドレスの範囲	プライベートIPアドレスの範囲
1	クラスA	0.0.0.0 ～ 127.255.255.255 のうち	10.0.0.0 ～ 10.255.255.255
2	クラスB	128.0.0.0 ～ 191.255.255.255 のうち	172.16.0.0 ～ 172.31.255.255
3	クラスC	192.0.0.0 ～ 223.255.255.255 のうち	192.168.0.0 ～ 192.168.255.255

• グローバルIPアドレス
  • プライベートIPアドレスと重複しないIPアドレスの範囲を、公的な機関
    （IANAおよびその依頼を受けた組織）によってプロバイダなどに割り当てられる。
  • そのIPアドレスが重複しないようにプロバイダのユーザに付与される。
  • グローバルIPアドレスの割り当ての例
    • BBルータと家庭内LAN
    • 企業などで構築する非武装セグメント（DMZ）

IPアドレスの割り当て方法には、

• 「静的割り当て」と「動的割り当て」がある。
• 動的割り当てをするには、DHCPサーバが必要になる。
  • DHCPサーバはクライアントに動的にIPアドレスを割り当てるサーバ。
  • ルータを跨ぐ場合は、クライアントが存在するネットワーク内に中継機能を追加する必要がある。

IPアドレスの動的割り当ての仕組み

• DHCPサーバ
  • DHCPサーバは、UDPポート67番でIPアドレスの動的割り当て要求（ブロードキャスト）を受信し、
    DHCPクライアントにIPアドレスを動的に割り当てるシステムである。
  • DHCPクライアントは、UDPポート68番で応答（ユニキャスト）を受信する。
• DHCPリレー エージェント
  • DHCPクライアントからDHCPサーバに送信されるIPアドレスの動的割り当て要求は、ローカル ネットワークにブロードキャストされる。
  • このため、DHCPサーバが他のネットワークにある場合はDHCPサーバとの通信ができない。
  • これを解決するには、DHCPリレー エージェントをローカル ネットワークに導入し、
    IPアドレスの動的割り当てのブロードキャストを中継、DHCPサーバでのIPアドレスの割り当てを代行する。
• IPアドレスを要求する際のシーケンス

• DHCPサーバからの「肯定（OFFER）」コマンドの応答が複数ある場合、
  DHCPクライアントは、適当な「肯定（OFFER）」コマンドを選択し、
  そのDHCPサーバを使う旨を、「要求（REQUEST）コマンド」を使って返信する。
  この仕組みはDHCPサーバの冗長化などにも利用されている。
• WindowsでのDHCPクライアントの設定
  • DHCPの有効化
  • 代替構成
    • DHCPを有効にしている場合、「代替構成」を設定できる。
    • 代替の構成は、DHCP クライアントがDHCPサーバを発見できない場合に有効になる。
    • 既定値は「自動プライベートIPアドレス」で、この場合、APIPAのIPアドレスが付与される。

「静的割り当て」は、クライアントに直接IPアドレスを指定する方法である。

ipconfigコマンド

• IPアドレスを構成するビット列のうち、
  個々の組織が管理するネットワーク(サブネット)を識別するのに使われる部分。

• ネットワーク アドレスを決定する際に、
  既定の「アドレス クラス」と「ネット マスク」（ナチュラル マスク）
  を使用するアドレッシング方法を、「クラスフル アドレッシング」（FLSM）と言う。
• 「クラスフル アドレッシング」では、
  それぞれのネットワークに何台のホストを接続するかによって、どの「アドレス クラス」を使用するかを選択する。
  • 「ネット マスク」（ナチュラル マスク）は「アドレス クラス」に対応したものを適用する。
  • クラスD、クラスEというアドレスもあるが、これは通常のホストが使用するIPアドレスではない。
    クラスDはマルチキャスト アドレス、クラスEは実験用アドレスに予約されている。

#	アドレス クラス	先頭ビットのパターン	ネット マスク	ネットワーク アドレスの範囲	ホスト アドレス長（ホスト台数）
1	クラスA	0	255.0.0.0	0.0.0.0/8 ～ 127.0.0.0/8	24bit（約1677万台）
2	クラスB	10	255.255.0.0	128.0.0.0/16 ～ 191.255.0.0/16	16bit（約6万5000台）
3	クラスC	110	255.255.255.0	192.0.0.0/24 ～ 223.255.255.0/24	8bit（254台）

• 「クラスフル アドレッシング」の場合、ネットワークにネットワーク アドレスを割り当てる場合など、
  実際に必要となるIPアドレスの数より多すぎたり少なすぎたりすることがある。
  （実際にISPに割り当てるクラスBネットワークが不足する事態になった。）
• このため、ユーザ自身が自由に「ネットワーク アドレス」と「サブネット マスク」を決定する
  「クラスレス アドレッシング」というアドレッシング方法が用意されている。
• このようなアドレッシング方法に「クラスレス アドレッシング」（VLSM or CIDR）がある。
  • VLSM：組織内のネットワークの細かなホストビットの割り当てに使用される。
  • CIDR：現在のインターネットでは、必要なグローバルIPアドレス数に合わせてサブネット マスクを決定する「CIDR」が使用されている。
    • インターネット上のAS（自律システム）間のルーティング情報の集約による、
      「ルーティング性能向上」、「ルーティング情報の管理の簡素化」のために使用される。
    • AS（自律システム）とは、各組織、企業やプロバイダが保有・運用する、インターネットに繋がる
      ひとつ（時に複数）のルーティング ポリシー配下にあるIPネットワークやルータの集合のことを言う。

• IPv4のユニキャストと同じように、1対1の通信で利用されるアドレス。
• １つのインターフェースに割り当てられるアドレス。
• スコープ毎に３つの異なるアドレスがある。

• IPv4のマルチキャストと同じく、1対グループの通信で利用されるアドレス。
• 複数のインターフェースに割り当てられるアドレス。

ff00::/8	フラグ (4)	スコープ (4)	グループID (112)

• IPv4にはないアドレス。1対グループ内の1つとの通信で利用されるアドレス。
• 複数のインターフェースに割り当てられる。
• グループで最も近いデバイスとだけ通信できる。
• マルチキャストと同じくグループ宛ての通信となるがグループに属する1つのインターフェースにパケットが到達すると、それ以上は配送されない。

スコープ	範囲	説明
リンクローカル	同一セグメント	同一セグメント上の端末と通信できるアドレス。宛てのパケットはルーティングされない。
ユニークローカル	組織内ネットワーク	IPv4のプライベートアドレスに相当。異なるセグメント上の端末と通信できる。
グローバル	ネットワーク	IPv4のグローバルアドレスに相当。全てのIPv6ネットワークで一意。

グローバル ルーティング プレフィックス (48)	サブネットID (16)	ホストのインタフェースID (64)

• プレフィックス
  • 2001::/16 — IPv6インターネット用アドレス
  • 2002::/16 — 6to4用アドレス
  • 2003::/16 ～ 3FFD::/16 — （当時）未割り当て

移行メモ: 原文は表の先頭を「グローバルユニキャストアドレス (48)」としていたが、 48bit のフィールド名としては「グローバル ルーティング プレフィックス」が正しい。 なお、グローバル ユニキャスト アドレス全体に割り当てられているのは 2000::/3 で、2001::/16 はその一部。

（ユニークローカルユニキャストアドレス）

FC00::/7	L (1)	グローバルID (40)	サブネットID (16)	ホストのインタフェースID (64)

• プレフィックス
  • FC00::/8（L=0）— 将来の定義用
  • FD00::/8（L=1）— アドレス中のグローバルID部分をランダムな値としていつでも誰でも利用可能なアドレス

（リンクローカルユニキャストアドレス）

FE80::/10	0...0 (54)	ホストのインタフェースID (64)

• プレフィックスは FE80::/10。ただし後続 54bit は 0 と規定されるため、実質は FE80::/64。

移行メモ: 原文は表で FE80::/10、直後の「プレフィックス」で FE80::/64 と 異なる値を挙げていたが、両者は矛盾ではなく上記の関係のため、その旨を明記した。

• IPv4 / IPv6
• IPアドレス / IPv6アドレス

• 【連載】IPv6で始めるネットワーク | マイナビニュース
• IPv6アドレスについて知っておくべき10のこと - ZDNet Japan
  • リンクローカルユニキャストアドレスは常に FE80 から始まり、マルチキャストアドレスは常に FF0x から始まる。
  • 頭のゼロは省略される／連続するゼロは省略できる場合がある。
  • ループバックアドレスは ::1。
  • 従来のサブネットマスクは必要としない（先頭48bit がネットワークプレフィックス、次16bit がサブネットID、残り64bit がインターフェースID）。
  • IPv6はIPv4ネットワークをトンネルで通過できる。

単にアドレス空間増やせばよかったのに、無駄なことして（互換性が無さ過ぎて）流行らなかった感。

• IPv6はなぜ普及しないのか？ - GIGAZINE
• IPv6が20周年。IPv6に対応したくない理由とは － Publickey

※ 執筆当時（2021年）から状況は変わり、日本国内でも IPv4 over IPv6（IPoE / MAP-E・DS-Lite）の普及により、 一般家庭でも IPv6 接続が標準的になっている。

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Tags: IT国際標準, インフラストラクチャ, 通信技術