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グローバルIPと固定IPの違いって?IPアドレスの仕組みと種類を解説

IPアドレス
ポケ長
ポケ長
どうも、ポケ長です。今回はちょっと文字ばかりで読みにくい記事かもしれません。
ポケ犬
ポケ犬
じゃあ、読まないオソ。
ポケ長
ポケ長
まあまあ、そう言わずに読んでちょうだい。

この記事では

IPアドレスとはそもそも何なのか?

IPアドレスの仕組みと種類

  • 「プライベートIPアドレス」
  • 「グローバルIPアドレス」
  • 「固定IPアドレス」

IPアドレスの将来

について取り上げます。

ポケ長
ポケ長
中でも、現在よく名前を聞く「IPv6」のことがわかるとこれからネット回線を契約するときに役立ちます!

グローバルIPと固定IPの違いって?そもそもIPアドレスって何だっけ?

ポケ長
ポケ長
IPアドレスがどんなものか、説明できますか?

改めて自分が知っていることを説明しようとすると、意外と言葉に詰まってしまう方もいるのではないでしょうか?

某インターネット百科事典によると、

「IPにおいて、パケットを送受信する機器を判別するための番号」

とされています。

間違いは言っていませんが、この説明文だけを読んで納得できるのは、IPアドレスを概ね理解していて説明できる一歩手前の方、レベルの人でしょうね。

ポケ長
ポケ長
IT分野でインストラクターとして、特に技術を分かり易く伝えることを仕事にしてきた私の感覚では、さらにもう1段階言葉を分解して説明できると、さらに多くの方々に理解してもらえるのに!と感じます。

 

あらためてIPアドレスを理解し直すために、シンプルにしてみます。

 

パケットIPアドレス=IP用の住所

 

じゃぁ、IPってなんだっけ?となると、たった2文字のくせに、別記事がいくつもかけてしまうような深い用語(OSI参照モデル、カプセル化などの予備知識がたくさん必要)なので、今回は「コンピューターやスマホが通信をする世界・環境のこと」だと、ふわっとした置換えとさせてください。

ポケ長
ポケ長
IPって、深いんです。

日常生活での住所は、手紙や小包などの荷物を送るため、目的地(または相手)を表す情報です。

まったく同じ目的を達成するために、コンピューター通信の世界(IP)で使うのがIPアドレスです。

いつ?どこ? 何を? 何のために?(目的)
日常生活 手紙や荷物 目的地(相手)に送るための情報(住所)

 

IP パケット(データ)  同上 (IPアドレス)
ポケ長
ポケ長
上記のような対比が成り立ちます。

 

また、IPアドレスは、「コンピューター通信の世界で、データを目的地に送るための情報」と言えます。

ポケ長
ポケ長
ただ、IPアドレスには細かな独自ルールがあります。

全てが数字でしかも2進数であったり、32桁(ビット)のうちには、都道府県や市町村、番地などを表す意味の桁がある、などです。

これらを踏まえて、実用的なレベルIPアドレスを把握するのは、たしかになかなか大変です。

ポケ長
ポケ長
今回の解説は淡々と文字ばかりの解説となっていますが、とても面白い内容だと思いますので、どうぞご覧ください。

ここまでで述べた知識はIPアドレスの基礎の入り口の内容です。

IT分野、特にネットワークでは知ってて当たり前レベルですが、ではいざ技術者レベルでIPアドレスに関わる仕事についたとして、日常的に必要か?というと、そうではない知識です。

IPアドレスは、後ほど解説する技術によって、簡易化・自動化されているため、技術者レベルの仕事でも、意識して計算したり設定することは稀ですし、利用者である多くのスマホユーザーもまったくIPアドレスの存在を意識することなく、しかし確実に生活の裏で動き、なくてはならない技術として今も稼働しているわけです。

グローバルIPアドレスと固定IPアドレスだけ知っていればいいの?

ポケ長
ポケ長
ITインストラクターとしての経験をもつ私の意見は、「NO」です。

記事タイトルにある、グローバルIPアドレスと固定IPアドレスに加えて、今回はもう一つ、とても重要なプライベートIPアドレスについて解説していきます。

【プライベートIPアドレス】

そもそもIPアドレスには、根本的なレベルで大きな問題点がありました。

ポケ長
ポケ長
枯渇です。

個人情報の流出やシステムダウン、ウィルスやなりすましなど、IT技術に関係するニュースが、日常生活でもときおり聞かれるようになったことは、日常を振り返れば思い当たることと思います。

2011年4月15日に、「日本およびアジア地区でのIPアドレスの在庫枯渇」がYahooニュースのトップに入りました。

ポケ長
ポケ長
衝撃でした。

JPNIC(Japan Network Information Center:日本国内のドメインやIPアドレスの割り当てや管理、ネットワーク運営支援を行う社団法人)の公開する情報によると、IPアドレスの技術の元である、TCP/IPの開発が開始されたのは1973年とされています。

 

その後、IP通信は他の競合技術を退けながら普及を続け、コンピューター通信の世界標準としてのシェアを伸ばしていましたが、1990年に入るころには、将来的なIPアドレスの不足(枯渇)が予想され始めました。

実は、このタイミングで議論と開発が開始されたのが、IPv6(アイピー ブイ シックス)です。

また、ここまでで触れていたIPとは、IPv4(アイピー ブイ フォー)として利用されています。IPv6の特徴については、さらに後半で説明します。

 

国連の発表情報によると、1987年に世界の人口が50億人を突破したとされています。

個人的な解釈を一部交えて記述しますが、IPアドレスの枯渇が研究レベルで議論開始された1990年代とは、Windows95が発売されるよりも前の数年も含んでいます。

当然この時期はコンピューターやインターネット自体の普及も先行きの読めないタイミングですし、スマートフォン技術なども構想レベルであったとしても実現可能な技術としては世には出ていませんでした。

少なくとも、私が今の技術的知識をもったまま、1990年を生きていたとしても、この時点で、世界の総人口と大差ない、43億個というIPアドレスが不足する未来が来る、など考えもできないだろうと思います。

IPアドレス枯渇の根本的な原因は、アドレス長が32ビットであることです。これは2^32の計算結果でもあり、仕様上、IPv4アドレスは約43億個(実際には43に少し足りない)が限界数です。

ただし、数の問題は別として、開発当初からIPアドレス自体の目的は変わりません。「コンピューター通信の世界で、データを目的地に送るための情報」としての機能するために、当たり前の一つのルールが存在します。

それは、1つのIPアドレスは、一意(意味や値が1つのみに確定する状態)であることです。例えば、私がノートPCから東京都内の友人宛にeメールを送ったつもり(このとき目には見えない処理でIPアドレスが使われています)が、そのIPアドレスが一意でないために、アメリカの見知らぬ人に届いてしまう、などという事故はあってはいけません。

【グローバルIPアドレス】

IPアドレスは、枯渇以前の用途として一意性が求められていました。この一意性を実現するために仕様化されたのが、グローバルIPアドレスです。

グローバルIPアドレスは、IP通信の範囲内で必ず重複することなく、一意な数値として管理されます。

個人が勝手にグローバルIPアドレスを利用することはできず、世界的な管理団体が存在します。

正規の手段では、私たちはインターネットプロバイダとの契約によって、グローバルIPアドレスを取得して、インターネットと通信するためのグローバルIPアドレスを使うことができます。

 

ところが前述の枯渇も同時に考えた場合、IPv6の開発が進められながらも、インターネットは日々利用者が増え続け、必要なIPアドレスも増加しつつ、インターネットを常に稼働状態のまま継続しなければなりませんでした。

使い続けながらも、(IPv4の枯渇のための)対策を講じ、将来のための新たな技術(IPv6)を開発していた。という時期が2000年前後のネットワーク業界で行われていたのです。

そのため、総数にいずれ限界が訪れると予想されたIPv4アドレスですが、延命の方策として実に様々な技術が後付けで開発されていきました。

 

そのIPv4を使い続けるための対策であり延命の一つが、プライベートIPアドレスとそれを用いたNAT(Network Address Translation)です。

今回の重要用語であるプライベートIPアドレスは、概ねグローバルIPアドレスと反対の特性を持つように仕様化されました。

プライベートIPアドレスの最も重要なルールは、「プライベートIPアドレスは、インターネットに直接つなげてはいけない」です。

これに、すこし肉付けをすると、「プライベートIPアドレスで通信をする機器は、グローバルIPアドレスが運用される一意な世界であるインターネットに、直接通信をする環境で利用できず、NATを介さなければいけない」ということができます。

世界中で利用されるコンピューターなどに一意なグローバルIPアドレスを割りふるのは数的限界がありますので、企業やプロバイダは自社の社員や契約者に対して、プライベートIPアドレスの設定や割りふりを行います。これは日本だろうとアメリカだろうと共通の運用で、誰に許可を得ることなく自由に使うことができます。

例えば、10.10.10.10というプライベートIPアドレスで通信を行うコンピューターは、日本中にも世界中にも何台いても問題ありません。ただし、それらのコンピューターがインターネット通信をするときには、経路上のどこかでNATが行われる環境にしておかなければいけません。とても乱暴な例ですが、日本では20.20.20.20という数値、アメリカでは30.30.30.30という数値の、それぞれグローバルIPアドレスを事前に最低1つ準備しておき、NATによって、プライベートIPアドレス10.10.10.10がインターネットには直接つながっていない状態を作り出すことができます。

 

NATとは、ネットワーク上でアドレスの変換(Translation)を行う技術です。このとき変換されるのは、プライベートIPアドレスとグローバルIPアドレスです。社内で使うプライベートIPアドレス(内部、変換前)が、NAT機器を経由したときに、インターネットで有効なグローバルIPアドレス(外部、変換後)に変換(パケットの一部を書き換える)を行います。

企業などでは、グローバルIPアドレスをインターネット上の出口1か所にのみ設定しておくことで、すべての社内のコンピューターがプライベートIPアドレスだとしても、NATの設定を適切な場所で行うことで、グローバルIPアドレスを節約しながらも全てのコンピューターがインターネット上には、グローバルIPアドレスに変換されて、通信を継続することができます。

 

【固定IPアドレス】

最後に「固定IPアドレス」についても解説します。

例えば従業員500人の企業ビルで考えたとき、全ての社員用コンピューターにグローバルIPアドレスを取得し、割り振るのではなく、プライベートIPアドレスを設定することでアドレスの節約を図ることができます。

私の知る限り、500人規模の企業ネットワークでは、数名のネットワーク(システム)管理者が専任業務として配置されます。ただし、この管理者は500人の従業員名簿に対して、誰のコンピューターにプライベートIPアドレスいくつを割り当てているか?という管理はしません。部署の移動や転属、新人の加入や退職者などが発生することで、これらの数字は変動する可能性があるためです。

 

この環境で利用される技術がDHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)です。詳しくは別の機会で取り扱いますが、Dynamic=自動で、Host Configuration=コンピューターのIP設定を行う技術です。

この技術を使って企業内を適切に設定することで、管理者はプライベートIPアドレスのプール(範囲)を事前に決めておく、だけで範囲内のコンピューターの電源が入ったタイミングで自動的にプライベートIPアドレスの割りふりが行われる環境を構築することができます。

一方で、企業のネットワーク環境では、サーバーと呼ばれる用途の特殊なコンピューターを設置して利用することが多くあります。(昨今ではクラウド技術によって、サーバーを配置することもスタンダードではなくなっているようですが)

この時、サーバーコンピューターは、起動のたびにDHCP機能でプライベートIPアドレスが割り振られると逆に都合が悪くなります。全社員が決まったサーバーコンピューターにアクセスするのに、日によってそのIPアドレスが異なる、という状況は業務ソフトなどの影響を考慮すると、一般にはサーバーコンピューターにはDHCPを利用せず、最初から固定のプライベートIPアドレスを割りふることが効率的です。

DHCPによって自動化環境で割り振られたIPアドレスか、サーバーなどに事前に一意の固定IPアドレスを割りふるか、という状況を考えると固定IPアドレスの用途や必要性が見えてくるのではないでしょうか。

 

IPアドレスは状況などに応じて、さらに別の機能や用途も準備されています。それらはグローバルとプライベートという2つのIPアドレスのどちらかを元にして利用されることがほとんどです。基本となる2つのIPアドレスをしっかり理解しましょう。

 

 

【IPアドレスの将来】

ポケ長
ポケ長
私の予想も含まれています。

全ての通信機器はIPアドレスが設定されて初めて、通信を実現することができます。それはすでに触れたIPv4でもIPv6でもどちらでも問題ありません。

これが問題になるのは、古いコンピューターやスマートフォンを使うときにインストールされているOSによって、IPv6に非対応である場合だけです。

少なくともWindowsでは、Vista以降からIPv6に標準対応しています。

 

IPv4アドレスとIPv6アドレスの最大の違いは、扱うことのできるアドレス総数です。当然この仕様変更は、既に説明した枯渇対策のためです。v4では、32bitによる(2^32)約43億個ですが、IPv6では128bitがアドレス総数として利用可能です。つまり2^128の計算により、約340澗という天文学的な桁を実現可能になりました。(無知な私は43億×4でしょ、と最初考えましたがバカですね。43億×43億×43億×43億です)

IPv6アドレス環境では、人口70億人の1人1人に、1兆個のアドレスを使わせてもそれでも余るというレベルです。現時点では使い切る方が不思議なくらいの数が準備されました。

 

アドレス総数でも文句なしのIPv6ですが、たった一晩で世界中の切り替えが可能なわけではありません。恐らく今後も何年もかけて徐々に移行が進むものと考えられます。

大まかな理由としては、ハードもソフトもIPv6対応に切り替えていく必要があるからです。これが世界規模で発生しています。当然コストの問題が発生します。公的に資金が提供される環境もある一方で、個人も含めた企業もIPv6に切り替えるための手間とお金をかけなければいけません。

また、現在世の中に提供されるネットワーク上のコンテンツもIPv4とIPv6が混在しています。IPv4でしかアクセスできない、逆にIPv6でしかアクセスできないサイトなども存在します。

こういった問題は当然一朝一夕で解決するものではなく、検証を伴いながらコストをかけて徐々に切り替えていく必要があります。今は大きく取り上げられていませんが、いずれIPv6への移行の時期などが決められ、例えばですが、2025年には日本国内のインターネット環境は完全にIPv6に移行せよ、という決定がなされた場合、提供者だけでなく利用者である私たちにもなんらかの影響が発生するかもしれません。

 

すでに身近なものとしてスマートスピーカーなどを利用している方もいらっしゃると思いますし、ITの業界では随分と前からIT(Information Technology)から、IoT(Internet of Things)と標榜して、技術開発やサービス化が推し進められてきました。

スマートスピーカーに代表されるような、すべての家電などに通信機能をもたせ、現状ではスマートフォンなどから制御する、環境が今後も増えていくことが容易に予想されます。

スマートウォッチに、「車で迎え」なんていったら、自動運転で先回りした自分の車が、到着先にいる、なんて未来あるのでしょうか?

 

ごく個人的には1970年にIP通信の開発を始めた人たちが43億で余裕だろうと思っていたことが、今に当てはまることが怖いと思っています。

数十年経過したころに、IPv6じゃ総数ぜんぜん足りないよ!なんて未来が待ち受けているのでしょうか。

そういえば、この記事では「IPv6」のことが取り上げられましたが、この「IPv6」を格安で気軽に契約できる光回線の記事もありますので、よければどうぞ参考にされてください。

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