IP（Internet Protocol）とは｜IPv4とIPv6・ルーティングの基本

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この記事の要点

IP（Internet Protocol）はネットワーク層（OSI 第3層、TCP/IP 第2層）でパケットを宛先まで届けるプロトコル
主流は IPv4（32bit）と IPv6（128bit）の 2 種類。IPv4 アドレス枯渇のため IPv6 への移行が進む
IP はコネクションレス・非信頼のプロトコル — 順序保証や再送はTCP が担う
主な役割は アドレッシング（宛先指定）、ルーティング（経路選択）、フラグメント化（MTU を超えるパケット分割）
IP ヘッダには 送信元/宛先 IP、TTL、プロトコル番号（TCP=6, UDP=17, ICMP=1）などが含まれる

IP とは

IP（Internet Protocol）はインターネットの基盤プロトコルで、OSI 参照モデルのネットワーク層（第3層）、TCP/IP モデルのインターネット層に位置します。パケットを宛先 IP アドレスまで届けるのが役割で、世界中のルーターはこの IP ヘッダの宛先アドレスを見て次のホップを決めます。

IP 自体はコネクションレス（接続を維持しない）かつ非信頼（到達保証なし）。順序保証・再送・フロー制御はTCP や上位プロトコルが担当します。

IPv4 と IPv6

項目	IPv4	IPv6
アドレス長	32 bit	128 bit
表記	192.168.1.1（10進ドット区切り）	2001:db8::1（16進コロン区切り）
アドレス総数	約 43 億	約 340 澗（3.4 × 10³⁸）
ヘッダ長	可変（20〜60 byte）	固定 40 byte
フラグメント化	ルーター/送信元	送信元のみ
セキュリティ	オプション（IPsec）	必須（IPsec 標準）
NAT	必須に近い	原則不要

IPv4 アドレスの構造

IPv4 アドレスは 32bit を 8bit ずつ 4 つに区切り、10 進数で表記します。

192.168.1.10
 |   |   |  |
 8b  8b  8b 8b   (各オクテット 0-255)

二進数表記:
11000000.10101000.00000001.00001010

クラスフルアドレス（旧来）

クラス	範囲	用途
A	0.0.0.0 〜 127.255.255.255	大規模ネットワーク
B	128.0.0.0 〜 191.255.255.255	中規模
C	192.0.0.0 〜 223.255.255.255	小規模
D	224.0.0.0 〜 239.255.255.255	マルチキャスト
E	240.0.0.0 〜 255.255.255.255	実験用

現在はCIDR（Classless Inter-Domain Routing）が主流で、192.168.1.0/24 のようにプレフィックス長で区切ります。

プライベート IP アドレス

範囲	用途
10.0.0.0/8	大規模 LAN
172.16.0.0/12	中規模 LAN
192.168.0.0/16	家庭・小規模 LAN

プライベート IP はそのままインターネットに出られないため、NAT でグローバル IP に変換されます。

IPv4 ヘッダの構造

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|  IHL  |Type of Service|         Total Length          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|         Identification        |Flags|     Fragment Offset     |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Time to Live |    Protocol   |        Header Checksum        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                       Source Address                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Destination Address                        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Options                    |    Padding    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

フィールド	意味
Version	IP のバージョン（4 または 6）
IHL	ヘッダ長（4 byte 単位）
TTL	Time To Live。ルーターを通過するたびに -1。0 で破棄
Protocol	上位プロトコル（TCP=6, UDP=17, ICMP=1）
Source/Dest Address	送信元 / 宛先 IP アドレス
Identification / Flags / Fragment Offset	フラグメント化に使う

IPv6 アドレスの構造

IPv6 は 128bit を 16bit ごとに 8 つに区切り、16 進数で表記。連続する 0 は :: で省略できます。

2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329
↓ 省略形
2001:db8::ff00:42:8329

ルーティングの基本

ルーターはルーティングテーブルを見て、宛先 IP に最も近いネクストホップへパケットを転送します。最長一致（Longest Match）でエントリを選びます。

# Linux でのルーティングテーブル確認
ip route show
# default via 192.168.1.1 dev eth0
# 192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.10

# Windows
route print

主要な関連プロトコル

プロトコル	役割
ICMP	診断・エラー通知（ping / traceroute）
ARP	IP → MAC アドレス解決（IPv4）
NDP	近隣探索（IPv6 版 ARP）
DHCP	IP アドレスの動的割り当て
DNS	ドメイン名 → IP の解決
NAT	プライベート IP ↔ グローバル IP 変換

NAT の仕組み（IPv4 の延命策）

IPv4 アドレス枯渇への対応として、家庭やオフィスでは1 つのグローバル IP を多数のプライベート IP で共有する NAT が使われます。

[192.168.1.10] ─┐
[192.168.1.11] ─┼─ NAT ルーター(203.0.113.5) ── インターネット
[192.168.1.12] ─┘

具体的にはポート番号も併用する NAPT（PAT）が一般的です。

動作確認コマンド

# 自分の IP アドレスを確認
ip addr show          # Linux
ipconfig              # Windows
ifconfig              # macOS / 旧 Linux

# 疎通確認
ping 8.8.8.8

# 経路確認
traceroute 8.8.8.8    # Linux / macOS
tracert 8.8.8.8       # Windows

# グローバル IP の確認
curl ifconfig.me

FAQ

Q: なぜ IPv6 への移行が遅い？
A: NAT で IPv4 が延命できているのと、IPv4 / IPv6 の両方を運用する Dual Stack のコストが理由。ただしモバイル網やクラウドでは IPv6 ネイティブも増えています。

Q: IP と TCP / UDP の関係は？
A: IP は「住所に荷物を届ける」役、TCP / UDP は「荷物の中身（ポート別の配送）」を担います。IP の上に TCP / UDP が乗ります。

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