IPv4 と IPv6 の違い

IPアドレスとは

IPアドレスは、ネットワーク上の機器を識別するための番号です。インターネット上の「住所」に相当します。IPv4とIPv6の2つのバージョンが併用されています。

なぜIPv6が必要か: IPv4アドレスは約43億個に限られ、IANAや多くの地域インターネットレジストリ（RIR）では通常割り当て用の在庫が枯渇しました。NATやアドレス移転でIPv4は現在も使われていますが、より大きなアドレス空間を持つIPv6への移行が進んでいます。

IPv4とIPv6の基本比較

主要な違い

アドレス表記の違い

IPv4の表記

32ビットを8ビットずつ4つに分割し、10進数で表記します。

192.168.1.1
└┬┘└┬┘└┬└┬
 │ │ │ │
 │ │ │ └─ 4つ目のオクテット（8ビット）: 0-255
 │ │ └─── 3つ目のオクテット（8ビット）: 0-255
 │ └────── 2つ目のオクテット（8ビット）: 0-255
 └───────── 1つ目のオクテット（8ビット）: 0-255

# 2進数表記
11000000.10101000.00000001.00000001

IPv6の表記

128ビットを16ビットずつ8つに分割し、16進数で表記します。

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
└─┬─┘└─┬─┘└─┬─┘└─┬─┘└─┬─┘└─┬─┘└─┬─┘└─┬─┘
 1 2 3 4 5 6 7 8
（各グループは16ビット = 4桁の16進数）

IPv6の省略記法

ルール1: 先頭の0を省略

2001:0db8:0001:0000:0000:0000:0000:0001
↓
2001:db8:1:0:0:0:0:1

ルール2: 連続する0のグループを::で省略（1回のみ）

2001:db8:1:0:0:0:0:1
↓
2001:db8:1::1

省略の例

アドレスの種類

IPv4の代表的なアドレス範囲

現在のアドレス割り当ては、クラスA・B・CではなくCIDRのプレフィックス長で扱います。

IPv6のアドレス種類

ブロードキャストの廃止: IPv6にはブロードキャストがなく、必要な用途ではマルチキャストなどを使います。これだけで通信全体が必ず高速になるわけではありません。

IPv4枯渇問題

枯渇の経緯

1981年 RFC 791でIPv4標準化（約43億個のアドレス）
1990年代 インターネット商用化、急速な普及
1993年 CIDR導入（クラスフルからクラスレスへ）
1994年 NAT導入（プライベートIPアドレスの再利用）
2011年 IANA（最上位）のIPv4アドレス在庫が枯渇
2011年以降 多くのRIRで通常割り当て用の在庫が枯渇・制限

枯渇への対策

IPv6の主要な特徴

1. 巨大なアドレス空間

IPv4: 2^32 = 4,294,967,296 個（約43億）
IPv6: 2^128 = 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 個（約340澗）

比較: IPv6はIPv4の約 79,228,162,514,264,337,593,543,950,336 倍

2. シンプルなヘッダー構造

IPv6の基本ヘッダーは固定40バイトで、追加情報は拡張ヘッダーに分けます。形式が単純化されていますが、実際の通信速度は回線、経路、実装、サーバーなどにも左右されます。

3. 自動設定（SLAAC）

IPv6は**SLAAC（Stateless Address Autoconfiguration）**により、DHCPサーバーなしで自動的にアドレスを設定できます。

1. ルーターから Router Advertisement (RA) を受信
2. ネットワークプレフィックス（64ビット）を取得
3. インターフェースIDを生成（ランダム化された一時アドレスなど、方式はOSや設定による）
4. 2つを結合してグローバルユニキャストアドレスを生成

4. IPsecと暗号化

IPv4とIPv6のどちらでもIPsecを利用できます。IPv6を使うだけで通信が自動的に暗号化・認証されるわけではありません。Web通信では、IPのバージョンにかかわらずHTTPSなどを適切に設定します。

5. NATとファイアウォール

IPv6では、アドレス節約のために端末間通信をNATで変換する必要は通常ありません。ただし、IPv4との接続にNAT64などを使う構成や、特殊な目的で変換を行う構成はあります。

IPv4（NAT使用）
[PC] 192.168.1.10 ──┐
[Phone] 192.168.1.11 ├─ [ルーター] 203.0.113.1 ── インターネット
[IoT] 192.168.1.12 ──┘

IPv6（アドレス変換を使わない例）
[PC] 2001:db8::1 ──┐
[Phone] 2001:db8::2 ├─ インターネット
[IoT] 2001:db8::3 ──┘

セキュリティの注意: NATはファイアウォールの代わりではありません。IPv4でもIPv6でも、不要な着信通信を遮断するファイアウォールと適切な公開範囲の設定が必要です。

デュアルスタック

IPv4とIPv6の両方を同時にサポートする方式です。移行方法の代表例ですが、IPv6のみのネットワークと変換技術を組み合わせる構成もあります。

デュアルスタックの動作

[クライアント]
├─ IPv4アドレス: 192.168.1.10
└─ IPv6アドレス: 2001:db8::10

[サーバー]
├─ IPv4アドレス: 203.0.113.50
└─ IPv6アドレス: 2001:db8:abcd::50

通信時の選択:
1. DNSで両方のアドレスを取得（AレコードとAAAAレコード）
2. クライアントが利用可能な経路と接続候補を判断
3. Happy Eyeballs対応クライアントは、IPv6とIPv4の試行を適切な短い間隔で調整し、利用できる接続を選ぶ

移行戦略の比較

IPv4とIPv6の技術的な違い

ヘッダーフィールドの比較

パケット処理の違い

IPv4:
- 中継ルーターでフラグメンテーション（分割）可能
- ヘッダーチェックサムを中継時に再計算

IPv6:
- 送信元でフラグメンテーション
- 基本ヘッダーにチェックサムなし

これらはプロトコル上の違いであり、IPv6の実効速度が必ずIPv4より速いことを意味しません。

URLでのIPv6表記

IPv6アドレスをURLで使う場合、[]で囲みます。

# IPv4
http://192.168.1.1/
http://192.168.1.1:8080/

# IPv6（[]で囲む）
http://[2001:db8::1]/
http://[2001:db8::1]:8080/
http://[fe80::1%eth0]/ # ゾーンID（リンクローカル用）

ゾーンID: リンクローカルアドレス（fe80::/10）は複数のインターフェースで重複する可能性があるため、%インターフェース名でインターフェースを指定します。

確認コマンド

IPv4/IPv6アドレスの確認

# Linux/macOS
ip addr show # 両方のアドレス表示
ifconfig # 両方のアドレス表示

# Windows
ipconfig # 両方のアドレス表示

# IPv6のみ表示
ip -6 addr show # Linux

IPv6接続のテスト

# IPv6でpingを送信
ping6 google.com # macOS/古いLinux
ping -6 google.com # 新しいLinux
ping google.com # Windows（自動判定）

# IPv6でのDNS解決確認
dig AAAA google.com # IPv6アドレス（AAAAレコード）を取得
dig A google.com # IPv4アドレス（Aレコード）を取得

IPv6接続可否の確認

# IPv6接続性テスト
curl -6 https://ipv6.google.com/ # IPv6でのHTTP通信
curl -4 https://google.com/ # IPv4でのHTTP通信

まとめ

IPv4とIPv6の最大の違いはアドレス長（32ビット vs 128ビット）です。IPv4はNATや移転を伴いながら現在も利用され、IPv6との併用や変換を通じて移行が続いています。DNSではIPv4にA、IPv6にAAAAを使います。接続方式を選ぶときは、対応状況だけでなく経路、監視、ファイアウォール、移行方法まで確認します。

参考リソース

• RFC 8200 - Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification
• RFC 791 - Internet Protocol (IPv4)
• RFC 4291 - IPv6 Addressing Architecture
• RFC 8305 - Happy Eyeballs Version 2
• IANA - IPv4 Address Space Registry
• Google IPv6 Statistics
• APNIC - IPv6 Deployment

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