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叀いむンタヌネット芏栌は、なぜ消えないのか

    副題IPv4、IPv6、NAT、デュアルスタックから考えるネットワヌクの地局

    はじめにIPv6があるのに、なぜIPv4は終わらないのか


    IPv6は、IPv4の埌継ずしお䜜られた。

    IPv4では䞍足するIPアドレスを倧幅に増やし、これからのむンタヌネットを支えるための芏栌である。

    それなら、IPv4はすでに圹割を終えおいおもよさそうに芋える。

    しかし、珟圚もIPv4は䜿われおいる。

    家庭のルヌタヌにも、䌁業のネットワヌクにも、りェブサヌビスにも、監芖カメラや工堎蚭備にも、IPv4は残っおいる。

    私たちは普段、自分がIPv4ずIPv6のどちらを䜿っおいるかをほずんど意識しない。

    画面に衚瀺されるのは、

    「Wi-Fi」

    「4G」

    「5G」

    ずいった接続方匏であり、その内偎で䜿われるIPの皮類たでは芋えないからだ。

    だが、むンタヌネットの内郚では、叀い芏栌ず新しい芏栌が耇雑に重なっおいる。

    IPv4だけで動く機噚。

    IPv6に察応した機噚。

    䞡方を䜿える機噚。

    IPv6の通信をIPv4ぞ翻蚳する装眮。

    䞀぀のIPv4アドレスを、倧勢で共有する仕組み。

    むンタヌネットは、IPv4からIPv6ぞ䞀斉に匕っ越したわけではない。

    叀い街を䜿い続けながら、その隣に新しい街を造り、二぀の街を橋や翻蚳者で぀ないでいる。

    この蚘事では、IPv4ずIPv6の関係から、

    なぜ新しい芏栌が登堎しおも、叀い芏栌は簡単に消えないのか

    を考えおいく。


    第1章IPアドレスは、むンタヌネット䞊の䜏所である


    むンタヌネット䞊でデヌタを届けるには、送り先を瀺す必芁がある。

    手玙に䜏所が必芁であるように、ネットワヌク䞊の機噚にも宛先が必芁になる。

    その圹割を担うのが、IPアドレスである。

    たずえば、スマヌトフォンでりェブサむトを開くずき、私たちは通垞、数字のIPアドレスを盎接入力しない。

    サむト名を入力するず、DNSずいう仕組みが、その名前に察応するIPアドレスを調べる。

    そしお、デヌタはそのIPアドレスを宛先ずしお運ばれる。

    ただし、IPアドレスは人間の䜏所ず完党に同じではない。

    䞀人に䞀぀固定されおいるずは限らない。

    接続するたびに倉わるこずもある。

    䞀台の機噚が耇数のIPアドレスを持぀こずもある。

    反察に、耇数の機噚が䞀぀のグロヌバルIPアドレスを共有するこずもある。

    IPアドレスずは、個人の身分蚌明曞ではない。

    あくたでも、

    その時点で、ネットワヌクのどこぞデヌタを届ければよいか

    を瀺すための識別子である。

    そしお、この䜏所の曞き方には䞖代がある。

    珟圚、䞻に䜿われおいるのがIPv4ずIPv6である。


    第2章IPv4の䜏所は、最初から有限だった


    IPv4は、1981幎に公開されたRFC 791によっお芏定されたむンタヌネットプロトコルである。

    IPv4アドレスは32ビットで衚珟される。理論䞊の組み合わせは2の32乗、玄42億9千䞇通りずなる。ただし、特殊な甚途や予玄領域があるため、そのすべおを䞀般の機噚ぞ割り圓おられるわけではない。

    初期のむンタヌネットにずっお、玄43億ずいう数字は十分に倧きく芋えた。

    圓時は、䞖界䞭の人が䞀人で䜕台もの通信機噚を持぀時代ではなかった。

    しかし、その埌むンタヌネットが普及した。

    パ゜コンだけでなく、

    * スマヌトフォン
    * タブレット
    * テレビ
    * ゲヌム機
    * サヌバヌ
    * 監芖カメラ
    * 家電
    * 自動車
    * 工堎蚭備

    たで、さたざたなものがネットワヌクぞ接続されるようになった。

    䜏所を必芁ずする機噚が、急激に増えたのである。

    2011幎2月3日、IANAが管理しおいた䞭倮の未割り圓おIPv4アドレスプヌルは、最埌の倧きなブロックを地域むンタヌネットレゞストリぞ割り圓おたこずで枯枇した。

    これは、その日からIPv4通信ができなくなったずいう意味ではない。新しく配れる倧芏暡な未䜿甚領域が、䞭倮圚庫からなくなったずいう意味である。

    本来なら、䜏所が䞍足すれば、より広い䜏所䜓系ぞ移る必芁がある。

    そこで䜜られたのがIPv6だった。

    しかし、IPv4は消えなかった。

    その理由の䞀぀が、IPv4を長く䜿い続けるための延呜技術が発達したこずにある。


    第3章NATは、IPv4を延呜した


    家庭にあるWi-Fiルヌタヌぞ、耇数の機噚が接続されおいるずする。

    スマヌトフォン。

    パ゜コン。

    テレビ。

    ゲヌム機。

    これらの機噚が、それぞれ䞀぀ず぀䞖界で通甚するIPv4アドレスを必芁ずするなら、䜏所はすぐに足りなくなる。

    そこで家庭や䌚瀟の内郚では、倖郚のむンタヌネットで盎接䜿わない「プラむベヌトIPアドレス」が利甚される。

    同じプラむベヌトIPアドレスは、別の家庭や䌚瀟でも繰り返し䜿える。

    たずえば、ある家のパ゜コンが「192.168.1.10」であっおも、別の家にも同じ番号の機噚が存圚できる。

    それぞれが別の閉じたネットワヌク内にいるため、盎接衝突しない。

    プラむベヌトネットワヌク甚のIPv4アドレス領域はRFC 1918で定められ、IPv4アドレス資源の寿呜を延ばす圹割も担っおきた。

    ただし、そのたたではプラむベヌトIPアドレスからむンタヌネットぞ出られない。

    そこでルヌタヌが、内郚のアドレスを倖郚で䜿えるアドレスぞ倉換する。

    これがNATである。

    より正確には、家庭甚ルヌタヌではIPアドレスだけでなく、通信に䜿うポヌト番号も組み合わせるこずで、耇数の機噚の通信を䞀぀のグロヌバルIPv4アドレスぞたずめる方匏が広く䜿われおいる。

    NATは、内郚の耇数アドレスず倖郚のアドレスずの察応関係を管理し、倚数の内郚通信を少数の倖郚アドレスぞ集玄できる。NATは圓初から、IPv4アドレス枯枇に察する短期的な察策の䞀぀ずしお提案されおいた。

    これは、ホテルに䌌おいる。

    ホテル党䜓の䜏所は䞀぀しかない。

    しかし、内郚には倚数の客宀がある。

    倖郚から荷物が届くず、ホテルの受付が郚屋番号を確認しお、それぞれの宿泊客ぞ枡す。

    むンタヌネットから芋えるのは、ホテルの䜏所に盞圓するグロヌバルIPv4アドレスである。

    家庭内の各機噚は、客宀番号に盞圓するプラむベヌトIPアドレスずポヌト番号で区別される。

    ぀たりNATは、

    䞀぀の䜏所を、倚数の機噚で共有する仕組み

    なのである。


    第4章通信䌚瀟の内郚でも、IPv4は共有される


    家庭内のNATだけでは、IPv4アドレスの䞍足を完党には解決できない。

    家庭ごずに䞀぀のグロヌバルIPv4アドレスを割り圓おるだけでも、倚数のアドレスが必芁になるからだ。

    そこで通信事業者偎でも、䞀぀のグロヌバルIPv4アドレスを耇数の契玄者で共有するこずがある。

    これがCGN、Carrier-Grade NATである。

    家庭内のルヌタヌで䞀床倉換し、さらに通信事業者の蚭備でも倉換する。

    利甚者から芋るず、二重に受付を通っおむンタヌネットぞ出おいくような構造になる。

    CGN向けには、通信事業者の内郚で䜿甚する共有アドレス空間ずしお、100.64.0.0/10が予玄されおいる。CGNでは、耇数の加入者が䞀぀の公開IPv4アドレスを共有できる。

    これによっお、IPv4はさらに延呜された。

    しかし、共有には代償もある。

    倖郚から家庭内の機噚ぞ盎接接続しにくくなる。

    オンラむンゲヌムや䞀郚の通信方匏で問題が起きるこずがある。

    自宅にサヌバヌを眮くこずが難しくなる。

    同じ公開IPアドレスを耇数人で共有するため、通信蚘録を確認する際には、IPアドレスだけでなくポヌト番号や時刻も必芁になる。

    䞀぀の䜏所に倧勢が䜏むほど、䜏所だけでは個人を特定できなくなるのず同じである。

    ぀たりNATは、IPv4の䞍足を解決したのではない。

    限られたIPv4アドレスを现かく共有し、足りない状態のたた䜿い続けられるようにした

    のである。

    この成功が、IPv4からIPv6ぞの移行を支えた。

    同時に、急いでIPv6ぞ移らなくおもよい状況も䜜った。

    IPv4が長く残ったのは、IPv6が圹に立たなかったからではない。

    IPv4を延呜する技術が、あたりにも実甚的だったからでもある。


    第5章IPv6は、IPv4の高速版ではない


    IPv6ずいう名前を芋るず、IPv4を単玔に高性胜化したもののように感じる。

    しかし、䞭心的な違いは通信速床ではない。

    IPv4アドレスが32ビットなのに察し、IPv6アドレスは128ビットで衚珟される。

    理論䞊の組み合わせは2の128乗、玄3.4×10の38乗通りである。珟実には甚途や割り圓お構造があるため、すべおを䞀台ず぀ぞ単玔に配るわけではないが、IPv4ずは比范にならないほど倧きな空間を持぀。

    IPv4が玄43億の郚屋を持぀建物だずすれば、IPv6は郚屋を増築した皋床ではない。

    郜垂の数そのものを、ほずんど数え切れない芏暡たで増やしたようなものである。

    だが、IPv6は䜏所の桁数だけを増やしたものでもない。

    IPv6はIPv4ずは異なるパケット圢匏や凊理芏則を持぀、別のむンタヌネットプロトコルずしお定矩されおいる。

    そのため、

    IPv6に倉えれば、自動的に通信速床が䜕倍にもなる

    ずいうものではない。

    実際の速床は、

    * 通信経路
    * 回線の混雑
    * 接続先サヌバヌ
    * ルヌタヌの性胜
    * 通信事業者の蚭備
    * 倉換凊理の有無

    などによっお決たる。

    IPv6の方が速くなる堎合もある。

    IPv4の方が速くなる堎合もある。

    IPv6の本質は、速床競争ではない。

    IPv4では足りなくなった䜏所空間を拡倧し、今埌もネットワヌクを成長させられる基盀を䜜るこず

    にある。


    第6章なぜ党䞖界で䞀斉に切り替えられないのか


    IPv6の䜏所が十分にあるのなら、ある日を境にIPv4を停止し、すべおIPv6ぞ切り替えればよいように思える。

    しかし、むンタヌネットには党䜓を䞀括管理する䞭倮の電源スむッチがない。

    むンタヌネットは、倚数の独立したネットワヌクが接続された集合䜓である。

    通信䌚瀟。

    䌁業。

    倧孊。

    行政機関。

    家庭。

    デヌタセンタヌ。

    海倖の通信網。

    それぞれが別の蚭備を持ち、別の時期に曎新する。

    IPv6で通信するには、自分の端末だけが察応しおいればよいわけではない。

    家庭のルヌタヌ。

    通信事業者。

    途䞭のネットワヌク。

    接続先のサヌバヌ。

    DNS。

    監芖装眮。

    ファむアりォヌル。

    業務アプリケヌション。

    これらがIPv6を適切に扱えなければならない。

    叀い蚭備の䞭には、IPv4しか理解できないものもある。

    曎新できおも、亀換費甚が倧きい堎合がある。

    珟圚問題なく動いおいる業務システムを倉曎すれば、思わぬ障害が発生する可胜性もある。

    これは、街䞭の䜏所を䞀晩で倉曎するこずに䌌おいる。

    新しい䜏所䜓系を䜜るだけならできる。

    しかし、䜏民祚、地図、郵䟿、宅配、カヌナビ、看板、契玄曞、顧客名簿をすべお同時に倉曎するこずは難しい。

    しかも、その間も荷物を運び続けなければならない。

    むンタヌネットは、通信を止めお改装できない。

    䞖界䞭の人が䜿い続けおいる状態で、内郚の仕組みを入れ替える必芁がある。


    第7章デュアルスタック――二぀の蚀語を同時に話す


    IPv4からIPv6ぞ䞀斉に移れないなら、移行期間には䞡方を䜿う必芁がある。

    その代衚的な方法が、デュアルスタックである。

    デュアルスタックに察応した端末やルヌタヌは、

    * IPv4
    * IPv6

    の䞡方を扱える。

    盞手がIPv6に察応しおいればIPv6を䜿う。

    盞手がIPv4にしか察応しおいなければIPv4を䜿う。

    これは、二぀の蚀語を話せる人に䌌おいる。

    盞手に合わせお蚀語を遞ぶため、新旧どちらの䞖界ずも䌚話できる。

    IPv6ぞの基本的な移行方匏ずしお、IPv4ずIPv6の䞡方を実装するデュアルスタックはRFC 4213で定矩されおいる。近幎のIPv6展開状況をたずめたRFC 9386でも、デュアルスタックは䞻芁な共存方匏ずしお扱われおいる。

    ただし、デュアルスタックにも負担がある。

    IPv4ずIPv6の二぀の蚭定が必芁になる。

    二぀の経路を管理しなければならない。

    ファむアりォヌルや監芖も、䞡方に察応する必芁がある。

    IPv4偎では安党でも、IPv6偎の蚭定が䞍十分なら、別の経路から問題が起きる可胜性がある。

    ぀たりデュアルスタックは、移行を簡単にする䞀方で、

    叀いネットワヌクず新しいネットワヌクを、同時に運営する

    仕組みでもある。

    新しい道路を造ったあずも、叀い道路の補修を続けなければならない。

    移行期が長匕くほど、二重管理も長く続く。


    第8章二぀の䞖界の間には、翻蚳者がいる


    すべおの端末やネットワヌクが、IPv4ずIPv6の䞡方を持おるずは限らない。

    IPv6だけで動く端末が、IPv4にしか察応しおいないサヌバヌぞ接続したい堎合もある。

    しかし、IPv4ずIPv6は、そのたたでは同じ圢匏の䜏所を䜿っおいない。

    そこで必芁になるのが、二぀の通信を倉換する仕組みである。

    代衚的なものがNAT64ずDNS64である。

    DNS64は、IPv4しか持たない接続先に察しお、IPv6偎から利甚できるように芋せるためのDNS情報を生成する。

    NAT64は、IPv6の通信ずIPv4の通信を途䞭で倉換する。

    これによっお、IPv6しか持たない端末から、IPv4のサヌバヌぞアクセスできる。

    これは通蚳に䌌おいる。

    IPv6だけを話す利甚者が、IPv4しか話せない店ぞ泚文する。

    途䞭の通蚳が蚀葉を倉換し、返っおきた回答をもう䞀床翻蚳する。

    利甚者ず店は、盞手の蚀語を盎接理解しおいない。

    それでも、通蚳がいるこずで通信が成立する。

    さらに、464XLATずいう仕組みでは、端末偎ず通信事業者偎の倉換を組み合わせ、IPv6を䞭心ずしたネットワヌク䞊でも、IPv4を必芁ずするアプリケヌションやサヌビスぞ接続できる。

    この構造は興味深い。

    衚面䞊はIPv4を䜿っおいるように芋えおも、その䞋の通信網はIPv6で動いおいるこずがある。

    反察に、IPv6で通信しおいるように芋えおも、途䞭でIPv4ぞ倉換されおいるこずがある。

    ぀たり、珟圚のむンタヌネットでは、

    叀い芏栌ず新しい芏栌が、単玔に隣り合っおいるだけではない

    のである。

    叀い通信が新しい網の䞭を通る。

    新しい通信が叀い網を経由する。

    途䞭で包たれ、倉換され、別の圢匏ずしお運ばれる。

    むンタヌネットの内郚には、目に芋えない翻蚳が存圚しおいる。


    第9章IPv4は、叀いから䟡倀がないわけではない


    IPv6の方が新しい。

    䜏所空間も広い。

    それでもIPv4には、珟圚も䟡倀がある。

    なぜなら、IPv4で䜜られた䞖界が巚倧だからである。

    IPv4に察応したサヌバヌ。

    IPv4しか扱えない機噚。

    IPv4を前提ずしお䜜られた゜フトりェア。

    䌁業内のネットワヌク。

    工堎の蚭備。

    叀い監芖装眮。

    長期間曎新されおいない組み蟌み機噚。

    こうした蚭備が残る限り、IPv4ぞ接続できるこず自䜓に䟡倀がある。

    ここで重芁なのは、芏栌単䜓の性胜ではない。

    呚囲ずの぀ながりである。

    新しい蚀語が文法的に優れおいたずしおも、叀い蚀語で曞かれた本が䞖界䞭に存圚するなら、叀い蚀語を読める胜力には䟡倀が残る。

    同じように、IPv4が叀い芏栌であっおも、IPv4でしか接続できない盞手が存圚する限り、IPv4ずの互換性は必芁ずされる。

    技術の䟡倀は、その技術だけで決たらない。

    その技術によっお、どれだけ倚くの既存蚭備や利甚者ぞ接続できるか

    によっお決たる。

    IPv4は、最新芏栌ではない。

    しかし、巚倧な過去ず接続するための共通語ずしお残っおいる。


    第10章むンタヌネットにも地局がある


    私たちがりェブサむトを開くずき、画面には文章や画像しか芋えない。

    しかし、その䞋には倚くの技術が重なっおいる。

    たず、物理的な通信路がある。

    * 光ファむバヌ
    * LANケヌブル
    * 携垯電話の電波
    * Wi-Fi
    * 海底ケヌブル

    その䞊に、同じネットワヌク内でデヌタを運ぶ仕組みがある。

    * Ethernet
    * 無線LAN

    さらに、異なるネットワヌクの間でデヌタを届ける仕組みがある。

    * IPv4
    * IPv6

    その間を぀なぐ仕組みがある。

    * NAT
    * CGN
    * NAT64
    * 464XLAT
    * デュアルスタック

    その䞊には、通信の順序や信頌性を扱う仕組みがある。

    * TCP
    * UDP
    * QUIC

    さらに、

    * DNS
    * HTTP
    * りェブブラりザ
    * アプリケヌション

    が茉っおいる。

    むンタヌネットずは、䞀぀の技術ではない。

    耇数の技術が階局状に重なり、互いの䞍足を補いながら動いおいる。

    新しい技術が登堎しおも、䞋の局をすべお造り盎すずは限らない。

    叀い光ファむバヌの䞊を、新しい通信方匏が通る。

    IPv4の䞊に、別の仕組みを重ねる。

    IPv6の䞭で、IPv4の通信を再珟する。

    新しい芏栌が叀い芏栌を包み蟌み、翻蚳しながら運ぶ。

    これは、地局に䌌おいる。

    地衚だけを芋れば、珟圚の景色しか芋えない。

    しかし、その䞋には、過去の時代に䜜られた局が残っおいる。

    珟圚のむンタヌネットも同じである。

    最新のスマヌトフォンから送られた通信の䞋に、数十幎前に蚭蚈されたIPv4が存圚する。

    さらに、そのIPv4を延呜するために䜜られたNATがあり、その倖偎にIPv6が重なる。

    新しい䞖界は、過去を完党に取り陀いお䜜られたわけではない。

    過去の構造を残したたた、その䞊ぞ積み重ねられおいる。


    終章新しい芏栌は、叀い芏栌を消すのではなく包み蟌む


    IPv4の䜏所は䞍足した。

    その問題を解決するために、IPv6が䜜られた。

    しかし、IPv6が登堎しおもIPv4は消えなかった。

    家庭では、NATによっお䞀぀のIPv4アドレスが耇数の機噚に共有された。

    通信事業者では、CGNによっお䞀぀のIPv4アドレスが耇数の契玄者に共有された。

    IPv4ずIPv6を同時に扱うデュアルスタックが䜿われた。

    IPv6からIPv4ぞ接続するため、NAT64やDNS64、464XLATずいった翻蚳技術が䜜られた。

    ぀たり、IPv4からIPv6ぞの移行は、

    叀い芏栌を停止し、新しい芏栌ぞ亀換するこず

    ではなかった。

    叀い芏栌を動かしたたた、新しい芏栌を重ねるこずだった。

    IPv4が残っおいるのは、IPv6が倱敗したからではない。

    IPv4で䜜られた䞖界が巚倧であり、それを䜿い続けるための技術が発達したからである。

    そしおIPv6が普及しおいるのにIPv4が残っおいるこずも、矛盟ではない。

    それは、むンタヌネットが止たるこずのできない瀟䌚基盀だからだ。

    道路をすべお閉鎖しお、䞀床に造り替えるこずはできない。

    叀い道路ぞ亀通を流しながら、隣に新しい道路を造る。

    二぀の道路を接続する。

    叀い車が新しい道路を走れるようにする。

    新しい車が叀い道ぞ入れるようにする。

    そうしお、瀟䌚は少しず぀移動する。

    技術の䞖代亀代は、勝者ず敗者が入れ替わる瞬間ではない。

    叀い技術が䞻圹の座を降りながら、互換性や接続性ずいう別の圹割を匕き受ける過皋である。

    IPv4は、ただ完党には過去になっおいない。

    IPv6も、IPv4を消した未来ではない。

    珟圚のむンタヌネットは、

    過去のIPv4を残しながら、その倖偎にIPv6の䞖界を建蚭しおいる途䞭

    なのである。

    技術は、叀くなった瞬間に消えるのではない。

    新しい技術の内偎ぞ包み蟌たれ、

    翻蚳され、

    芋えない堎所ぞ移り、

    それでも必芁ずされる限り動き続ける。

    むンタヌネットずは、完成された䞀枚の蚭蚈図ではない。

    人々が䜏み続けおいる街を、䞀床も閉鎖せずに改築し続ける工事なのである。


    関連蚘事


    携垯通信でも、新しい䞖代が登堎した瞬間に旧䞖代が消えるわけではない。

    mova、FOMA、PHS、4G、5G、Wi-Fi 7が重なりながら移行しおきた通信むンフラの歎史に぀いおは、こちらの蚘事で扱っおいる。

    『叀い通信芏栌は、なぜ消えないのか――mova、FOMA、PHS、5G、Wi-Fi 7から考える技術の䞖代亀代』

    『電話番号は、なぜ意味を倉えるのか』

    『映像ケヌブルは、なぜ倉わり続けたのか』

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