IPv4アドレス枯渇はなぜ起きたのか、どう乗り切ったのか

1980年代には無限に思えた32ビットのアドレス空間で作られたインターネット。実際にどう枯渇し、何がそれを支えてきたのかを見ていきます。

IPv4アドレスは実際いくつあるのか

IPv4は32ビットでアドレスを表現するため、理論上作れるのは約43億個(2の32乗)のアドレスに限られます。インターネット黎明期には十分に思えましたが、世界の人口と機器数を考えるととても足りない数です。

なぜアドレスが不足したのか

スマートフォン、IoT機器、PCなどインターネットに接続する機器が爆発的に増えたことに加え、インターネット黎明期に一部の組織に必要以上に余裕を持ってアドレスブロックが割り当てられていたことも、枯渇を早めた原因の一つです。

実際にいつ枯渇したのか

アドレスを統括管理するIANAの予備分は2011年に使い果たされ、その後は各地域のインターネットレジストリ(APNIC、RIPE NCCなど)の残り在庫も順次底をつきました。現在では新規のIPv4アドレスブロックを入手すること自体がほぼ不可能になっています。

解決策1: CIDR(クラスレスアドレッシング)

従来のA・B・Cクラスのように決まったサイズでしかアドレスを割り当てられなかった方式の代わりに、必要な分だけ柔軟に切り出して割り当てるCIDR方式を導入し、アドレスの無駄を大幅に減らしました。

解決策2: NAT(プライベートIP共有)

家庭や会社の内部ではプライベートIPアドレスを使い、ルーターのNAT機能が一つのグローバルIPアドレスで複数の機器のインターネット接続を代わりに処理することで、グローバルIPの使用量自体を減らしました。

解決策3: CGNAT(通信事業者単位のNAT)

家庭用ルーターのNATだけでは足りなくなり、通信事業者が複数の契約者を一つのグローバルIPにまとめるCGNATまで登場しました。ただしこれによってポートフォワーディングができなくなるという副作用も生じます。

根本的な解決策: IPv6

128ビットのアドレス体系を使うIPv6は、事実上無限に近いアドレスを提供し、枯渇問題を根本的に解決します。ただし既存のIPv4機器・サービスとの互換性のため、両方の体系を併用する長い移行期間が続いています。

IPv4アドレスの取引市場

新規割り当てがほぼ不可能になったことで、余っているIPv4アドレスブロックを他の組織に有償で譲渡する取引市場が活発になり、アドレス一つひとつに価格がつき、売買される状況にまでなっています。

これほど早く来るとは誰も予想しなかった不足

IPv4が設計された数十年前、43億個のアドレスは事実上無限に見えました。インターネットの爆発的な成長、そして後のスマートフォンや接続機器の急増が、その数字を想定よりはるかに早く現実的な制約に変え、CIDRからIPv6に至るあらゆる対策のきっかけとなりました。

一つの解決策ではなく、対策の積み重ね

インターネットを動かし続けてきたのは単一の解決策ではなく、無駄を減らすCIDR、家庭内で使えるアドレスを増やすNAT、それをさらに通信事業者レベルで拡張するCGNATという、段階的な対策の積み重ねでした。それによって、IPv6が実質的な長期的解決策として徐々に主流になるまでの時間を稼いできたのです。

よくある質問

IPv4が枯渇したのに、なぜインターネットは今も普通に使えているのですか?

NATやCGNATといった技術によって、はるかに少ない数のグローバルIPv4アドレスを多くの機器で共有できるようになり、多くのネットワークが現在IPv4とIPv6を並行して運用しているため、一般ユーザーからは不足がほとんど見えなくなっています。

CGNATがリモートカメラへのアクセスやオンラインゲームを妨げることがあるのはなぜですか?

CGNATは複数の契約者を一つの共有グローバルIPの背後にまとめるため、個々の契約者が着信接続を直接受け取るためのポートフォワーディングを設定できないことが一般的です。これはホームカメラへのリモートアクセスやゲームサーバーの公開でよく必要とされる設定です。