IPv4の定義：32ビットの「住所」

IPv4（Internet Protocol version 4）は、ネットワーク上の機器同士が通信するときに使うIPアドレスの方式です。IPv4アドレスは一般に「4つの数（0〜255）」で表され、内部的には32ビット（= 1ビット8ビット×4）で扱われます。これにより、どの宛先にデータを届けるかを識別できます。

仕組み：宛先を見て、経路に沿って届ける

IPv4の通信は、基本的に「送信元アドレス」と「宛先アドレス」を含むパケット（データのかたまり）を、経路（ルーティング）に従って届けることで成り立ちます。

  • 送信側は、宛先IPアドレスを見て、その宛先が自ネットワーク内か（直接届けられるか）を判断します。
  • 自ネットワーク外なら、次に送る相手（通常はデフォルトゲートウェイ）に向けてパケットを渡します。
  • 途中のルータは、宛先IPアドレスとルーティング情報を使って、次の転送先を決めます。

この一連の流れで重要なのは、「宛先IPアドレスが何を意味しているか（ネットワーク部・ホスト部の考え方）」と、「その宛先をどこに転送するかを決める仕組み（ルーティング）」です。

構成要素：ネットワーク部とホスト部の考え方

IPv4アドレスは、見た目上4つの数ですが、運用上は「どこまでがネットワークを表し、どこからが端末（ホスト）を表すか」を分けて扱います。この境目はサブネットマスク（またはCIDR表記）で定義されます。

  • サブネットマスクがあると、同じネットワーク内に見なす範囲を計算できます。
  • 同じネットワーク内なら直接通信を試み、違うならゲートウェイ経由になります。

ここを理解すると、「なぜ同じIPのように見えて通信できたりできなかったりするのか」を説明しやすくなります。

制限と例外：IPv4の弱点はどこにある？

アドレス枯渇という根本的な制約

IPv4では、利用できるアドレス総数に上限があります。そのため、インターネット全体でアドレスが不足しやすい状況になり、長期的にはIPv4単独の拡張が難しくなりました。これが「IPv4の制限」として最も大きなポイントです。

NATで「同じ公開IPを複数が共有」しやすい

アドレス不足への実務的な対処として、NAT（Network Address Translation）の考え方が広く使われます。NATでは、社内ネットワークの端末（プライベートIP）を、ルータ側で一つの（あるいは限られた）公開IPに変換して外へ出します。

その結果、外から見ると同じ公開IPが複数の端末の通信に使われることがあります。つまり「公開IPが同じ=同一端末」とは限らない点が重要です。

表示・表記の違いで混乱しやすい

IPv4は、表示形式が複数あります。たとえば、CIDR表記（例：/24）や、サブネットマスク（例：255.255.255.0）の表し方の違いです。これらを混同すると、自分のネットワーク範囲の理解がずれやすくなります。