IPv6について知っておくべきこと

1994年、インターネット技術特別調査委員会（IETF）は、インターネットプロトコルバージョン6（IPv6として知られる）の開発を開始しました。 1998年12月、最初のドラフトがIETFの標準になり、最終的に2017年7月14日にインターネット標準として承認されました。

IPv6が開発された主な理由は、IPv4アドレス枯渇の問題を克服することでした。この問題を念頭に置いて、IETFは一般的な意味でプロトコルも最適化しました。

IPv6の必要性と、IPv4の後継である理由を理解するには、IPv4について簡単に説明する必要があります。

IPv4

1983年にAdvancedResearchProjects Agency Networks（ARPANET）によって最初に導入されたIPv4は、後継のIPv6にもかかわらず、依然として最も使用されているルーティングプロトコルです。

IPv4に関するいくつかの事実は次のとおりです。

IPv4は32ビット（2）のアドレス空間を使用します。つまり、合計4,294,967,296の一意のIPアドレスをホストに割り当てることができます。
プライベートネットワーク（クラスA、B、およびC）用に予約されている特別なブロックがいくつかあり、約1,800万のアドレスがあり、2億7,000万がマルチキャストアドレス用に予約されています。
IPv4は、各オクテットがドットで区切られた10進表記で記述されます（つまり、1.2.3.4）。
IPv4ではインターネットプロトコルセキュリティ（IPSec）はオプションであり、フラグメント化された最小パケットサイズは576バイトです。
ネットワークアドレス変換（NAT）は、IPアドレスの枯渇をさらに制限するために使用されます。

IPv6

世界中でモノのインターネット（IoT）としても知られるインターネットデバイスの急速な成長に伴い、これらのデバイスがデータを交換するには、より多くのIPアドレスが必要になります。携帯電話、スマートウォッチ、冷蔵庫、洗濯機、スマートTV、およびIPアドレスを必要とするその他のアイテムについて考えてみてください。現在、これらのデバイスはすべてインターネットに接続されており、一意のIPアドレスで識別されます。このセクションでは、IPv6とその機能、およびIPv6がインターネットプロトコル標準になる理由に焦点を当てます。

詳細に入る前に、IPv6に組み込まれているいくつかの重要な機能があります。

IPv6は128ビット（2）アドレスを使用し、3.4x10の一意のIPアドレスを許可します。これは、340兆兆兆のIPアドレスに相当します。
IPv6は16進表記で記述され、コロンによって16ビットの8つのグループに分けられます。したがって、合計で（8 x 16 =128）ビットになります。 IPv6アドレス表現は次のようになります：

2001：db8：1234 ::f350：2256：f3dd / 64

IPv6は、ステートレスアドレス自動構成（SLAAC）またはDHCPv6を使用して手動で構成できます。
IPv6の最小パケットサイズは1280バイトで、固定の40バイトのベースヘッダーと1240バイトのペイロード（ユーザーデータ）で構成されています。
IPv6は、Linux、macOS、Solaris、（Free、Open、Net）BSD、Windowsなどの多くのオペレーティングシステムでサポートされています。

IPSecは、必須要件としてIPv6用に設計されていたことに注意してください。現在、IPv6でオプションで使用できます。 RFC 6434を参照してください。IPSecは、Authentication Headers（AH）とEncapsulating Security Payload（ESP）を使用して認証と暗号化を提供します。

IPv6アドレス

IPv6アドレスは、次のようにコロン記号（:)で区切られた16進表記で記述されます：

2001：0db8：1234：0000：0000：f350：2256：f3dd / 64

上記のアドレスは次のように書くこともできます：

2001：db8：1234 ::f350：2256：f3dd / 64

ここで、連続するゼロは削除され、二重コロン記号（::）に置き換えられます。アドレスが複数のすべてゼロのフィールドで構成されており、それらのゼロがIPのさまざまな部分で発生する場合、左端のゼロが圧縮されていることに注意することが重要です。

これを例で説明しましょう：

IPv6アドレスバリアント	IPv6アドレス表記
IPv6は完全に記述されています	2001：0db8：0000：0000：34f4：0000：0000：f3dd / 64
IPv6の簡略化	2001：db8 ::34f4：0000：0000：f3dd / 64
IPv6がさらに簡素化	2001：db8 ::34f4：0：0：f3dd / 64

ただし、IPアドレスを2001：db8 ::34f4 ::f3dd / 64と書くと、アドレスにダブルコロンを1回しか適用できないため、無効になります（左端のすべてゼロ）。

IPv6アドレスは、主に2つの64ビットセグメントで構成され、ビットの上位部分がネットワーク部分として分類され、下位64ビットがクライアントIDとして分類されます。ネットワーク部分は、グローバルユニキャストアドレス（GUA）とサブネットIDに細分されます。この情報は、次の図で簡略化できます。

IPv6には、IPv4のようなサブネットマスクの概念がないことに注意してください。むしろ、クラスレスドメイン間ルーティング（CIDR）表記が使用されます。例：

2001：581：f3d1：241f ::/ 64
2001：db8：1234 ::/ 48
2a01：1b0 ::/ 32
2000 ::/ 3

エンドユーザー/エンドサイトの観点からは、ネットワーク部分（またはネットワークID）はインターネットサービスプロバイダー（ISP）によって提供され、静的です。 ISPが/48プレフィックスを集約する場合、16ビットアドレスを使用して216（65535）サブネットを作成できます。各サブネットは、26418,446,744,073,709,551,616または1.844674407×10¹⁹IPアドレスをサポートできます。

IPv6の基本がわかったので、そこに存在するアドレスタイプを見てみましょう。

IPv6アドレスタイプ

IPv6エコシステムには、次のアドレスタイプが存在します。

ユニキャスト
マルチキャスト
エニーキャスト

ユニキャスト

ユニキャストアドレスタイプはおそらく最も重要なものです。これらのサブタイプアドレスによって区別されます：

グローバル一意アドレス： グローバルに到達可能。例：

2001：581：f3d1：241f ::/ 64

2a01：388：3d11：f124 ::/ 64

リンクローカルアドレス： すべてのIPv6対応インターフェースで必要ですが、パケットはインターフェースを出たり入ったりすることはできません。このアドレスは主にソフトウェアアプリケーションで使用され、次で始まります：

fe80 ::/ 10

サイトローカルアドレス： 非推奨。RFC3879を参照してください。
ループバックアドレス： これは、IPv4では127.0.0.1/8として認識されているアドレスであり、IPv6では次のように記述されています。

::1/128

一意のローカルアドレス： 組織の範囲内でのみルーティング可能。これらのアドレスはグローバルにルーティングできません。 IPv4に相当するプライベート範囲は、10.0.0.0/8、192.168.1.0/24などです。 IPv6の一意のローカルアドレスは次で始まります：

fc00 ::/ 7

マルチキャスト

マルチキャストは、1つの送信元（または複数の送信元）から複数の宛先（受信者）にパケットを送信するために使用される手法です。最も単純な形式では、マルチキャストフローは次のとおりです。最初に、ホストはICMPv6パケット（ホスト要請）をルーターのマルチキャストグループに送信します。次に、ルーターはこの要求に応答し、ルーターアドバタイズメント（RA）パケットを構成パラメーターとともにクライアントに送り返します。

マルチキャストアドレス範囲はff00::/8です。最初の8ビットは常にffです（バイナリ1111 1111）。

エニーキャスト

エニーキャストアドレスは、次の点を除いて、マルチキャストアドレスと同様に動作します。クライアントから送信されたパケットは、同じ宛先アドレスで識別されるグループ全体ではなく、選択された単一の宛先に送信されます。受信エンドポイントは、最も安価なルーティングメトリックに基づいて選択されます。ルーターは、等コストのマルチパスを使用してこれを行います。

結論

最終的には、私たち全員がIPv6を使用するようになります。このアドレス空間がどのように機能するか、および独自のネットワークにIPv6を実装する方法を理解するのが早ければ早いほどよいでしょう。