IPv6とは何か？

IPv6を発見する準備IPv4に代わる次世代インターネット・プロトコル（IP）？この記事では、このプロトコルの内部と外部について説明します。IPv6の特徴、構造、パケット構成など、IPv6とは何かを学びます。

目次

1. IPv6とは何か？
2. IPv6とIPv4の主な違い
3. IPv6アドレス構造
4. IPv6アドレスの分解
5. IPv6アドレスの種類
6. IPv6パケットの構造と構成
7. IPv6アドレスの圧縮
8. IPv6 FAQ
9. まとめ

1.IPv6とは？

IPv6 RFC2460の更新版である。 インターネットプロトコル IPv4として知られている。IPv4のアドレス空間の制限に対処するため、90年代にIETFによって開発された。IPv6では128ビットのアドレスが使用され、使用可能なIPアドレスの数が大幅に拡張された。IPv6アドレスはIPv4アドレスよりもずっと長い。IPv4が32ビットであるのに対し、IPv6は128ビットである。このため、IPv6ではより多くのアドレスが利用できるようになります。 

インターネットが大きく成長し、IPv4アドレスが足りなくなったため、このアドレス拡張が必要になった。IPv6はIPv4と直接互換性はないが、移行を支援するメカニズムが用意されている(移住のメリットとテクニックを見る)

アドレス空間の拡大に加え、IPv6はルーティングの合理化、マルチキャスト機能の拡張、セキュリティとデバイス・コンフィギュレーションの規定も含んでいる。これらのアドレスは16進数4桁の8つのグループで記述され、便宜上省略することができる。例えば、このようなアドレスは「2607:f8b0:4005:0800:0000:0000:0000:200e」となり、これを省略すると「2607:f8b0:4005:800::200e」となる。

興味深い事実だ！ IPv6には128ビットのアドレス空間があり、理論的には340,000,000,000個（340の後に36個のゼロが続く）のユニークなIPアドレスを収容することができる。これは、地球上のすべての微生物にIPアドレスを割り当てても、まだ数倍の余裕があるほどだ！ IPv6への準備が整っているかどうかは、以下のサイトで確認できます。 無料IPv6テストツール.

2.IPv6とIPv4の比較（主な相違点）

IPv6は合計2^128のインタフェースを割り当てることができ、恒久的にアクティブなテクノロジーで無数のデバイスとユーザーの接続を可能にする。一方、IPv4は合計2^32のインターフェイスを割り当てることができる（予約アドレスを除く）。このようなアドレスは128ビットに及び、8つの16ビットブロックに分割され、IPv4がドット付き10進数表記を使用するのに対し、16進数表記を使用する。

また、IPv6はIPv4を他にもいくつかの面で改善している。IPv6ではアドレスが階層的に割り当てられるため、ルーティングがより効率的になり、アドレスの管理も容易になります。IPv6では、1つのノードが複数のインターフェイスをホストできることを認め、インターフェイスにアドレスを割り当てます。さらに、インターフェイスごとに複数のアドレスを割り当てることができます(DHCPv6).

IPv6にはIPsecのようなセキュリティ機能も組み込まれている。このプロトコルは機密性、認証、データの完全性を保証する。このようなセキュリティ強化はIPv4ではオプションだった。

全体として、IPv6はルーティング、ネットワークの自動設定、スケーラビリティに優れた設計となっている。IPv6は、インターネットの未来に向けた強固な基盤なのだ。このトピックについては 両プロトコルの違い.

3.アドレス構造。 

IPv6サブネットはIPv4と同様に機能するが、16進数IDを使う。このようなアドレスは通常、4桁の16進数をコロンで区切って8つのグループとして記述する。例えば

このフルアドレスは16オクテット（合計128ビット）で構成される。このアドレスは16進数で記述され、コロンで区切られた8つのグループに分けられる。各グループは16進数で4桁あり、16ビットまたは2オクテットを表します。 

このアドレスを分解してみよう： 

注意： この特定のアドレス（2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）は、文書化のためのものです。 

• 最初の48ビットはサイトプレフィックス（2001:0db8:85a3）です。この部分はあなたのパブリックネットワークを示し、通常はISPによって与えられます。
• 続く16ビットブロックはサブネットID（0000）である。この部分が内部ネットワークのレイアウトを示します。
• 最後の64ビットはインターフェースID（0000:8a2e:0370:7334）を形成する。この最後の部分は、MACアドレスから生成されるか、手動で設定される。インターフェースIDは、サブネットごとに一意であるか、自動生成されるか、手動で設定されます( RFC 3513 マニュアル設定の場合）。

興味深い事実だ！ IPv6対応デバイスは、IPv6のネイバーディスカバリープロトコルを使ってネットワークに接続すると同時に、自身のIPアドレスを生成することができる。この機能はステートレスアドレス自動設定（SLAAC）としても知られている。 

4.アドレスの種類

IPv6は、その前身であるIPv4と比較して、より複雑で多様なアドレス体系を導入している。IPv6はアドレスをいくつかのタイプに分類し、それぞれがネットワーク通信において明確な目的を果たす。これらのアドレスタイプを理解することは、IPv6がどのように効率的で柔軟なインターネット通信を促進するかを理解する上で極めて重要である。

• ユニキャスト： 1つのノードのインターフェースへのリンク。ユニキャストアドレスはIPv6アドレスの中で最も一般的なタイプである。ユニキャストアドレスは、2つの特定のデバイス間の直接通信を可能にします。ユニキャストアドレスには2種類あります： 
  • グローバル・ユニキャスト： インターネット上で一意である。例えば、グローバル・ユニキャスト・アドレス2001:db8:3c4d:15::/64には、パブリック・トポロジーとプライベート・トポロジーに加え、インターフェースIDが含まれる。
  • リンクローカル： fe80::/10のようなリンクローカルアドレスは、ローカルネットワーク内でのみ機能する（ネットワーク外では認識されない）。単一のネットワークセグメント内で通信します。リンクローカルアドレスは、すべてのインターフェースに自動的に設定されます。
• マルチキャスト： マルチキャストアドレスは1対多の通信を可能にする。 多くの場合、様々なノード上の複数のインターフェイスに接続し、すべてのグループメンバーにパケットを配信します。これに関して知っておくべきことはすべて IPv6マルチキャスト. 
• エニーキャスト エニーキャストは新しい機能です（IPv4では利用できません）。このタイプのアドレスは、複数のインターフェイス（通常は異なるノード上）に割り当てられます。エニーキャストアドレスに送られたパケットは、そのアドレスが割り当てられている（ルーティング距離の点で）最も近いインターフェースに配送されます。 

マルチキャストアドレスとエニーキャストアドレスの詳細については RFC 3306 、そして RFC 3307

興味深い事実だ！ IPv6は（IPv4のように）ブロードキャストアドレスを使用しません。その代わりに、複数の宛先への通信にマルチキャストとエニーキャストアドレスを使用する。これにより、ネットワークトラフィックが削減され、効率が向上します。

 住所の種類については、以下の総合ガイドをご覧ください。 IPv6アドレスの種類. 

5.IPv6パケットの構造と構成。

IPv6パケットは主にヘッダーとペイロードの2つの部分で構成される。 この構造は、インターネットやその他のIPベースのネットワーク上でデータをルーティングし、簡単に扱えるように設計されている。 IPv6アドレス構造の詳細については、以下を参照のこと。 RFC 2374.

次の図は、IPv6パケットの構造と構成を視覚的に表したものです。IPv6の40バイトのヘッダーは固定サイズで、ネットワーク機器によるシンプルで効率的な処理を可能にしている。ペイロードのサイズは様々ですが、宛先に向けた重要なデータを運びます。 

a.IPv6基本ヘッダー：

IPv6は40バイトの固定長ヘッダーを持ち、このヘッダーには配信に必要な必須情報のみが含まれている。 

• バージョン IPv6の場合、これは6に設定される。
• トラフィッククラス IPv4のToS（Type of Service）と同様に、QoS（Quality of Service）管理のためのフィールド。
• フロー・ラベル:これは、中間IPv6ルーターによる特別な処理を必要とするパケットのシーケンスにラベルを付ける。
• ペイロードの長さ： 拡張ヘッダーを含むペイロードのサイズをオクテット単位で指定する。
• 次のヘッダー ヘッダーの直後のヘッダーのタイプを識別し、パケットに含まれるデータの解釈を決定する。
• ホップリミット IPv4のTTL（Time to Live）フィールドに代わるもので、パケットが破棄されるまでに許容される最大ホップ数（ルーターや中間デバイス）を示す。
• ソースアドレス 送信元ノードの128ビットアドレス。
• 目的地の住所 目的の受信者ノードの128ビットアドレス。

b.IPv6ペイロード：

ペイロードはヘッダーの後にあり、実際のデータを含むパケットの部分である。ペイロードは最大65,535バイトだが、ジャンボペイロードオプションでさらに拡張できる。

• 拡張ヘッダー： ルーティング、フラグメンテーション、セキュリティ機能などの追加機能を提供するオプションのヘッダーは、標準ヘッダーとペイロードの間に置かれる。
• 上位レイヤーのデータパケット： これは、IPv6パケットが伝送するTCPやUDPセグメントのような、ネットワークスタックの上位レイヤーからカプセル化されたデータを指す。

興味深い事実だ！ IPv6ヘッダーはIPv4ヘッダーよりもシンプルである。この単純さが その ヘッダーをルーターが処理しやすくなった。これは、必須でないフィールドとオプションのフィールドが、ヘッダーの後に置かれる拡張ヘッダーに移動したからである。

6.IPv6アドレスの圧縮

IPv6 addresses are 128 bits long, which makes them pretty long and complicated. Plus, the 128-bit long addresses can make them difficult (for humans) to use and remember. To address this issue, the protocol includes methods for address compression. These methods simplify the representation of these addresses without changing their actual value or function. This compression is essential for ease of use, especially when manually configuring IPv6 addresses and for readability.

例えば、IPv6にはしばしばゼロで埋め尽くされたフィールドがある。2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2bが2001:0db8:3c4d:0015::1a2f:1a2bになるように、":: "を使って連続したゼロフィールド（16ビットのブロック）を表現して圧縮することができる。 なお、このゼロ圧縮方式は、曖昧さを避けるため、1つのアドレスで1回しか使用できません。

このようなアドレスを圧縮する第二の方法は、先頭のゼロを取り除くことである。各16ビットブロックでは、先頭のゼロを省くことができる。例えば、ブロック0008は8に簡略化できます。この方法はしばしばゼロ圧縮と併用される。

このトピックについては、以下を参照のこと。 IPv6圧縮ルール

7.IPv6 FAQ.

a.IPv6を無効にする方法は？ 

IPv6を無効にするには、通常、デバイスまたはオペレーティング・システム内のネットワーク設定を変更する必要があります。多くの場合、ネットワーク・プロパティでIPv6オプションのチェックを外すか、システム構成ファイルを変更します。以下の方法をご覧ください。 IPv6を無効にする すべてのプラットフォームとオペレーティング・システムで。 

b.IPv6アドレスは何ビットですか？

IPv6アドレスは128ビットで構成される。

c.なぜIPv6ではNATが不要なのか？ 

IPv6はNATを必要としないが、それはすべてのデバイスに一意のグローバルアドレスを与えるのに十分な大きさのアドレス空間を持つためである。つまり、IPv6では1つのパブリックIPv4アドレスを複数のデバイスで共有する必要がないのです。詳細はこちら なぜIPv6ではNATが不要なのか？

d.なぜ現在IPv4からIPv6への移行が進められているのですか？ 

IPv6への移行 これは主にIPv4アドレスの枯渇によるもので、インターネットに接続されたデバイスの増加に対応するにはIPv4アドレスが不足しているのだ。

e.アドレス解決にARPの代わりに使用される2種類のIPv6メッセージはどれか。 

IPv6では、アドレス解決にARPの代わりにNeighbor Discovery Protocol（NDP）を使用し、Neighbor SolicitationとNeighbor Advertisementという2種類のメッセージを使用する。

f.IPv6簡易ヘッダーがIPv4に対して提供する利点は何ですか?

IPv6簡易ヘッダーの利点の1つは、ルーターがチェックする必要のあるフィールドの数を最小限にすることで、パケット処理の効率を向上させることである。 パケットの高速ルーティング.

g.IPv6ルーティングプレフィックスはどのようにフォーマットされていますか？

IPv6はパケットルーティングにプレフィックスを使用し、2001:db8:3c4d::/48のように、プレフィックス/長さ（ビット）という形式をとります。2001:db8::/32のような特定のプレフィックスは、文書用に予約されています。

h.IPv4からの移行をサポートするためにIPv6はどのような機能を使っていますか？

IPv6はIPv4アドレスの埋め込みをサポートしており、パケットがIPv4ネットワーク上でトンネルできるようになっている。前者はまた、デュアルスタックのようなメカニズムを使用する、 テレドまた、ISATAP、6to4トンネリングは、IPv4からの移行を容易にし、両方のプロトコルが共存できるようにするものである。

i.IPv6対応デバイスにSSH接続するには？

IPv6対応デバイスにSSH接続するには、SSHクライアントコマンドの後に、"ssh username@[IPv6アドレス]"のように、ユーザー名とIPv6アドレスを指定する。ネットワークとデバイスの両方がIPv6をサポートしており、SSHサービスがIPv6アドレスをリッスンしていることを確認してください。以下の包括的なガイドを参照してください。 IPv6でのSSH

j.IPv4アドレスからIPv6への切り替えに時間がかかるのはなぜですか？ 

IPv4を中心に構築された巨大なインフラのため、IPv4から新しいプロトコルへの切り替えには時間がかかる。さらに、デバイスやネットワークとの互換性を確保するために、IPv6に対するニーズは依然として大きい。さらに、NATのような一時的なソリューションが存在するため、一部の組織では切り替えの緊急性が低下している。このトピックの詳細は なぜIPv4アドレスからIPv6への切り替えにこれほど時間がかかるのか？.

8.まとめ

IPv6は未来というだけでなく、私たちが世界中に接続する方法を変えるために、すでにここにあります。IPv6は事実上無制限のアドレス空間と、IPv4の制限を克服する強化された機能を持ち、インターネット通信の新たな標準を打ち立てます。 

私たちの詳細な洞察により、この変更に賛同し、利点を理解し、スムーズな移行に備えましょう。この記事がIPv6とは何かを理解する一助となれば幸いです。