IPv6とは何か

IPv6は「Internet Protocol Version 6」の略です。 IPv4と同じくネットワーク層で動作し、送信元アドレスと宛先アドレスを使ってパケットを転送します。

IPv4アドレスは32ビットですが、IPv6アドレスは128ビットです。 そのため、利用できるアドレス数が大幅に増えています。

IPv6が必要になった背景

インターネットへ接続する端末、スマートフォン、クラウド、IoT機器などが増え、 IPv4の約43億個というアドレス空間だけでは、世界中の需要を十分に満たしにくくなりました。

IPv4では、プライベートアドレスとNATを組み合わせてアドレスを節約しています。 IPv6は、より広いアドレス空間を利用し、ネットワークの拡張に対応するために設計されています。

IPv4とIPv6の主な違い

IPv6にはブロードキャストがない

IPv6では、IPv4のようなブロードキャストアドレスを使用しません。 特定の機能を持つ複数のノードへ通知するときは、マルチキャストを使用します。

たとえば、同一リンク上の全ノードを示す代表的なマルチキャストは ff02::1、全ルーターを示すものはff02::2です。

IPv6アドレスの表記方法

IPv6アドレスは128ビットです。16ビットずつ8つのグループに分け、 各グループを4桁の16進数で表し、コロンで区切ります。

省略ルール1：各グループ先頭の0を省略する

各グループの先頭に連続する0は省略できます。 ただし、グループ内の末尾にある0は省略できません。

省略ルール2：連続する0のグループを「::」に置き換える

0だけで構成されるグループが連続している場合、そのまとまりを ::で省略できます。

省略されたアドレスを元に戻す方法

2001:db8:10::25を、省略していない8グループへ戻してみます。

1. ::以外のグループ数を数える 2001、db8、10、25の4グループです。
2. 8グループになるまで0を補う 8－4＝4なので、::は4つの0000を表します。
3. 各グループを4桁にする db8は0db8、10は0010、25は0025です。

プレフィックス長の考え方

IPv6では、IPv4の255.255.255.0のような10進数のサブネットマスクではなく、 /64のようなプレフィックス長でネットワーク範囲を表します。

同じ/64かを判断する

なぜ/64をよく使うのか

一般的なIPv6のLANでは/64が標準的に使われます。 SLAACでアドレスを生成する場合も、通常は64ビットのプレフィックスと 64ビットのインターフェース識別部を組み合わせます。

IPv6アドレスの種類

IPv6では、アドレスの先頭部分を見ることで、おおまかな用途を判断できます。 実務で最初に覚えたい代表的なアドレスを確認します。

リンクローカルアドレスは必ず確認する

リンクローカルアドレスは、同一リンク内の通信、ルーター探索、NDP、 動的ルーティングプロトコルのネクストホップなどで利用されます。

ルーターのインターフェースへグローバルユニキャストアドレスを設定していても、 リンクローカルアドレスが併せて存在します。

Anycastは専用の見た目ではない

Anycastは、同じユニキャストアドレスを複数ノードへ設定し、 ルーティング上もっとも近いノードへパケットを届ける使い方です。 グローバルユニキャストやユニークローカルと見た目だけで区別できる専用プレフィックスではありません。

IPv6アドレスの設定方法

IPv6アドレスは、手動設定、SLAAC、DHCPv6などの方法で設定できます。 端末がどの情報をどこから受け取るのかを区別することが重要です。

SLAACの基本的な流れ

RAが持つ重要な役割

ルーターはRouter Advertisement（RA）を送信し、 端末へプレフィックス、デフォルトルーター、アドレス設定方法に関する情報を通知します。

DHCPv6を使用する構成でも、一般にデフォルトルーターの発見はRAで行います。 「DHCPv6を使えば、IPv4のDHCPと同じようにすべてが配布される」とは限りません。

NDPとICMPv6の役割

IPv6では、Neighbor Discovery Protocol（NDP）が近隣ノードやルーターを発見します。 NDPはICMPv6メッセージを使って動作します。

NS・NAはARPに似ている

同一リンク内の宛先へパケットを送るには、宛先IPv6アドレスに対応する Ethernet上のMACアドレスを把握する必要があります。

送信元はNeighbor Solicitation（NS）を送信し、対象ノードがNeighbor Advertisement（NA）で応答します。 この結果は近隣キャッシュへ保存されます。

DADでアドレス重複を確認する

IPv6アドレスを使用開始する前に、同一リンク上で同じアドレスが使われていないかを確認します。 この処理をDuplicate Address Detection（DAD）と呼びます。

IPv6通信の流れ

同一ネットワーク内へ通信する場合

PC-Aから同じ2001:db8:10:1::/64に所属するPC-Bへ通信する流れを確認します。

異なるネットワークへ通信する場合

宛先が別プレフィックスに所属する場合、端末はデフォルトルーターへパケットを送ります。 Ethernetフレームの宛先MACアドレスはルーターですが、IPv6ヘッダーの宛先アドレスは最終宛先のままです。

Cisco IOSのIPv6設定例

次の構成を想定し、ルーターの2つのインターフェースへIPv6アドレスを設定します。

IPv6ルーティングを有効化する

R1# configure terminal
R1(config)# ipv6 unicast-routing

ipv6 unicast-routingは、ルーターがIPv6パケットをインターフェース間で転送し、 RAを送信するための基本設定です。

インターフェースへIPv6アドレスを設定する

R1(config)# interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)# description PC-LAN
R1(config-if)# ipv6 address 2001:DB8:10:1::1/64
R1(config-if)# no shutdown
R1(config-if)# exit

R1(config)# interface GigabitEthernet0/1
R1(config-if)# description SERVER-LAN
R1(config-if)# ipv6 address 2001:DB8:20:1::1/64
R1(config-if)# no shutdown
R1(config-if)# end

グローバルユニキャストアドレスを設定すると、通常はインターフェースにリンクローカルアドレスも生成されます。 必要に応じてipv6 address fe80::1 link-localのように手動設定することもあります。

設定と状態を確認する

R1# show ipv6 interface brief
GigabitEthernet0/0     [up/up]
    FE80::A8BB:CCFF:FE00:100
    2001:DB8:10:1::1
GigabitEthernet0/1     [up/up]
    FE80::A8BB:CCFF:FE00:101
    2001:DB8:20:1::1

R1# show ipv6 route
IPv6 Routing Table - default - 5 entries
C   2001:DB8:10:1::/64 [0/0]
     via GigabitEthernet0/0, directly connected
L   2001:DB8:10:1::1/128 [0/0]
     via GigabitEthernet0/0, receive
C   2001:DB8:20:1::/64 [0/0]
     via GigabitEthernet0/1, directly connected
L   2001:DB8:20:1::1/128 [0/0]
     via GigabitEthernet0/1, receive

Cは直接接続ネットワーク、Lはルーター自身のインターフェースアドレスを示します。

近隣キャッシュを確認する

R1# show ipv6 neighbors
IPv6 Address                              Age Link-layer Addr State Interface
2001:DB8:10:1::10                           3  0011.2233.4455 REACH Gi0/0
FE80::211:22FF:FE33:4455                    3  0011.2233.4455 REACH Gi0/0

show ipv6 neighborsでは、IPv6アドレス、MACアドレス、近隣状態、 学習したインターフェースを確認できます。IPv4のARPテーブルに近い確認項目です。

疎通を確認する

R1# ping ipv6 2001:DB8:20:1::20
R1# traceroute ipv6 2001:DB8:20:1::20

Windows・Linuxの確認コマンド

ipconfig /all
ping -6 2001:db8:10:1::1
tracert -6 2001:db8:20:1::20
netsh interface ipv6 show addresses
netsh interface ipv6 show route
netsh interface ipv6 show neighbors

Get-NetIPAddress -AddressFamily IPv6
Get-NetRoute -AddressFamily IPv6
Get-NetNeighbor -AddressFamily IPv6
Test-NetConnection -ComputerName example.com

ip -6 address show
ip -6 route show
ip -6 neigh show
ping -6 2001:db8:10:1::1
traceroute -6 2001:db8:20:1::20

# Windows
nslookup -type=AAAA example.com

# Linux
host -t AAAA example.com
dig AAAA example.com

端末で確認する情報

IPv6障害の切り分け

IPv6通信ができないときは、IPv4と同様に下位層から確認します。 ただし、IPv6ではRA、NDP、ICMPv6、複数アドレスの存在を意識する必要があります。

1. 物理・データリンク層を確認する インターフェースがupか、VLANやトランク設定が正しいかを確認します。
2. IPv6アドレスとプレフィックス長を確認する 想定した/64に所属しているか、誤ったプレフィックスを設定していないかを確認します。
3. リンクローカルアドレスを確認する 端末・ルーター双方にリンクローカルアドレスが存在するか確認します。
4. デフォルトルートとRAを確認する 端末に::/0が存在するか、ルーターがRAを送信できているか確認します。
5. 近隣キャッシュを確認する NS・NAの交換が成功し、宛先またはデフォルトルーターのMACアドレスを学習できているか確認します。
6. ルーターのIPv6ルーティングテーブルを確認する 宛先プレフィックスへの経路と戻り経路が存在するか確認します。
7. ACL・ファイアウォール・ICMPv6制御を確認する 必要なICMPv6や業務通信を誤って遮断していないか確認します。
8. DNSのAAAAレコードを確認する IPv6アドレスへ直接pingできるが名前で接続できない場合は、DNSを切り分けます。

症状から確認場所を絞る

IPv6に関するよくある勘違い

自分の言葉で説明する課題