IPv6-クイックガイド
インターネットプロトコルバージョン6は、インターネットバージョン2として知られる将来のインターネットのあらゆる要件を組み込むように設計された新しいアドレス指定プロトコルです。このプロトコルは、その前身のIPv4として、ネットワーク層（レイヤー3）で機能します。膨大な量の論理アドレス空間を提供することに加えて、このプロトコルには、今日のIPv4の欠点に対処する十分な機能があります。
なぜ新しいIPバージョンなのですか？
これまでのところ、IPv4は、堅牢なルーティング可能なアドレス指定プロトコルとしての地位を証明しており、そのベストエフォート配信メカニズムで何十年にもわたって人間にサービスを提供してきました。80年代初頭に設計され、その後大きな変更はありませんでした。誕生当時、インターネットは研究のために少数の大学と国防総省に限定されていました。IPv4は32ビット長で、約4,294,967,296（2 32）アドレスを提供します。このアドレス空間は、当時は十分すぎると考えられていました。以下に、IPv6の誕生に重要な役割を果たした主なポイントを示します。
インターネットは指数関数的に成長し、IPv4で許可されているアドレス空間は飽和状態になっています。予想外の成長が予想される将来のインターネットアドレスのニーズを満たすことができるプロトコルの要件があります。
NATなどの機能を使用すると、インターネットが不連続になります。つまり、イントラネットに属する一部は、主にプライベートIPアドレスを使用します。これは、パブリックIPアドレス上にある他の部分であるインターネットに到達するためにいくつかのメカニズムを通過する必要があります。
IPv4自体は、パブリックドメインであるインターネット上のデータは決して安全ではないため、脆弱なセキュリティ機能を提供しません。データは、インターネットに送信する前に、他のセキュリティアプリケーションで暗号化する必要があります。
IPv4でのデータの優先順位付けは最新ではありません。IPv4には、サービスの種類またはサービスの品質のために予約されているビットがいくつかありますが、それらは多くの機能を提供しません。
IPv4対応のクライアントは手動で構成することも、アドレス構成メカニズムが必要な場合もあります。グローバルに一意のIPアドレスを持つようにデバイスを構成できる手法はありません。
なぜIPv5ではないのですか？
現在まで、インターネットプロトコルはIPv4のみであると認識されています。プロトコル自体が開発および実験プロセスにある間、バージョン0から3が使用されました。したがって、プロトコルを本番環境に移行する前に、多くのバックグラウンドアクティビティがアクティブなままであると想定できます。同様に、インターネット用のストリームプロトコルを実験する際に、プロトコルバージョン5が使用されました。これは、インターネットプロトコル番号5を使用してデータグラムをカプセル化したインターネットストリームプロトコルとして知られています。公開されることはありませんでしたが、すでに使用されています。
IPバージョンとその使用法の表を次に示します。
簡単な歴史
80年代初頭のIPv4の開発後、アドレスの需要がインターネットで指数関数的に増加するにつれて、利用可能なIPv4アドレスプールは急速に縮小し始めました。IETFで発生する可能性のある状況を事前に認識し、1994年に、IPv4に代わるアドレス指定プロトコルの開発を開始しました。IPv6の進行状況は、公開されているRFCを使用して追跡できます。
1998 – RFC 2460 –基本プロトコル
2003 – RFC 2553 –基本的なソケットAPI
2003 – RFC 3315 – DHCPv6
2004 – RFC 3775 –モバイルIPv6
2004 – RFC 3697 –フローラベル仕様
2006 – RFC 4291 –アドレスアーキテクチャ（改訂）
2006 – RFC 4294 –ノード要件
2012年6月6日、一部のインターネット大手はサーバーをIPv6に配置することを選択しました。現在、彼らはデュアルスタックメカニズムを使用して、IPv4と並列にIPv6を実装しています。
IPv4の後継は、下位互換性があるようには設計されていません。IPアドレッシングの基本機能を維持しようとして、IPv6は完全に再設計されています。次の機能を提供します。
Larger Address Space:
IPv4とは対照的に、IPv6はインターネット上のデバイスをアドレス指定するために4倍以上のビットを使用します。これだけの余分なビットは、約3.4× 1038の異なるアドレスの組み合わせを提供できます。このアドレスは、この世界のほとんどすべてのアドレス割り当ての積極的な要件を蓄積する可能性があります。推定によると、この地球の1平方メートルごとに1564個のアドレスを割り当てることができます。
Simplified Header:
IPv6のヘッダーは、すべての不要な情報とオプション（IPv4ヘッダーに存在する）をIPv6ヘッダーの末尾に移動することで簡略化されています。IPv6アドレスが4倍長いという事実を条件として、IPv6ヘッダーはIPv4の2倍しかありません。
End-to-end Connectivity:
現在、すべてのシステムに一意のIPアドレスがあり、NATやその他の変換コンポーネントを使用せずにインターネットを通過できます。IPv6が完全に実装された後、すべてのホストはインターネット上の他のホストに直接到達できますが、ファイアウォール、組織のポリシーなどのいくつかの制限があります。
Auto-configuration:
IPv6は、ホストデバイスのステートフル自動構成モードとステートレス自動構成モードの両方をサポートします。このように、DHCPサーバーがなくても、セグメント間の通信が停止することはありません。
Faster Forwarding/Routing:
簡略化されたヘッダーは、不要な情報をすべてヘッダーの最後に配置します。ヘッダーの最初の部分にあるすべての情報は、ルーターがルーティングを決定するのに十分であるため、必須のヘッダーを確認するのと同じくらい迅速にルーティングを決定できます。
IPSec:
当初、IPv6にはIPSecセキュリティが必要であり、IPv4よりも安全であることが決定されました。この機能はオプションになりました。
No Broadcast:
イーサネット/トークンリングはブロードキャストをサポートしているため、ブロードキャストネットワークと見なされますが、IPv6にはブロードキャストサポートが残っていません。マルチキャストを使用して複数のホストと通信します。
Anycast Support:
これはIPv6のもう1つの特徴です。IPv6は、パケットルーティングのエニーキャストモードを導入しました。このモードでは、インターネット上の複数のインターフェイスに同じエニーキャストIPアドレスが割り当てられます。ルーターは、ルーティング中に、パケットを最も近い宛先に送信します。
Mobility:
IPv6は、モビリティ機能を念頭に置いて設計されました。この機能により、ホスト（携帯電話など）は異なる地理的領域をローミングし、同じIPアドレスで接続されたままになります。IPv6モビリティ機能は、自動IP構成と拡張ヘッダーを利用します。
Enhanced Priority support:
IPv4が6ビットのDSCP（差動サービスコードポイント）と2ビットのECN（明示的輻輳通知）を使用してサービス品質を提供したが、エンドツーエンドデバイスがそれをサポートしている場合、つまり送信元と宛先でのみ使用できた場合デバイスと基盤となるネットワークはそれをサポートする必要があります。
IPv6では、トラフィッククラスとフローラベルを使用して、基になるルーターにパケットを効率的に処理してルーティングする方法を指示します。
Smooth Transition:
IPv6のラージIPアドレススキームにより、グローバルに一意のIPアドレスを持つデバイスを割り当てることができます。これにより、NATなどのIPアドレスを保存するメカニズムが不要になります。そのため、デバイスは相互にデータを送受信できます。たとえば、VoIPやストリーミングメディアを非常に効率的に使用できます。
その他の事実として、ヘッダーの負荷が少ないため、ルーターは転送を決定し、到着するとすぐに転送できます。
Extensibility:
IPv6ヘッダーの主な利点の1つは、オプション部分にさらに情報を追加できることです。IPv4はオプションに40バイトしか提供しませんが、IPv6のオプションはIPv6パケット自体のサイズと同じくらいになる可能性があります。
コンピュータネットワークでは、アドレッシングモードとは、ネットワーク上のホストをアドレス指定するメカニズムを指します。IPv6は、単一のホストをアドレス指定できる、複数のホストを一度にアドレス指定できる、または最も近い距離にあるホストをアドレス指定できる、いくつかのタイプのモードを提供します。
ユニキャスト
ユニキャストアドレス指定モードでは、IPv6インターフェイス（ホスト）はネットワークセグメントで一意に識別されます。IPv6パケットには、送信元IPアドレスと宛先IPアドレスの両方が含まれています。ホストインターフェイスには、そのネットワークセグメントで一意のIPアドレスが装備されています。ネットワークスイッチまたはルーターは、単一のホスト宛てのユニキャストIPパケットを受信すると、その特定のホストに接続する発信インターフェイスの1つに送信します。
マルチキャスト
IPv6マルチキャストモードはIPv4と同じです。複数のホスト宛てのパケットは、特別なマルチキャストアドレスで送信されます。そのマルチキャスト情報に関心のあるすべてのホストは、最初にそのマルチキャストグループに参加する必要があります。グループに参加しているすべてのインターフェイスはマルチキャストパケットを受信して処理しますが、マルチキャストパケットに関心のない他のホストはマルチキャスト情報を無視します。
エニーキャスト
IPv6では、エニーキャストアドレッシングと呼ばれる新しいタイプのアドレッシングが導入されました。このアドレッシングモードでは、複数のインターフェイス（ホスト）に同じエニーキャストIPアドレスが割り当てられます。ホストがエニーキャストIPアドレスを備えたホストと通信したい場合、ユニキャストメッセージを送信します。複雑なルーティングメカニズムの助けを借りて、そのユニキャストメッセージは、ルーティングコストの観点から、送信者に最も近いホストに配信されます。
すべての大陸にあるTutorialPoints.comWebサーバーの例を見てみましょう。すべてのWebサーバーに単一のIPv6エニーキャストIPアドレスが割り当てられていると想定します。これで、ヨーロッパのユーザーがTutorialsPoint.comにアクセスしたい場合、DNSはヨーロッパ自体に物理的に配置されているサーバーを指します。インドのユーザーがTutorialspoint.comにアクセスしようとすると、DNSは物理的にアジアにあるWebサーバーのみを指します。ルーティングコストの観点から、最も近いまたは最も近い用語が使用されます。
上の図では、クライアントコンピューターがサーバーに到達しようとすると、要求はルーティングコストが最も低いサーバーに転送されます。
16進数システム
IPv6アドレス形式を導入する前に、16進数システムについて説明します。16進数は、16の基数（基数）を使用する位置記数法です。読み取り可能な形式で値を表すために、このシステムは0〜9の記号を使用して0〜9の値を表し、AF記号を使用して10〜15の値を表します。16進数のすべての桁は、0から15までの値を表すことができます。
アドレス構造
IPv6アドレスは、128ビットを8つの16ビットブロックに分割して構成されます。次に、各ブロックは、コロン記号で区切られた4桁の16進数に変換されます。
たとえば、以下はバイナリ形式で表され、8つの16ビットブロックに分割された128ビットのIPv6アドレスです。
0010000000000001 0000000000000000 0011001000110100 1101111111100001 0000000001100011 0000000000000000 0000000000000000 1111111011111011
次に、各ブロックは16進数に変換され、「：」記号で区切られます。
2001：0000：3238：DFE1：0063：0000：0000：FEFB
16進形式に変換した後でも、IPv6アドレスは長いままです。IPv6には、アドレスを短縮するためのいくつかのルールがあります。これらのルールは次のとおりです。
Rule:1 先行ゼロを破棄します：
ブロック5、0063では、（5番目のブロック）のように、先頭の2つの0を省略できます。
2001：0000：3238：DFE1：63：0000：0000：FEFB
Rule:2 2つ以上のブロックに連続するゼロが含まれている場合は、それらをすべて省略し、（6番目と7番目のブロック）のように二重コロン記号::に置き換えます。
2001：0000：3238：DFE1：63 :: FEFB
連続するゼロのブロックは、::で1回だけ置き換えることができるため、アドレスにまだゼロのブロックがある場合は、（2番目のブロック）のように単一のゼロに縮小できます。
2001：0：3238：DFE1：63 :: FEFB
インターフェイスID
IPv6には、3つの異なるタイプのユニキャストアドレススキームがあります。アドレスの後半（最後の64ビット）は常にインターフェイスIDに使用されます。システムのMACアドレスは48ビットで構成され、16進数で表されます。MACアドレスは、世界中で一意に割り当てられていると見なされます。インターフェイスIDは、このMACアドレスの一意性を利用します。ホストは、IEEEのExtended Unique Identifier（EUI-64）形式を使用して、インターフェイスIDを自動構成できます。まず、ホストは自身のMACアドレスを2つの24ビットの半分に分割します。次に、16ビットの16進値0xFFFEがMACアドレスの2つの半分に挟まれ、64ビットのインターフェイスIDになります。
グローバルユニキャストアドレス
このアドレスタイプは、IPv4のパブリックアドレスと同等です。IPv6のグローバルユニキャストアドレスは、グローバルに識別可能で、一意にアドレス指定できます。
グローバルルーティングプレフィックス：最上位の48ビットは、特定の自律システムに割り当てられるグローバルルーティングプレフィックスとして指定されます。グローバルルーティングプレフィックスの最上位3ビットは常に001に設定されます。
リンクローカルアドレス
自動構成されたIPv6アドレスは、リンクローカルアドレスと呼ばれます。このアドレスは常にFE80で始まります。リンクローカルアドレスの最初の16ビットは常に11111110 1000 0000（FE80）に設定されます。次の48ビットは0に設定されます。したがって、次のようになります。
リンクローカルアドレスは、リンク（ブロードキャストセグメント）上のIPv6ホスト間の通信にのみ使用されます。これらのアドレスはルーティングできないため、ルーターがこれらのアドレスをリンクの外部に転送することはありません。
一意のローカルアドレス
このタイプのIPv6アドレスは、グローバルに一意ですが、ローカル通信で使用する必要があります。このアドレスにはインターフェイスIDの後半があり、前半はプレフィックス、ローカルビット、グローバルID、およびサブネットIDに分割されます。
プレフィックスは常に1111110に設定されます。Lビット。アドレスがローカルに割り当てられている場合は1に設定されます。これまでのところ、0へのLビットの意味は定義されていません。したがって、一意のローカルIPv6アドレスは常に「FD」で始まります。
IPv6ユニキャストアドレスの範囲：
リンクローカルアドレスの範囲はセグメントに限定されています。一意のローカルアドレスはローカルではグローバルですが、インターネット経由ではルーティングされないため、その範囲は組織の境界に限定されます。グローバルユニキャストアドレスはグローバルに一意であり、認識可能です。彼らはインターネットv2アドレッシングの本質を作ります。
バージョン6は、IPv4よりもIPアドレスの構造が少し複雑です。IPv6は、特別な目的のためにいくつかのアドレスとアドレス表記を予約しています。以下の表を参照してください。
特別なアドレス：
上記の表に示されているように、0：0：0：0：0：0：0：0/128アドレスは何も指定せず、未指定のアドレスと呼ばれます。単純化した後、すべての0は:: / 128に圧縮されます。
IPv4では、アドレス0.0.0.0とネットマスク0.0.0.0がデフォルトルートを表します。同じ概念がIPv6にも当てはまり、アドレス0：0：0：0：0：0：0：0：ネットマスクはすべて0でデフォルトルートを表します。IPv6単純化ルールを適用した後、このアドレスは:: / 0に圧縮されます。
IPv4のループバックアドレスは、127.0.0.1〜127.255.255.255シリーズで表されます。ただし、IPv6では、0：0：0：0：0：0：0：1/128アドレスのみがループバックアドレスを表します。ループバックアドレスを単純化すると、:: 1/128として表すことができます。
ルーティングプロトコル用に予約されたマルチキャストアドレス：
上記の表は、内部ルーティングプロトコルで使用される予約済みマルチキャストアドレスを示しています。
すべてのアドレスは同様のIPv4方式で予約されています
ルーター/ノード用に予約されたマルチキャストアドレス：
これらのアドレスは、ルーターとホストがIPv6アドレスで構成されていなくても、セグメント上の使用可能なルーターとホストと通信するのに役立ちます。ホストはEUI-64ベースの自動構成を使用してIPv6アドレスを自己構成し、これらのアドレスを使用してセグメント上の使用可能なホスト/ルーターと通信します。
IPv6の不思議は、そのヘッダーにあります。IPv6アドレスはIPv4の4倍ですが、IPv6ヘッダーはIPv4の2倍しかありません。IPv6ヘッダーには、1つの固定ヘッダーと0個以上のオプション（拡張）ヘッダーがあります。ルーターに不可欠なすべての必要な情報は、固定ヘッダーに保持されます。拡張ヘッダーには、ルーターがパケット/フローの処理方法を理解するのに役立つオプションの情報が含まれています。
固定ヘッダー
IPv6固定ヘッダーの長さは40バイトで、次の情報が含まれています。
| SN | フィールドと説明 |
|---|---|
| 1 | Version （4ビット）：これはインターネットプロトコルのバージョン、つまり0110を表します。 |
| 2 | Traffic Class（8ビット）：これらの8ビットは2つの部分に分けられます。最上位の6ビットはサービスの種類に使用され、このパケットにどのサービスを提供するかをルーターに指示します。最下位2ビットは、明示的輻輳通知（ECN）に使用されます。 |
| 3 | Flow Label（20ビット）：このラベルは、通信に属するパケットのシーケンシャルフローを維持するために使用されます。ソースは、このパケットが特定の情報フローに属していることをルーターが識別するのに役立つシーケンスにラベルを付けます。このフィールドは、データパケットの並べ替えを回避するのに役立ちます。ストリーミング/リアルタイムメディア用に設計されています。 |
| 4 | Payload Length（16ビット）：このフィールドは、このパケットがペイロードに含む情報の量をルーターに通知するために使用されます。ペイロードは、拡張ヘッダーと上位層のデータで構成されます。16ビットの場合、最大65535バイトを示すことができますが、拡張ヘッダーにホップバイホップ拡張ヘッダーが含まれている場合、ペイロードが65535バイトを超える可能性があり、このフィールドは0に設定されます。 |
| 5 | Next Header（8ビット）：このフィールドは、拡張ヘッダーのタイプを示すために使用されます。拡張ヘッダーが存在しない場合は、上位層PDUを示します。上位層PDUのタイプの値はIPv4と同じです。 |
| 6 | Hop Limit（8ビット）：このフィールドは、ネットワーク内で無限にループするパケットを停止するために使用されます。これは、IPv4のTTLと同じです。ホップ制限フィールドの値は、リンク（ルーター/ホップ）を通過するときに1ずつ減少します。フィールドが0に達すると、パケットは破棄されます。 |
| 7 | Source Address （128ビット）：このフィールドは、パケットの発信者のアドレスを示します。 |
| 8 | Destination Address （128ビット）：このフィールドは、パケットの目的の受信者のアドレスを提供します。 |
拡張ヘッダー
IPv6では、固定ヘッダーには必要な情報のみが含まれ、不要またはほとんど使用されない情報は回避されます。このような情報はすべて、拡張ヘッダーの形式で固定ヘッダーと上位層ヘッダーの間に配置されます。各拡張ヘッダーは、個別の値で識別されます。
拡張ヘッダーを使用する場合、IPv6固定ヘッダーの[次のヘッダー]フィールドは最初の拡張ヘッダーを指します。拡張ヘッダーがもう1つある場合は、最初の拡張ヘッダーの「次のヘッダー」フィールドが2番目のフィールドを指し、以下同様に続きます。最後の拡張ヘッダーの「次のヘッダー」フィールドは、上位レイヤーヘッダーを指します。したがって、リンクリスト方式でポイントから次のヘッダーへのすべてのヘッダー。
[次のヘッダー]フィールドに値59が含まれている場合は、このヘッダーの後にヘッダーがなく、上位レイヤーヘッダーもないことを示しています。
RFC 2460に従って、次の拡張ヘッダーをサポートする必要があります。
拡張ヘッダーのシーケンスは次のようになります。
これらのヘッダー：
1.最初以降の宛先で処理する必要があります。
2.最終宛先で処理する必要があります。
次の図に示すように、拡張ヘッダーはリンクリスト方式で次々に配置されます。
IPv4では、ネットワーク上の他のホストと通信するホストは、最初にDHCPまたは手動構成のいずれかによって取得されたIPアドレスを持っている必要があります。ホストに有効なIPアドレスが割り当てられるとすぐに、サブネット上の任意のホストと通信できるようになります。レイヤー3で通信するには、ホストは他のホストのIPアドレスも知っている必要があります。リンク上の通信は、ハードウェアに埋め込まれたMACアドレスによって確立されます。IPアドレスがわかっているホストのMACアドレスを知るために、ホストはARPブロードキャストを送信し、元に戻すと、目的のホストはそのMACアドレスを送り返します。
IPv6には、ブロードキャストメカニズムはありません。IPv6対応のホストがDHCPからIPアドレスを取得したり、手動で構成したりする必要はありませんが、独自のIPを自動構成することはできます。次に、ホストはIPv6対応ネットワーク上で他のホストとどのように通信しますか？
ARPは、ICMPv6近隣探索プロトコルに置き換えられました。
近隣探索プロトコル
IPv6ネットワークのホストは、一意のリンクローカルアドレスを使用して自身を自動構成できます。IPv6アドレスが装備されるとすぐに、多数のマルチキャストグループに参加します。そのセグメントに関連するすべての通信は、それらのマルチキャストアドレスでのみ発生します。ホストはIPv6で一連の状態を通過します。
Neighbor Solicitation：すべてのIPv6を手動で、DHCPサーバーによって、または自動構成によって構成した後、ホストは、他の誰も同じを占有していないことを知るために、すべてのIPv6アドレスのFF02 :: 1/16マルチキャストアドレスに近隣要請メッセージを送信しますアドレス。
DAD (Duplicate Address Detection)：ホストは、近隣要請メッセージに関してセグメントから何もリッスンしない場合、セグメントに重複アドレスが存在しないと見なします。
Neighbor Advertisement：アドレスをインターフェイスに割り当てて構成し、実行した後、ホストは、セグメント上の他のすべてのホストに、それらのIPv6アドレスをインターフェイスに割り当てたことを通知する近隣アドバタイズメントメッセージを再度送信します。
ホストがIPv6アドレスの構成を完了すると、次のことを実行します。
Router Solicitation：ホストは、そのセグメントでルーター要請マルチキャストパケット（FF02 :: 2/16）を送信して、このセグメント上のルーターの存在を認識します。これは、ホストがルーターをデフォルトゲートウェイとして構成するのに役立ちます。デフォルトゲートウェイルーターがダウンした場合、ホストは新しいルーターに移行して、デフォルトゲートウェイにすることができます。
Router Advertisement：ルーターはルーター要請メッセージを受信すると、そのリンク上に存在することをアドバタイズするホストに応答します。
Redirect：これは、ルーターがルーター要請要求を受信したが、それがホストに最適なゲートウェイではないことを認識している状況である可能性があります。この状況では、ルーターは、より適切な「ネクストホップ」ルーターが利用可能であることをホストに通知するリダイレクトメッセージを送り返します。ネクストホップは、ホストが同じセグメントに属していないホスト宛てのデータを送信する場所です。
IPv4では、アドレスはクラスで作成されました。クラスフルIPv4アドレスは、ネットワークプレフィックスに使用されるビットとそのネットワーク上のホストに使用されるビットを明確に定義します。IPv4でサブネット化するには、サブネットビットとして使用するホストビットを借用できるデフォルトのクラスフルネットマスクを使用します。これにより、複数のサブネットが作成されますが、サブネットあたりのホストは少なくなります。つまり、ホストビットを借用してサブネットを作成すると、ホストアドレスに使用するためのコストが少なくなります。
IPv6アドレスは、サブネット化に使用されるビットを含むアドレスを表すために128ビットを使用します。アドレスの後半（最下位64ビット）は常にホストのみに使用されます。したがって、ネットワークをサブネット化しても妥協はありません。
サブネットの16ビットは、IPv4のクラスBネットワークに相当します。これらのサブネットビットを使用すると、組織は65,000を超えるサブネットを持つことができますが、これははるかに十分です。
したがって、ルーティングプレフィックスは/ 64で、ホスト部分は64ビットです。ただし、ホストビットを借用して、サブネットIDの16ビットを超えてネットワークをさらにサブネット化することもできますが、自動構成には64ビットが必要なため、ホストアドレスには常に64ビットを使用することをお勧めします。
IPv6サブネット化は、IPv4の可変長サブネットマスキングと同じ概念で機能します。
/ 48プレフィックスを組織に割り当てることができ、最大/ 64サブネットプレフィックス（それぞれが2 64ホストを持つ65535サブネットワーク）を持つという利点があります。/ 64プレフィックスは、リンク上に2つのホスト（またはIPv6対応デバイス）しかないポイントツーポイント接続に割り当てることができます。
IPv4からIPv6への完全な移行における1つの問題は、IPv6に下位互換性がないことです。これにより、サイトがIPv6上にある場合とそうでない場合があります。新しいテクノロジーに下位互換性がある新しいテクノロジーの実装とは異なり、古いシステムは追加の変更なしで新しいテクノロジーで動作できます。
この欠点を克服するために、IPv4からIPv6へのゆっくりとしたスムーズな移行に使用できるテクノロジーはほとんどありません。
デュアルスタックルーター
ルーターは、関連するIPスキームのネットワークを指すインターフェイスにIPv4アドレスとIPv6アドレスの両方を構成してインストールできます。
In above diagram, a Server which is having IPv4 as well as IPv6 address configured for it now can speak with all hosts on IPv4 network and IPv6 network with help of Dual Stack Router. Dual Stack Router, can communicate with both networks and provides a medium for hosts to access Server without changing their respective IP version.
Tunneling
In a scenario where different IP versions exist on intermediate path or transit network, tunneling provides a better solution where user’s data can pass through a non-supported IP version.
The above diagram depicts how two remote IPv4 networks can communicate via Tunnel, where the transit network was on IPv6. Vice versa is also possible where transit network is on IPv6 and remote sites which intends to communicate, are on IPv4.
NAT Protocol Translation
This is another important method of transition to IPv6 by means of a NAT-PT (Network Address Translation – Protocol Translation) enabled device. With help of NAT-PT device, actual conversion happens between IPv4 and IPv6 packets and vice versa. See the diagram below:
A host with IPv4 address sends a request to IPv6 enabled Server on Internet which does not understand IPv4 address. In this scenario, NAT-PT device can help them communicate. When IPv4 host sends a request packet to IPv6 Server, NAT-PT device/router, strips down the IPv4 packet, removes IPv4 header and adds IPv6 header and passes it through the Internet. When a response from IPv6 Server comes for IPv4 host, the router does vice versa.
When a host is connected to one link or network, it acquires an IP address and all communication happens using that IP address on that link. As soon as, the same host changes its physical location, that is, moves into some different area / subnet / network / link, its IP address changes accordingly and all communication happening on the host using old IP address, goes down.
IPv6 mobility provides a mechanism which equips a host with an ability to roam around among different links without losing any communication/connection and its IP address.
Multiple entities are involved in this technology:
Mobile Node: The device which needs IPv6 mobility.
Home Link: This link is configured with the home subnet prefix and this is where the Mobile IPv6 device gets its Home Address.
Home Address: This is the address which Mobile Node acquires from Home Link. This is permanent address of Mobile Node. If the Mobile Node remains in the same Home Link, the communication among various entities happens as usual.
Home Agent: This is a router which acts as registrar for Mobile Nodes. Home Agent is connected to Home Link and maintains information about all Mobile Nodes, their Home Addresses and their present IP addresses.
Foreign Link: Any other Link which is not Mobile Node’s Home Link.
Care-of Address: When a Mobile Node attaches to a Foreign Link, it acquires a new IP address of that Foreign Link’s subnet. Home Agent maintains the information of both Home Address and Care-of Address. Multiple Care-of addresses can be assigned to Mobile Node, but at any instance only one Care-of Address has binding with Home Address.
Correspondent Node: Any IPv6 enable device which intends to have communication with Mobile Node.
Mobility Operation
When Mobile Node stays in its Home Link, all communications happen on its Home Address. As shown below:
When Mobile Node leaves its Home Link and is connected to some Foreign Link, the Mobility feature of IPv6 comes into play. After connecting to Foreign Link, Mobile Node acquires an IPv6 address from Foreign Link. This address is called Care-of Address. Mobile Node sends binding request to its Home Agent with the new Care-of Address. Home Agent binds Mobile Node’s Home Address with Care-of Address, establishing a Tunnel between both.
Whenever a Correspondent Node tries to establish connection with Mobile Node (on its Home Address), the Home Agent intercepts the packet and forwards to Mobile Node’s Care-of Address over the Tunnel which was already established.
Route Optimization
When a Correspondent Node initiate communication by sending packets to Mobile Node on Home Address, these packets are tunneled to Mobile Node by Home Agent. In Route Optimization mode, when the Mobile Node receives packet from Correspondent Node, it does not forward replies to Home Agent. Rather it sends its packet directly to Correspondent Node using Home Address as Source Address. This mode is optional and not used by default.
Routing concepts remain same in case of IPv6 but almost all routing protocol have been redefined accordingly. We have seen in Communication in IPv6 segment, how a host speaks to its gateway. Routing is a process to forward routable data choosing best route among several available routes or path to the destination. A router is a device which forwards data which is not explicitly destined to it.
There exists two forms of routing protocols
Distance Vector Routing Protocol: A router running distance vector protocol advertises its connected routes and learns new routes from its neighbors. The routing cost to reach a destination is calculated by means of hops between the source and destination. A Router generally relies on its neighbor for best path selection, also known as “routing-by-rumors”. RIP and BGP are Distance Vector Protocols.
Link-State Routing Protocol: This protocol acknowledges the state of a Link and advertises to its neighbors. Information about new links is learnt from peer routers. After all the routing information has been converged, Link-State Routing Protocol uses its own algorithm to calculate best path to all available links. OSPF and IS-IS are link state routing protocols and both uses Dijkstra’s Shortest Path First algorithm.
Routing protocols can be divided in two categories:
Interior Routing Protocol: Protocols in this categories are used within an Autonomous System or organization to distribute routes among all routers inside its boundary. Examples: RIP, OSPF.
Exterior Routing Protocol: Whereas an Exterior Routing Protocol distributes routing information between two different Autonomous Systems or organization. Examples: BGP.
Routing protocols
RIPng
RIPng stands for Routing Information Protocol Next Generation. This is an Interior Routing Protocol and is a Distance Vector Protocol. RIPng has been upgraded to support IPv6.
OSPFv3
BGPv4
BGP stands for Border Gateway Protocol. It is the only open standard Exterior Gateway Protocol available. BGP is a Distance Vector protocol which takes Autonomous System as calculation metric, instead of number of routers as Hop. BGPv4 is an upgrade of BGP to support IPv6 routing.
Open Shortest Path First version 3 is an Interior Routing Protocol which is modified to support IPv6. This is a Link-State Protocol and uses Djikrasta’s Shortest Path First algorithm to calculate best path to all destinations.
Protocols changed to support IPv6:
ICMPv6: Internet Control Message Protocol version 6 is an upgraded implementation of ICMP to accommodate IPv6 requirements. This protocol is used for diagnostic functions, error and information message, statistical purposes. ICMPv6’s Neighbor Discovery Protocol replaces ARP and helps discover neighbor and routers on the link.
DHCPv6: Dynamic Host Configuration Protocol version 6 is an implementation of DHCP. Though IPv6 enabled hosts do not require any DHCPv6 Server to acquire IP address as they can be auto-configured. Neither do they need DHCPv6 to locate DNS server because DNS can be discovered and configured via ICMPv6 Neighbor Discovery Protocol. Yet DHCPv6 Server can be used to provide these information.
DNS: There has been no new version of DNS but it is now equipped with extensions to provide support for querying IPv6 addresses. A new AAAA (quad-A) record has been added to reply IPv6 query messages. Now DNS can reply with both IP versions (4 & 6) without any change in query format.
IPv4 since 1982, has been an undisputed leader of Internet. With IPv4’s address space exhaustion IPv6 is now taking over the control of Internet, which is called Internet2.
IPv4 is widely deployed and migration to IPv6 would not be easy. So far IPv6 could penetrate IPv4’s address space by less than 1%.
The world has celebrated ‘World IPv6 Day’ on June 08, 2011 with a purpose to test IPv6 address over Internet in full. On June 06, 2012 the Internet community officially launched IPv6. This day all ISPs who were offering IPv6 were to enable it on public domain and were to keep it enable. All the device manufacturer also participated to offer IPv6 by-default enabled on devices.
This was a step towards encouraging Internet community to migrate to IPv6.
Organizations are provided plenty of ways to migrate from IPv4 to IPv6. Also organization, willing to test IPv6 before migrating completely can run both IPv4 and IPv6 simultaneously. Networks of different IP versions can communicate and user data can be tunneled to walk to the other side.
Future of IPv6
IPv6 enabled Internet version 2 will replace todays IPv4 enabled Internet. When Internet was launched with IPv4, developed countries like US and Europe took the larger space of IPv4 for deployment of Internet in their respective countries keeping future need in mind. But Internet exploded everywhere reaching and connecting every country of the world increasing the requirement of IPv4 address space. As a result, till this day US and Europe have many IPv4 address space left with them and countries like India and China are bound to address their IP space requirement by means of deployment of IPv6.
Most of the IPv6 deployment is being done outside US, Europe. India and China are moving forward to change their entire space to IPv6. China has announced a five year deployment plan named China Next Generation Internet.
After June 06, 2012 all major ISPs were shifted to IPv6 and rest of them are still moving.
IPv6 provides ample of address space and is designed to expand today’s Internet services. Feature-rich IPv6 enabled Internet version 2 may deliver more than expected.