IPv6とは ― アドレスの見方と省略のルール

IPv6とは、インターネットで通信するための規則（IP）のバージョン6です。現在主流のIPv4の後継として普及が進んでいます。読み方は「アイピーブイろく」です。

いちばんの違いはアドレスの長さです。IPv4は32ビットでアドレスを表しますが、IPv6は128ビット使います（RFC 8200）。IPv4では約43億個しか作れなかったアドレスも、IPv6なら事実上枯渇しない数だけ作れます。

IPv6アドレスは、128ビットの数字を16ビットずつ8組に区切って書きます。各組は16進数で表します。組と組の間は、コロン（:）でつなぎます。このままでは長くて読みにくいため、2つの省略ルールで短く書けます。

NATの記事で説明したように、IPv4アドレスは32ビットで、2³² ＝ 約43億個しか作れません。インターネットに接続するスマホ・PC・IoT機器は、世界的に急増しました。その結果、この数では足りなくなりました。

IPアドレスは、IANAという組織が管理しています。IANAが各地域に配る中央在庫は、2011年に配り終えています。

IPv4が足りなくなった経緯と、IPv4からIPv6へ移る方式はIPv4アドレス枯渇の記事にまとめています。

この不足を補うため、プライベートIPアドレスとNATが広く使われています。ただし、これはその場しのぎの技術です。根本的な解決として作られた規格が、IPv6です。IPv6では、アドレスの長さを32ビットから128ビットへ大きく広げました。

IPアドレスの構造の記事で説明したとおり、IPv4は32ビットを8ビットずつ4つのオクテットに区切ります。表記は、10進数のドット区切りです。

IPv6は、128ビットを16ビットずつ8組に区切ります。それぞれの組は16進数で表します。組の間は、コロン（:）で区切ります。

次のアドレスは、8組すべてを4桁の16進数で書いた形です。これを展開形と呼びます。

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1234:5678

16進数は、0〜9とa〜fの16種類の文字で0〜15を表す書き方です。1桁で4ビットぶんの2⁴＝16通りを表せるので、16ビットの組はちょうど4桁の16進数になります。IPv4のオクテットは、2⁸=256通りを2〜3桁の10進数で表します。桁数と表し方が変わっただけで、考え方は同じです。

展開形は長く読み書きしにくいため、次の2つのルールで短く省略できます（RFC 5952）。この2つを組み合わせると、先ほどの展開形は2001:db8::1234:5678と短く書けます。

1. 1

   各組の先頭の0は省略する

   組ごとに、先頭の0を取り除きます。たとえば 0db8 は db8 になります。すべて0の組の 0000 は、0 と書きます。

2. 2

   連続する0の組は「::」でまとめる（1回だけ）

   0の組が2組以上連続するときは、そのかたまりを::にまとめます。0の組が1組だけのときは、そのまま0と書きます。

   ::は1つのアドレスに1回しか使えません。2回使うと、それぞれが何組の0を省略しているのか決まらなくなるためです。

   1組だけを::にしても、読み手には意味が一意に決まります（RFC 4291 §2.2）。ただし、正規の表記では、2組以上連続するときだけ::を使うと決めています（RFC 5952 §4.2.2）。書き方を1通りに揃えるためです。

   連続する0の組が複数箇所にあるときは、より長いほうを::にします。同じ長さなら、より左側を優先します（RFC 5952 §4.2.3）。

実際のアドレスを入力すると、展開形と省略形をその場で確かめられます。

上の図は、展開形と省略形のどちらを入力しても両方の形に変換します。連続する0の組が複数箇所にある場合や、0の組が1組しかない場合も試してください。どちらが::にまとまるかを確かめられます。

省略表記の練習問題

2つのルールを、実際の問題で確かめます。自分で省略・展開してから答え合わせをします。

IPv4のIPアドレスは、サブネットマスクの記事で説明したとおりネットワーク部とホスト部に分かれています。IPv6アドレスも同じように、前側と後ろ側の2つに分かれます。前側はネットワーク部で、プレフィックスとも呼びます。

後ろ側は、そのネットワーク内で機器を区別する部分です。この部分をインターフェースIDと呼びます。2つの境目の位置を表すのが、プレフィックス長です。/64のように書き、考え方はIPv4のCIDR表記と同じです。

IPv6のユニキャストアドレスは、インターフェースIDに64ビットを使うことを前提に設計されています（RFC 4291 §2.5.1）。そのため、1つのLANに割り当てるプレフィックス長は、/64が標準です。

IPv4では利用者数に応じて/24や/30のように細かく分けていました。IPv6はアドレスが十分にあるため、境目の位置を細かく調整する必要がありません。

家庭やオフィスの回線契約1本には、/56のように/64より広い範囲が配られるのが一般的です（RFC 6177）。自宅内を、複数のネットワークに分けられるようにするためです。たとえば、有線LANとゲスト用Wi-Fiを別のネットワークにできます。

IPv6アドレスには、先頭のビットパターンによっていくつかの種類があります。ここでは、まず知っておきたい4つを挙げます。

NATが基本的に不要

IPv4ではアドレスが足りません。そのため、1つのグローバルIPアドレスを複数台で共有するのが一般的でした。共有には、プライベートIPアドレスとNATを使います。

IPv6はアドレス空間が広大で、枯渇の心配がありません。そのため、すべての機器にグローバルなアドレスを直接割り当てるのが基本設計です。NATは前提としません。

ARPの代わりにNDPを使う

ARPの記事で説明したとおり、IPv4では同じネットワーク内の相手のMACアドレスをARPで調べます。IPv6では、ARPの代わりにNDPを使います。

NDPは、Neighbor Discovery Protocolの略です（RFC 4861）。日本語では、近隣探索プロトコルと呼びます。NDPの役割は、ARPより広いです。ARPの機能に加えて、ルータの発見やアドレスの自動設定にも使います。NDPのメッセージは、ICMPv6のメッセージとして運ばれます。種類の一覧はICMPの記事にあります。

アドレスの自動設定：SLAACとDHCPv6

IPv4では、端末はIPアドレスなどの設定を自動で受け取ります。このとき使うのが、DHCPの記事で説明したDHCPです。

IPv6にも、DHCPと似た働きをするDHCPv6があります。それとは別に、IPv6独自の仕組みとしてSLAACがあります。SLAACは、Stateless Address Autoconfigurationの略です（RFC 4862）。日本語では、ステートレスアドレス自動設定と呼びます。

SLAACでは、ルータが定期的に通知を送ります。端末は、この通知からネットワーク部の情報を受け取ります。この通知をRouter Advertisementと呼び、これもNDPの一部です。

インターフェースIDは、端末自身が組み立てます。こうして、サーバに問い合わせずにアドレスを完成させます。

DHCPv6は、サーバがアドレスを配る点でDHCPに近い方式です。SLAACとDHCPv6を併用する構成もよく使われます。その場合、アドレスはSLAACで決め、DNSサーバなどの追加情報だけをDHCPv6で配ります。どちらを使うかは、ルータが送る通知の中の設定で決まります。

インターフェースIDの組み立て方の1つに、機器のMACアドレスを加工して64ビットに引き伸ばす方式があります。これが伝統的なEUI-64です（RFC 4291 附属書A）。

ただし、この方式ではMACアドレスがそのまま外部から推測できます。そのため現在は、ランダムな値からインターフェースIDを生成する方式も広く使われています。この方式をプライバシー拡張と呼びます（RFC 4941）。

日本の家庭用インターネット回線では、IPoE方式によるIPv6での接続が広く使われています。PPPoE方式とIPoE方式の違いは、PPPoEとIPoEの記事で説明しています。

IPv4アドレスをIPv6の回線の上で運ぶ方式も普及しています。この方式をIPv4 over IPv6と呼びます。代表例は、v6プラスなどのMAP-Eや、transixなどのDS-Liteです。

これらの方式では、IPv6に対応したサイトとの通信はIPv6で直接行います。相手がまだIPv6に対応しておらず、IPv4しか持たないこともあります。その相手との通信では、IPv4のパケットをIPv6のパケットに包んで運びます。NATとの関係はNATの記事に、ポート開放の仕組みはポート開放の記事にあります。

IPv6は、日本の多くの家庭回線ですでに実際に使われている規格です。自分の環境でIPv6アドレスが割り当てられているかは、次の節の手順で確認できます。

自分のPCに割り当てられているIPv6アドレスは、IPv4と同じコマンドで確認できます。IPv4での確認方法は、IPアドレスの構造の記事で説明しています。この記事の例と同様に、出力例のアドレスは文書用の範囲（2001:db8::/32）を使っています。

コマンドを使わず手早く確かめたい場合は、test-ipv6.comのような判定サイトが便利です。自分の接続がIPv6に対応しているかを、その場で表示してくれます。

> ipconfig
イーサネット アダプター イーサネット:
   IPv6 アドレス . . . . . . . . . . : 2001:db8:1234:5678:1a2b:3c4d:5e6f:7890
   リンクローカル IPv6 アドレス . . . : fe80::1a2b:3c4d:5e6f:7890%12
   IPv4 アドレス . . . . . . . . . . : 192.168.10.25

$ ifconfig en0
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
    inet6 fe80::1a2b:3c4d:5e6f:7890%en0 prefixlen 64 scopeid 0x6
    inet6 2001:db8:1234:5678:1a2b:3c4d:5e6f:7890 prefixlen 64 autoconf secured
    inet 192.168.10.25 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.10.255

$ ip -6 addr show eth0
3: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500
    inet6 2001:db8:1234:5678:1a2b:3c4d:5e6f:7890/64 scope global dynamic mngtmpaddr
    inet6 fe80::1a2b:3c4d:5e6f:7890/64 scope link