IPv6 — 月極

1. IPv6 概要

1.1 アドレス構造

2001:4001:1234:0A00:0000:4567:9ABC:2340/64

この場合では、

2001:4001:1234:0A00はサブネットプレフィックス（IPV4のネットワーク部に該当）、

0000:4567:9ABC:2340はインターフェースID（IPV4のホスト部に該当）。

64はサブネットプレフィックスが６４ビット、インターフェースIDが６４ビットに分けると示す。

長さ：128ビット (16バイト)。
形式：4桁の16進数を 8グループに分け、コロンで区切る。

アドレス空間の分布

Prefix:  0000...  2000...  fc00...  fe80...  ff00...
          |        |        |        |        |
          v        v        v        v        v
      +-------+--------+--------+--------+--------+
      |Special|  GUA   |  ULA   |  LLA   | Multi  |
      +-------+--------+--------+--------+--------+

1.2 省略ルール

１. 先頭のゼロ省略

各グループ先頭の 0 は省略可能。

0db8 -> db8
0001 -> 1
0000 -> 0

２. ダブルコロン圧縮 (::)

一回だけ連続する複数の 0 グループを :: で代用可能。

1234:0000:0000:0000:5678 -> 1234::5678

1.3 なぜ GUA は `2000::/3` なのか?

/3 は先頭3ビットが 001 で固定であることを意味する。

第4ビットが 0 -> 0010 (16進数の 2)
第4ビットが 1 -> 0011 (16進数の 3)
したがって、2 または 3 で始まるものはすべて GUA である。

1.4 EUI-64 (インターフェースIDの生成)

MACアドレス (48ビット) から インターフェースID (64ビット) を生成する。

分割：MACアドレスを真ん中で分割する。

00:23:45:67:89:AB -> 00:23:45:空き:空き:67:89:AB

挿入：中間に FFFE を挿入する。

00:23:45:空き:空き:67:89:AB -> 00:23:45:FF:FE:67:89:AB

反転：第1バイトの第7ビットを反転させる (0 -> 1)。

00(0000 0000) -> 02(0000 0010)
故に生成したインターフェイスIDは　02:23:45:FF:FE:67:89:AB

2. IPv6 通信タイプ

2.1 ユニキャスト (Unicast)

一般的なユニキャストアドレスと設定：

GUA (Global Unicast Address)：グローバルユニキャスト。

2001:db8::/32は文書などで例示する際のアドレスとして予約されてる。

範囲：2000::/3。インターネット上でルーティング可能。
設定：ipv6 address 2001:db8::1/64
EUI-64使用：ipv6 address 2001:db8::/64 eui-64。2001:db8::/64のように、EUI-64使用する場合インターフェイスIDは不要。

LLA (Link-Local Address)：リンクローカル。

範囲：FE80::/10。同一リンク内でのみ有効。
設定：
手動：ipv6 address fe80::1 link-local
自動：ipv6 enable。この場合ではインターフェイスIDがEUI-64形式で自動生成されるから管理しづらい。例：fe80::4444:1989:0604:4444。

ULA (Unique Local Address)：ユニークローカル。

最初の７ビットは 1111 110、第8のビットの0が将来定義予定なので、FC00::/7と表示 (実際は FD00::/8 を使用)。IPv4 のプライベートアドレスに相当。
ループバックアドレス(Loopback)：0:0:0:0:0:0:0:1/128 または ::1/128。
未指定アドレス (Unspecified)：::/128。

2.2 マルチキャスト (Multicast)

1対多通信。プレフィックス：FF00::/8。

一般的なマルチキャストアドレス：
FF02::1：全ノード (All Nodes)。
FF02::2：全ルータ (All Routers)。
FF02::5 / FF02::6：OSPFv3。
要請ノードマルチキャストアドレス (Solicited-Node)：FF02::1:FF??:???? + ユニキャストの下位24ビット(例：2001:db8::AB:CDEFの時はAB:CDEF)。アドレス解決に使用。

2.3 エニーキャスト (Anycast)

専用のプレフィックスはない（ユニキャストアドレス範囲を使用）。
複数のデバイスに同じIPを設定し、ルーティングコストが最小のデバイスが応答する。

3. IPv6 動的設定

3.1 ルーティング機能の有効化

ルータとして動作させる場合、グローバルで IPv6 転送機能を 有効化 する必要がある。そうしないと、インターフェースから RA (Router Advertisement) が送信されず、配下のホストが SLAAC 自動設定を行えない。

Router(config)# ipv6 unicast-routing

3.2 NDP

ICMPv6 ベースで実装され、IPv4 の ARP や ICMP Router Discovery などを代替する。

主要なメッセージタイプ：

| タイプ | 名称 | 役割 | IPv4 での相当 |
|:––––|:––––––––––––––––|:–––––––––––––––––|:—————––|
| 133 | RS (Router Solicitation) | ホストが起動時に「ルータはいますか？」と尋ねる。 | DHCP Discover (類似) |
| 134 | RA (Router Advertisement) | ルータが「私がルータだ。プレフィックスはこれだ」と応答/広告する。 | DHCP Offer (類似) |
| 135 | NS (Neighbor Solicitation) | ターゲットの MAC アドレスを要求 / アドレス重複検知。 | ARP Request |
| 136 | NA (Neighbor Advertisement) | NS に応答して自分の MAC アドレスを通知。 | ARP Reply |

重要なプロセス：

アドレス解決 (Address Resolution)：

IP から MAC を知りたい場合。
NS (相手の 要請ノードマルチキャストアドレス 宛) -> 相手が NA (ユニキャスト) で応答。

DAD (Duplicate Address Detection / 重複アドレス検知)：

新しい IP を設定する際、重複がないか確認する仕組み。
自分の要請ノードマルチキャストアドレス宛に NS を送信。
もし NA が返ってきたら、誰かが使っているため Duplicate (重複) エラーとなる。

3.3 アドレス割り当て方式 (SLAAC vs DHCPv6)

PC がどのアドレス取得方式を使うかは、ルータが送信する RA パケット内のフラグ (Flags) に依存する。

3つのモード比較：

A (Autonomous): クライアントがプレフィックスを使って IP を自動生成してよいか。
M (Managed): IP を DHCPv6 から取得する必要があるか。
O (Other): その他の情報 (DNS等) を DHCPv6 から取得する必要があるか。

3.4 よく使う確認コマンド

# 1. インターフェースIPとマルチキャストグループ確認 (DAD用 FF02::1:FF... に参加しているか確認)
Router# show ipv6 interface <番号>

# 2. インターフェース概要 (Up/Up ?)
Router# show ipv6 interface brief

# 3. ネイバーテーブル確認 (IP <-> MAC マッピング、NDP キャッシュ)
Router# show ipv6 neighbors

# 4. ルーティングテーブル確認 (C:直結, L:ローカル, S:静的, O:OSPF)
Router# show ipv6 route

4. IPv6 ルーティング設定

4.1 スタティックルーティング (Static Routing)

構文は IPv4 と非常に似ており、キーワードが ipv6 route に変わるだけである。

基本構文：
ipv6 route <宛先プレフィックス/長> <ネクストホップIP | 出力IF>

# 1. ネクストホップ IP 指定 (イーサネット環境で推奨)
Router(config)# ipv6 route 2001:db8:2::/64 2001:db8:12::2

# 2. 出力インターフェース指定 (シリアル等 Point-to-Point で推奨)
Router(config)# ipv6 route 2001:db8:2::/64 Serial0/0/0

# 3. デフォルトルート (Default Route)
# 宛先は ::/0 (IPv4 の 0.0.0.0/0 に相当)
Router(config)# ipv6 route ::/0 2001:db8:12::2

4.2 ダイナミックルーティング - OSPFv3

OSPFv3 は IPv6 用に設計されたリンクステート型ルーティングプロトコル。

OSPFv2 (IPv4) との主な違い：

リンクベースで動作：network コマンドでネットワークを指定するのではなく、インターフェース直下で有効化する。
Router ID：依然として 32ビット の IPv4 形式 (例: 1.1.1.1)。IPv4 アドレスがない場合、RID を 手動指定 しないとプロセスが起動しない。
マルチキャストアドレス：FF02::5 (全 OSPF ルータ) と FF02::6 (DR/BDR) を使用。

設定手順：

# 1. OSPFv3 プロセスの起動
Router(config)# ipv6 router ospf 1
Router(config-rtr)# router-id 1.1.1.1  # RID の手動指定は必須

# 2. インターフェースでの有効化 (最も重要な違い)
Router(config)# interface GigabitEthernet0/0
Router(config-if)# ipv6 ospf 1 area 0

5. IPv4 から IPv6 への移行技術

IPv4 アドレス枯渇に伴い、ネットワークは徐々に移行する必要がある。主に3つの戦略がある。

5.1 デュアルスタック (Dual Stack)

最も推奨され、一般的 な方法。

原理：ネットワーク機器とホストで IPv4 と IPv6 の両方のプロトコルスタックを同時に稼働させる。
動作：
DNS が IPv4 アドレスを返せば -> IPv4 で通信。
DNS が IPv6 アドレスを返せば -> IPv6 で通信 (通常 IPv6 が優先される)。
利点：ネイティブサポートであり、カプセル化が不要なためパフォーマンスが最良。

5.2 トンネリング技術 (Tunneling)

IPv4 の海に浮かぶ孤立した IPv6 の島々を接続するために使用。IPv6 パケットを IPv4 ヘッダでカプセル化して転送する。

手動トンネル (Manual Tunnel / GRE)：

ポイントツーポイント。トンネルの送信元と宛先 IP を手動指定する必要がある。
マルチキャスト対応 (OSPFv3 を通せる)。
設定：tunnel mode ipv6ip または tunnel mode gre ipv6。

6to4 トンネル：

自動トンネル。2002::/16 プレフィックスを使用。
IPv4 アドレスを IPv6 アドレスに埋め込むため、宛先の手動設定が不要。

ISATAP：

サイト内自動トンネル。キャンパス網内部の IPv6 ホストが IPv4 網を越えて通信するために使用。

5.3 変換技術 (Translation) - NAT64

IPv6-Only のホストが旧来の IPv4 サーバにアクセスするために使用。

原理：NAT と同様に、ルータが IPv6 ヘッダを IPv4 ヘッダに（またはその逆）翻訳する。
適用：携帯キャリア網 (モバイルは IPv6 普及率が高い) から IPv4 サービスへアクセスするシナリオなど。