IPv6とは何か？なぜそれを使用するのか？
IPv6は、IPv4を置き換えるために導入され、その強化された機能と近年の成長により、「次世代インターネット」と呼ばれています。IPv6（インターネットプロトコルバージョン6）は、IPv4のアップグレード版です。
なぜIPv6が必要なのか
IPv4の課題
1.十分なIPアドレスが不足している
以前のバージョンであるIPv4は、32ビットのアドレッシング方式を使用しており、43億台以上のデバイスをサポートしています。一見するとこれは非常に大きな数字に見えますが、実際には十分ではありません。インターネット、パソコン、スマートフォン、モノのインターネット（IoT）デバイスの使用が急増する中で、より多くのIPアドレスが必要とされるようになります。
2.NAT技術はネットワークパフォーマンスを低下させる
現在、アドレス不足の解決策としてNAT（ネットワークアドレス変換）技術があります。NATは複数の社内ホストを1つの公開IPに変換してインターネットに接続します。これによりアドレス不足の問題を一時的に解決できますが、さらなる問題を引き起こします。アドレス変換は機器に大きな負担をかけ、ネットワークのパフォーマンスを低下させ、遅延を増加させ、体験を悪化させます。
3.NATはアドレス不足問題を完全に解決できない
NATは、1つの公開ネットワークアドレスが複数のユーザーのトラフィックを処理できることを実現していますが、ポート番号で異なるユーザーの接続を区別します。しかし、公開ネットワークIPには最大で65,535個のポートしかなく、接続できる数は限られています。ユーザーデータが増え続ける中で、より多くの公開IPを使用する必要があります。
現在、モバイルインターネットの急速な発展とデータフローの増加に伴い、IPv6の導入が急務であり、これがいくつかの大手インターネット企業がIPv6への移行を先駆けて進めている理由です。
4.モノのインターネット（IoT）の発展に対応できない
すべてが相互接続され、すべてにIPアドレスが必要です。もちろん、IPv4では限界があります。今日、ネットワークに接続されたデバイスの数は、世界人口を超えています。今後数年間で、自動車、テレビ、デジタルセットトップボックス、電気メーター、カメラ、医療や健康管理など、何十億台ものデバイスがネットワークに接続されることになります。
5.ブロードキャスト機構の存在がネットワークパフォーマンスの低下を引き起こす
IPv4のARPやDHCPなどの必要なプロトコルはブロードキャストであり、ネットワークのパフォーマンスを消費します。
IPv6はこれらの問題をどのように解決するのか？
1.IPv6はこれらの問題をどのように解決するのか？
IPv6は128ビットのアドレス指定を使用し、340兆兆以上のアドレスをサポートします。理論的には、アドレスの数はほぼ無限であり、IPv6は地球上のすべての砂粒に1つずつアドレスを割り当てることができます。
2.ネットワークパフォーマンスの向上
IPv6はNATによるパフォーマンス低下を回避するだけでなく、ヘッダー構造を簡素化し、データ転送をより効率的にします。
IPv4のヘッダーと比較して、IPv6のヘッダーはIHL、識別子、フラグ、フラグメントオフセット、ヘッダーチェックサム、オプション、パディングフィールドを削除し、フローレーベルフィールドのみを追加しています。そのため、IPv6ヘッダーの処理はIPv4と比較して大幅に簡素化され、処理効率が向上しています。
もちろん、IPv6ヘッダーのこれらのフィールドはすべて有用です。必要なときにそれがなければどうなるのでしょうか？IPv6は拡張ヘッダーという概念を提案しており、必要に応じてヘッダーフィールドを拡張し、必要な機能を実現できます。たとえば、IPフラグメンテーションを行う必要がある場合、フラグメンテーション用の拡張ヘッダーを追加できます。
さらに、IPv6はブロードキャスト機構を廃止し、IPv4のブロードキャストをマルチキャストに置き換え、ネットワーク全体でのブロードキャストメッセージのパフォーマンス消費を削減できます。具体的な原理については後ほど詳しく説明します。
3.運用と保守の簡素化、自動アドレス設定
IPv4は端末の自動アドレス取得を実現するためにDHCPが必要です。IPv6は自らアドレスを自動設定する機能を持っています。
4.より安全
IPv6はネイティブにIPsec拡張ヘッダーをサポートしており、データ転送のセキュリティをあらゆる面で確保できます。したがって、IPv4のOSPFやVRRPでは自らのセキュリティをどう確保するかを考慮し、隣接ノードの検証メカニズムを組み込んでいますが、IPv6のOSPFv3やVRRPには設計上の検証メカニズムがなく、IPv6自体がセキュリティを実現できるためです。