IPv6がIPv4より優れている理由
著者 Yana
日付 04/09/2022
IPv4の制限事項
IPv4アドレス空間が枯渇しつつある
IPv4アドレスのサイズは32-bitであり、IPv4は合計約40億個の一意のアドレスを提供できます。ただし、40億個というのは理論上のアドレス総数です。アドレス割り当てが不合理であるため、多くのアドレスが無駄になっています。実際に利用可能なアドレスは約25億個で、理論上のアドレス総数を大きく下回ります。さらに、1980年代以降、インターネットユーザーとモバイルコンピューティングデバイスの急増に伴い、利用可能なIPv4アドレスは急速に枯渇していきました。
IPv4におけるノード設定は複雑
ホストをネットワークに接続する際、TCP/IPプロトコル（TCP/IPプロトコルとは何ですか)を最初に選択し、次にネットワークノードを介して必要なIPアドレス、サブネットマスク、ゲートウェイアドレス、およびDNSアドレスを設定する必要があります。さらに、ネットワークノードのルーティング設定も必要です。
QoSの制限
IPv4ベースのインターネットは、シンプルなサービス品質（QoS）を提供するように設計されました。しかし、IP電話、ビデオ会議、その他のリアルタイムデータアプリケーションなど、IPネットワーク上のマルチメディアサービスの増加に伴い、帯域幅、時間領域、ビット誤り率、ジッターに対する厳しい要件が課されています。IPv4ではリアルタイム伝送をサポートするリアルタイム伝送プロトコルが提案されていますが、プロトコルを追加するとネットワークの複雑さとコストが増大します。そのため、IPv4は依然としてQoSが不十分であり、電子商取引など、暗号化と認証を必要とする特定のアプリケーションの要件を満たすことができません。
IPv4ルーティングの問題
ネットワーク数の増加に伴いIPv4ルーティングテーブルの長さが増大するため、ルーターがルーティングテーブル内の正しいルートを照会する時間も長くなります。この遅延はネットワークのパフォーマンスに影響します。したがって、IPv4ルーティング問題の解決は、IPv4アドレス空間の不足を解決することよりもはるかに緊急です。
IPv4とIPv6の比較：IPv6がIPv4より優れている理由
以下は、IPv4と比較したIPv6の利点と改善点です。
IPv4よりも広いアドレス空間
IPv6アドレスのサイズは128ビットで、0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000からffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffffの範囲です。IPv6アドレスの数は2^128(3.4*10です38). 統計的に見ると、2022年の世界人口は約78億人であり、これは世界中の一人ひとりに4.3*10を提供できることを意味します28 IPアドレス。IPv6ネットワークでは、各インターフェースにユニキャストアドレス、エニーキャストアドレス、マルチキャストアドレスを含む1つ以上のIPv6アドレスを割り当てることができます。全体として、IPv6はIPv4アドレスが最終的に枯渇する問題を解決します。IPv4アドレスとIPv6アドレスの例を次の図に示します。
IPv4とIPv6の形式
IPv4よりもシンプルなヘッダーと優れた柔軟性
IPv6は、データ処理をより効率的にするため、IPv4ヘッダーのいくつかのフィールドを廃止しています。IPv6ヘッダーは、基本ヘッダーと複数の拡張ヘッダーで構成されます。IPv6ヘッダーの長さは固定されており、大容量のメモリを必要としません。さらに、IPv6プロトコルは高い拡張性を備えており、ユーザーはヘッダーを拡張できます。
IPv4より効率的な設定方法
IPv6アドレスは自動設定方式を採用しています。一般的に使用される自動設定技術には、ステートフル自動設定とステートレス自動設定があります。ステートレス自動設定では、ローカルリンクがマルチキャストをサポートし、ネットワークインターフェイスもマルチキャストを送受信できる必要があります。ステートフル自動設定には2つの方法があり、1つはBooTstrapプロトコル、もう1つはDynamic Host Configuration Protocol (DHCP)です。IPv6はユーザーアドレスを自動的に設定できるため、手動設定の非効率性を回避できます。
より優れたサービス品質 (QoS)
IPv6プロトコルは簡略化されたヘッダー構造を採用しているため、データパケットの高速転送と低遅延を実現します。たとえば、特別なQoSを必要とする場合は、IPパケットに優先度を設定でき、ルーターはIPパケットの優先度に従ってこれらのデータを個別に処理します。このようにして、信頼性の高いリアルタイムのメッセージ伝送が実現され、QoSが大幅に向上します。
IPv4より安全
IPv6のセキュリティは、IPv6の一部であるIPSecに基づいています。すべてのIPv6ネットワークノードにとって、IPSecは必須です。IPSecの主な機能は、ネットワーク層でデータパケットに暗号化および認証サービスを提供することです。認証と暗号化という2つのセキュリティメカニズムを提供します。
認証メカニズムにより、データ受信者はデータ送信者の身元と、伝送中にデータが改ざんされたかどうかを確認できます。暗号化メカニズムはデータを符号化することでデータの機密性を保証し、伝送中に第三者がデータを傍受するのを防ぎます。総じて、IPSecはインターネットのセキュリティを強化し、企業への攻撃や機密データの窃取といった不幸な事態を防ぎます。そのため、IPv6はIPv4よりも安全です。
IPv4より小さいルーティングテーブル
IPv6アドレス割り当てでは集約メカニズムが採用されており、非常に柔軟な階層型アドレス指定およびルーティング構造が定義され、ルーティングテーブルの長さが大幅に削減されます。同じ階層にある複数のネットワークは、上位ルーターでは統一されたネットワークプレフィックスとして表されるため、ルーターを効果的かつ大幅に維持でき、ルーターのルーティングおよびストレージが大幅に削減されます
IPv4 と IPv6 の違いとは
IPv6と比較したIPv4の利点を説明した後、次の表でipv4とipv6の違いを解説します。
IPv4はIPv6に置き換えられるのか？
IPv4からIPv6への移行は避けられない流れですが、その移行はゆっくりと段階的に進むプロセスです。IPv6からIPv4への変更に伴う技術的障壁は克服されているものの、現在展開されているネットワークの大部分は依然としてIPv4です。IPv4ベースのネットワークデバイスや端末デバイスは数十億台存在し、移行コストは莫大です。IPv6がいつIPv4に取って代わるのか、明確な答えはありません。IPv6とIPv4は長期にわたって共存するでしょう。
結論
新しい技術は新しいアプリケーションを支えます。一方、新しいアプリケーションは、新しい技術の標準化と商用化を促進します。IPv6プロトコルは、高性能で拡張性のあるネットワーク相互接続の要件を満たすことができ、現在のIPv4ネットワークに存在する多くの問題も解決できます。IPv6が実際に大規模に導入されるまでには、移行にまだしばらく時間がかかりますが、上記のIPv6とIPv4の違いを学ぶことで、IPv4からIPv6への移行が大きな潮流となっていることが理解できます。
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