IPv6時代の到来: 砂粒一つ一つにアドレスがある

著者: 徐明偉楊朔

インターネットの急速な発展により、既存の IPv4 (インターネット プロトコル バージョン 4) ではインターネットのニーズを満たすことができなくなりました。 IPv6（インターネット プロトコル バージョン 4）は、将来的に主流の IP テクノロジーになります。 Google、Facebook、Bing などの主要な Web サイトは、IPv6 を永続的にサポートすることを表明しています。 6月6日の「次世代インターネット開発・構築サミット」で中国工程院の呉鶴全院士が述べた言葉を借りれば、「我が国はIPv6の普及を推進すべきであり、我が国のIPv6開発は決して後退することはない」。

IPV4: 5億人の中国のインターネットユーザーが3億のアドレスを使用

IPv6 は IP (インターネット プロトコル) の新しいバージョンです。まず、IP プロトコルを紹介します。 IP プロトコルは、インターネット上のホスト間でデータを送信するために設計されています。送信元から送信先にデータを送信するには、各ホストにアドレスが必要です。現実の生活と同じように、人々がお互いに手紙を送るときには、全員が郵送先住所を持っている必要があります。

当初、各ホストのアドレス形式は IPv4 プロトコルによって指定されていました。各 IP アドレスは 32 ビットの文字列で構成され、特定のインターネット組織 (IANA、Internet Assigned Numbers Authority など) によって割り当てられました。各組織は、貯蔵庫のようなアドレス プールを維持していました。アドレスは通常、アドレス ブロック、つまりアドレス セットの形式で、上位組織から下位組織に割り当てられます。たとえば、IP アドレスは最初に IANA によってアジア太平洋地域に割り当てられ、次に China Telecom に割り当てられ、その後 China Telecom によって管轄下の各ホストに割り当てられます。

IPv4 アドレスは、インターネットの初期段階ではホストの数が少なく、世界中の少数の大学、研究機関、および米軍のみが IP ネットワークを使用していたため、32 ビットで設計されています。32 ビットの IP アドレス セットには、232 = 4,294,967,296 個の IP アドレスがあります。しかし、インターネットの爆発的な成長は誰の想像も超えるものでした。インターネットが何千もの家庭に普及するにつれて、IPv4 アドレスは急速に割り当てられて消費され、IPv4 アドレスを維持している大手組織では、アドレス プールに残っているアドレスがわずかしかないことに気づきます。 2009 年 5 月 12 日時点で、世界中に約 4 億 9,419 万 6,000 個の未割り当てアドレスがあり、2011 年 2 月 3 日に IANA はアドレス プール内の最後のアドレス ブロックが割り当てられたと発表しました。

IPv4 アドレスの不足により、インターネットは危機に陥っています。新しいホストはアドレスを取得できず、インターネットの世界に参加できません。この危機は中国で特に顕著です。中国のインターネットは急速に発展しているものの、その発展は比較的遅れて始まったためです。つまり、中国のインターネットが緊急に大量の IPv4 アドレスを必要としたときに、大量の IPv4 アドレスがすでに欧米などの先進国によって占有されていたのです。中国の努力にもかかわらず、取得できる IPv4 アドレスの数は限られています。 2012 年 3 月時点で、中国には 3 億を超える IPv4 アドレスしかありませんでしたが、同期間における中国のインターネット ユーザー数は 5 億人を超えました。 IPv4 アドレスの不足は、大多数のネットユーザーのインターネット体験と我が国のインターネットの発展に影響を及ぼすことは間違いありません。

IPV6: すべての砂粒にアドレスがある

IPv4 アドレスの不足に対処するために、研究者はさまざまな改善を行ってきました。 IPv4 プロトコルが使用され始めたとき、IPv4 アドレス ブロックはクラス A、B、C、D に分割されました。クラス A アドレスは 16,777,216 個の IPv4 アドレスを提供でき、クラス B アドレスは 65,536 個の IPv4 アドレスを提供でき、クラス C アドレスは 256 個の IPv4 アドレスを提供できます。組織に 70,000 台のホストがある場合、少なくとも 2 つのクラス B アドレスを申請する必要があり、約 2×65,536-70,000=61,072 個の IPv4 アドレスが無駄になります。 IPv4 アドレスの使用効率を向上させるために、インターネット標準化団体 IETF (Internet Engineering Task Force) は、アドレス割り当て戦略を改善しました。IPv4 アドレスの割り当ては、A、B、C、D のアドレス形式に従う必要はありません。

もう 1 つの例として、当初は各ホストに固定の IPv4 アドレスがありましたが、その後、ホストが常に IPv4 アドレスを使用する必要がないことが分かりました。たとえば、一部のホストは通常​​、日中にのみインターネットに接続する必要があり、一部のホストは夜間のみ接続する必要があります。そのため、IPv4 アドレスの使用効率をさらに向上させるために、IPv4 アドレスの動的割り当て方式が設計されました。ホストが IPv4 アドレスを使用する必要がある場合、そのホストに IPv4 アドレスが割り当てられます。必要がなくなった場合、その IPv4 アドレスはリサイクルされ、別のホストに割り当てることができます。

しかし、これらの改善を行っても、IPv4 アドレス不足の問題は根本的に解決できません。 IPv4 アドレスの割り当ては A、B、C、D のアドレス形式に従う必要はありませんが、割り当てる IPv4 アドレスはまだ十分ではありません。動的割り当て方式を採用した場合でも、特にインターネットの使用がピークとなる時間帯には、インターネットに同時に接続されるホストの数は非常に多くなります。

IPv4 アドレス不足の問題を根本的に解決するために、IETF は 1994 年にいくつかの IPng (次世代 IP プロトコル) ワーキング グループを設立しました。1996 年に IPv6 プロトコル標準がリリースされ、IPv6 プロトコルが正式に確立されました。 IPv4 プロトコルと比較した場合、IPv6 の最大の利点は、アドレス長が 128 ビットに達し、IP アドレスの数が 3.4 x 1038 に達することです。 IPv6 アドレスが十分に活用されれば、地球上のすべての砂粒に IPv6 アドレスが割り当てられる可能性があると推定されています。これは、将来的には、コンピューターがインターネットにアクセスできるだけでなく、冷蔵庫や洗濯機などの家電製品にも十分なアドレスが利用可能になることを意味します。

移行計画は2つある

IPアドレス数の問題は解決されましたが、IPv6の誕生により新たな問題が生じました。現在、人々は IPv4 プロトコルを使用しています。つまり、既存のホストはすべて IPv4 アドレスを使用しています。これらのホストの数は膨大であり、すべてを一夜にして IPv6 プロトコルを使用するように変換することは不可能です。部分的に変更することしかできません。では、一部の人が IPv6 プロトコルを使用している場合、つまり、プロトコルの変更を感じられない場合に、IPv6 プロトコルを使用するホストが IPv4 プロトコルを使用するホストと透過的に通信できるようにするにはどうすればよいでしょうか。この問題は IPv4/IPv6 移行問題と呼ばれます。

類推することができます。物流システムにおいて、コンテナにはさまざまな仕様や規格があります。たとえば、大型コンテナと小型コンテナがありますが、スペースを有効活用するため、同じ船に積めるコンテナは1つの仕様のみと定められています。ここでは、大型コンテナを使用する船舶を IPv6 ネットワーク、小型コンテナを使用する船舶を IPv4 ネットワークと見なすことができます。では、ある仕様のコンテナを使用する船舶が、別の仕様のコンテナを使用する船舶に貨物を積み込む場合はどうすればよいのでしょうか。

物流システムには、コンテナから商品を降ろして別の規格のコンテナに積み込む方法と、小型コンテナを直接大型コンテナに入れる方法の2つがあります。

IPv4/IPv6 移行にも同様の方法が 2 つあります。 1 つは、IPv4 (または IPv6) パケットからデータを抽出し、それを IPv6 (または IPv4) パケットに入れる変換ソリューションです。もう 1 つは、IPv4 (または IPv6) パケットをユーザー データとして再カプセル化し、それを IPv6 (または IPv4) パケットに入れるトンネル ソリューションです。

現在、我が国はIPv6ネットワークの研究、開発、構築において大きな成果を上げており、次世代インターネット実証プロジェクト（CNGI）を組織・実施し、国家の主要科学技術プロジェクトやその他の関連科学技術計画を通じて、IPv6に基づく次世代インターネットの理論研究と標準策定、ネットワークインフラの構築、主要設備の研究開発、技術テスト、アプリケーション実証において一連の成果を達成しています。 2003年、中国の第2世代教育研究用コンピュータネットワークCE.NET2が完成しました。これは現在、純粋なIPv6技術を採用した世界最大の次世代インターネットバックボーンネットワークです。 2005年に清華大学が提案したIPv4/IPv6移行標準（RFC4925）は、中国初の中国語以外の情報インターネットRFC標準となりました。

徐明偉 清華大学コンピュータサイエンス学部教授、博士課程指導者

原題: IPv6 時代の到来: すべての砂粒にアドレスがある

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