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IPv4とIPv6の共存を実現する方法:デュアルスタックまたはMPLSトンネル

Charlene

翻訳者 ともや
2019年12月26日 に投稿された

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現在、利用可能なIPv4(Internet Protocol Version 4)アドレスが不足しつつあるため、IPアドレスの不足が世界的に差し迫った問題になっています。長いヘッダーを備えたIPv6(Internet Protocol Version 6)は数年前に登場し、将来の使用に備えてより多くのIPアドレスを許可しますが、そのアプリケーションとプロモーションは容易ではなく、普及するまで長い時間がかかりそうです。「IPv4とIPv6を同時に使用できますか?」このようなの質問に答えるために、IPv4とIPv6のいくつかの共存方法、つまりデュアルスタックとMPLS(Multi-Protocol Label Switching)トンネルを紹介します。

なぜIPv4とIPv6の共存が必要ですか

普通では、IPv4とIPv6を同時に使用する時主な問題は互換性です。確かに、IPv4とIPv6は相互に互換性がないため、デバイスは直接通信できません。現在、IPv4ネットワークは依然としてIPネットワークで主流で、IPv6ネットワークの展開と商用範囲は小さいです。したがって、IPv4との実際の下位互換性の欠如は、IPv6の幅広いアプリケーションにとって重大な障害になる可能性があり、IPv6への完全な移行はまだです。インターネットサービスプロバイダー(ISP)は、顧客にIPv4とIPv6の両方のサービスを提供する必要があるため、ユーザーに迷惑もかけます。

IPv4とIPv6の共存を実現するには

IPv4-IPv6の共存は、主に3つの手法で実現できます。1つはデュアルスタックで、ネットワークハードウェアはIPv4とIPv6を同時に実行します。2つ目はトンネルです。つまり、IPv4パケット内にIPv6パケットをカプセル化します。最後の方法は、ネットワークアドレス変換(NAT)と呼ばれる技術で、デバイスがIPv6パケットをIPv4パケットに、またはその逆に変換します。NATは主にISPによって使用されるため、ここでは最初の2つの方法について紹介します。

デュアルスタックによるIPv4とIPv6の共存

デュアルスタックは、IPv4とIPv6の共存を実現するための最も基本的で直接的な戦略です。このソリューションでは、 IPv4またはIPv6スイッチを使用するデバイスを含む、ISPネットワーク内のすべてのネットワークデバイスが、IPv4とIPv6の両方を実行するように構成されます。普通では、IPv4通信はIPv4プロトコルスタックを使用し、IPv6通信はIPv6プロトコルスタックを使用します。IPv4とIPv6のどちらを使用するかは、ドメインネームシステム(DNS)要求への応答によって異なりますが、通常、IPv6プロトコルスタックはIPv4よりも優先されます。デュアルスタックにより、ホストは既存のIPv4およびIPv6コンテンツに同時にアクセスできるため、非常に柔軟な共存戦略として機能します。ただし、すべてのネットワークデバイスをデュアルスタックに前提条件は、インターフェイスにIPv6アドレスとIPv4アドレスの両方が必要であることを覚えておいてください。つまり、デバイスまでIPv6を使用できる一方で、十分なIPv4アドレス空間も必要です。

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図1:デュアルスタックによるIPv4とIPv6の共存

デュアルスタックの長所と短所

デュアルスタックは、比較的経済的でシンプルなIPv6移行テクノロジです。2つのプロトコルスタック間で変換する必要がなくなるため、高い処理効率が得られ、情報の損失はほとんどありません。転換は有効なメカニズムですが、操作が複雑になり、パフォーマンスが低下します。もう1つのメリットは、いったんサービスがIPv6に移行すると、IPv4を単純に廃止できるため、将来、IPネットワークを完全にIPv6に変換することが容易になります。ただし、使用可能なIPv4アドレスが制限されている一方でIPv4とIPv6の両方が必要になるため、デュアルスタックは長期的なソリューションではありません。これが最大の困難かもしれません。さらに、デュアルスタックは、IPv4とIPv6の両方が必要であるため、関連するデバイスに対してより高い要件があります。したがって、内部ネットワークのアップグレードと再構築は、はるかに長い時間がかかる重い作業です。

MPLSトンネルを介したIPv4とIPv6の共存

トンネルは、IPv4/IPv6移行で頻繁に使用される典型的なメカニズムでもあります。つまり、あるタイプのプロトコルトラフィックを別のプロトコルパケット内にカプセル化して送信します。また、6to4(IPv6 over IPv4 Tunnel)、ISATAP(Intra Sita Automatic Tunnel Addressing Protocol)、Teredo、6PE(Intra Sita Automatic Tunnel Addressing Protocol)、6VPE(IPv6 Provider Edge)、MPLSなど、さまざまなトンネルテクニックがあります。転送速度を向上させるために、プロバイダーがMPLSをIPv4ネットワークにに導入しました。従来のIPルーティング方式と比較して、MPLSはデータを転送時に、各ホップではなくネットワークのエッジでIPパケットヘッダーのみを分析するため、処理時間が節約されます。MPLSトンネルは、IPv4ネットワークのラベルスイッチングパス(LSP)を介してIPv6ネットワークを接続します。他のトンネル方式と比較して、パフォーマンスが向上し、ルーティングが最適化されます。MPLSトンネルはさまざまな方法で実装できますが、そのうち6PE over MPLSが一般的に使用されています。6PEを使用すると、IPv4のみのMPLSコアでIPv6を実行でき、デュアルスタックPEルーターを使用します。

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図2:MPLSトンネルを介したIPv4とIPv6の共存

MPLSトンネルの長所と短所

6PE over MPLSは、便利なトンネル方式で、その主なメリットはMPLSコアデバイスに影響を与えないことです。そのため、既存のコアネットワークを完全に利用でき、アップグレードや再構築の必要がなく、コストを節約できます。CE(Customer Edge)デバイスに接続された6PEデバイスのインターフェイスは、IPv6トラフィック、IPv4トラフィックを転送するように構成することも、顧客のニーズに応じて同時に転送するように構成することもできます。これらのコアネットワークのPEデバイスは、IPv6パケットを交換していることを認識していません。ただし、MPLSトンネルにはカプセル化とカプセル化解除が必要であり、転送効率が低下します。入口と出口の計算の複雑さが増すため、大規模なアプリケーションには適していません。さらに、デュアルスタックでも言及されているIPv4アドレスの枯渇により、将来、このトンネル方式では同様の問題が発生する可能性があります。

IPv4とIPv6の共存に関する提案

IPv4とIPv6の共存を実現するには多くの戦略がありますが、この種の共存は特定の期間の移行にすぎず、IPv6の展開は長期的な戦略になる可能性があることを常に覚えておく必要があります。一方、IPネットワークでは現在IPv4が主流であり、IPv6の普及が困難だということが比較的長期間続く可能性があります。したがって、ネットワークの構成を簡素化し、コストを節約するために、互換性の問題に対処しやすい適切な方法を選択することをお勧めします。

結論

デュアルスタックは、高いパフォーマンスを可能にする直接的な方法ですが、コストが高くなる可能性があります。MPLSトンネルは元のネットワークを完全に利用できますが、計算が複雑になります。拡張性、セキュリティ、ネットワークパフォーマンス、コスト、技術的な難しさ、展開の利便性などの要因に応じて、独自のネットワークの特性に適したIPv4とIPv6の共存戦略を選択することをお勧めします。

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