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IPv6・アドレス変換・ICMP

IPv6・アドレス変換・ICMP

2026.10.09

このページでは、IPv6のアドレスとヘッダの特徴、NATとNAPTによるアドレス変換、エラーを知らせるICMPのメッセージとpingなどのコマンドがわかります。

  • 一言で言うと：
    • ネットワークを越えて届けるためのIPと、その住所であるIPアドレスの話
    • IPアドレスを「ネットワーク部」と「ホスト部」に分ける方法（クラス → サブネットマスク → CIDR）、足りなくなったアドレスへの対策（IPv6、NAT・NAPT）、エラーを知らせるICMPが出てくる

IPの性格とヘッダ（IP）→ 住所の形（IPアドレス・クラス・特殊なアドレス）→ 住所の区切り方（サブネットマスク・CIDR）→ 住所不足の対策（IPv6・NAT・NAPT）→ エラーの連絡係（ICMP・ping）

覚え方の軸

  • IPv6は「長く・簡単に・安全に」
    • 128ビット（16進数で「:」区切り）、基本ヘッダは固定長でシンプル、IPsecに標準対応
    • 名前の付け替えに注意：TTL → ホップ・リミット、プロトコル番号 → 次ヘッダ、ヘッダチェックサムはなくなった
  • NATとNAPTは「1対1か、ポートで1対多か」
    • NATは、プライベートとグローバルを1対1で変換
    • NAPT（IPマスカレード）は、ポート番号も書き換えて、1つのグローバルIPアドレスを複数台で共有

IPv6とアドレス変換技術：住所不足への対策（★）

  • IPv4の問題：
    • いろいろな問題があるが、最も大きいのは、32ビットのIPアドレス空間によるアドレスの枯渇
    • そこで、IPアドレスを無駄にしない技術や、IPアドレスの数を増やす技術が大事になっている

① IPv6

  • IPv6：
    • IPアドレスの枯渇問題に対応する本命技術
    • 今使われているIPv4に代わる、次世代のIP
  • IPv6の特徴：
    • IPアドレスを128ビットに広げ、家電などにもIPアドレスを振る道を開いた
    • IPヘッダでは、ルーティングに不要なフィールドを拡張ヘッダに分離して、基本ヘッダを簡素かつ固定長にし、ルータなどの負荷を減らした
    • セキュリティ機能として、IPsecに標準対応した（IPv4ではIPsec対応はオプションだった）
  • IPsec：
    • ネットワーク層で、暗号化、認証、改ざん検出をするセキュリティプロトコル（セキュリティ分野で扱う）

IPv4から仕様変更された主な内容（★）

  • アドレス空間：
    • 32ビットから128ビットに拡張
  • ヘッダ：
    • ルーティングに不要なフィールドを拡張ヘッダに分離し、基本ヘッダを簡素かつ固定長にして、ルータなどの負荷を軽減
  • セキュリティ：
    • IPレベルのセキュリティ機能IPsecに標準対応
  • 自動設定：
    • IPアドレスの自動設定機能を組み込んだ
  • エニーキャストの追加：
    • 特定グループのうち、経路上最も近いノード、あるいは最適なノードにデータを送るエニーキャストを追加
  • IPアドレスの自動設定：
    • IPv6では、DHCPv6（IPv6用のDHCP）を使わなくても、自動設定ができる
    • ICMPv6に決められた近隣探索メッセージを使い、ルータからの情報（Router Advertisement：RA）を受け取ることで設定する

② IPv6のIPアドレス

  • IPv6のアドレス表記：
    • IPv4は、8ビットごとに「.」で区切って10進数で書く
    • IPv6は、128ビットなので、16ビットごとに「:」で区切り、16進数で書く
  • ひっかけ注意：
    • 「アドレス空間がIPv4の4倍の128ビット」という言い方を見かけるが、4倍なのはビット数（32 → 128）
    • アドレスの個数は、2¹²⁸ ÷ 2³² ＝ 2⁹⁶倍（約7.9 × 10²⁸倍）。けた違いに多い

IPv6のアドレス表記の省略ルール

  1. 元の形：
    • FFFF:FFFF:0000:0000:0000:0000:0000:FFFF
  2. 各ブロックの先頭の0を省く：
    • 各ブロックの先頭から続く0は、1つを残して省略できる
    • FFFF:FFFF:0:0:0:0:0:FFFF
  3. 0のブロックの連続を「::」にする：
    • 0のブロックが続く場合は、1か所に限り「::」で省略できる
    • FFFF:FFFF::FFFF
  • 「::」が1か所だけの理由：
    • 2か所で使うと、それぞれ何ブロック省いたのかわからなくなるから
  • 例：
    • 2001:0db8:0000:0000:0001:0000:0000:0001 は、2001:db8::1:0:0:1 と書ける（「::」は長いほうの連続に使う）

プレフィックス

  • IPv6のプレフィックス：
    • IPv6でも、どこまでがネットワークアドレス（ネットワークプレフィックス）で、どこからがホストアドレス（インタフェース識別子）かを見分けることが大事
    • IPv6には、IPv4型のサブネットマスクはない
    • プレフィックスで、ネットワークアドレス部の長さを表す
    • 例えば、「2001:db8:100:1000::/56」なら、ネットワークアドレス部は先頭から56ビット
  • IPv6アドレスの構成：
    • グローバルルーティングプレフィックス（nビット）＋ サブネット識別子（mビット）＋ インタフェース識別子（128 − n − mビット）
    • グローバルルーティングプレフィックスとサブネット識別子をあわせて、ネットワークプレフィックスという

IPv6のアドレスの種類（★）

種類 中身
ユニキャストアドレス 1つのノードに送るためのアドレス。インタフェース識別子（64ビット）には、48ビットのMACアドレスを組み込んで使うことが多い
エニーキャストアドレス ユニキャストアドレスを2つ以上のノードに割り当てたアドレス。IPv6ルータしか扱えない。指定されると、発信元に最も近い1つのノードだけがパケットを受け取る
マルチキャストアドレス 複数の送信先に同じデータを送るためのアドレス。上位8ビットが11111111（プレフィックス表記でFF00::/8）。ノードをグループ化するために使う
  • IPv6にブロードキャストがない理由：
    • ブロードキャストはネットワーク資源を浪費するので、IPv6では基本的にマルチキャストを使う
  • エニーキャストの例え：
    • 「最寄りのコンビニ」宛て。同じ名前の店が何軒もあっても、いちばん近い1軒にだけ届く
  • 注意（新しい情報）：
    • 「エニーキャストアドレスはIPv6ルータしか扱えない」という制限は、古い規格（RFC 3513）のもの。今の規格（RFC 4291）では、この制限はなくなっている
    • 試験では、上の表のとおり覚えておけばよい

③ IPヘッダ（IPv6）

  • IPv6ヘッダ：
    • IPv4で結局使われなかった機能をカットし、シンプルに作られている
  • IPv6ヘッダの項目：
    • バージョン、優先度、フロー・ラベル、ペイロード長、次ヘッダ、ホップ・リミット、送信元アドレス（128ビット）、宛先アドレス（128ビット）、拡張ヘッダ
  • IPv6ヘッダの構成：
    • 基本ヘッダ（40バイト固定長）と、拡張ヘッダでできている
    • 拡張ヘッダは、暗号化や認証など、種類ごとに用意されている
    • 次に続くヘッダの種類を次ヘッダフィールドに書くことで、いろいろな拡張ヘッダを数珠つなぎに続けられる

IPv4からの名前の変更（★ひっかけ注意）

IPv4 IPv6 中身
プロトコル番号 次ヘッダ 拡張ヘッダがあれば、その拡張ヘッダの種類。なければ、上位プロトコルの種類（プロトコル番号）
TTL ホップ・リミット パケットの生存時間（通過できるルータの最大数）
ヘッダチェックサム なし ヘッダの誤りを検出するチェックサムはなくなった
  • IPv4からIPv6への移行：
    • IPv4を一度にIPv6へ切り替えるのは現実的ではない
    • だから、利用者が少しずつIPv6へ移行できるよう、IPv4でIPv6パケットをカプセル化して送れるようになっている（プロトコル番号41がIPv6）

④ アドレス変換技術（NAT、NAPT）

  • アドレス変換技術：
    • インターネットにつながるノードには、IPアドレスが必要
    • でも、組織に1つのIPアドレスがあれば、IPアドレスを割り当てられていないノードからもインターネットにつなげる技術がある
    • 代表が、NAT（Network Address Translation）とNAPT（Network Address Port Translation）

アドレス変換技術（★）

技術 中身
NAT グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレスを1対1で相互に変換する。複数のノードが同時にインターネットにつなぐ場合は、同じ数のグローバルIPアドレスが必要
NAPT（IPマスカレード） NATの考え方に、TCP/UDPのポート番号を組み合わせたもの。プライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスに変換すると同時に、TCP/UDPポート番号を別の番号に書き換えることで、1つのグローバルIPアドレスで、プライベートIPアドレスを持つ複数のノードが同時にインターネットにつなげる
  • NAPTの呼び方：
    • IPマスカレード（IP masquerade）とも呼ばれる
    • 試験では「NAPT（IPマスカレード）」と書かれることが多い
  • NATとNAPTの例え：
    • NATは、社員1人に外線番号を1つずつ割り当てる。同時に10人が外線をかけるなら、外線番号が10個いる
    • NAPTは、代表番号1つで、内線番号（ポート番号）を付けて区別する。家庭のWi-Fiルータは、これで家族全員のスマホをインターネットにつないでいる

ネットワーク層のプロトコル（ICMP）：エラーを知らせる係（★）

  • ICMP（Internet Control Message Protocol）：
    • IPパケットの送信処理でのエラーの通知や、制御メッセージを転送するためのプロトコル

ICMPメッセージの種類（★）

タイプ メッセージ
タイプ0 エコー応答（Echo Reply）
タイプ3 到達不能（Destination Unreachable）
タイプ5 経路変更要求（Redirect）
タイプ8 エコー要求（Echo Request）
タイプ11 時間超過（TTL equals 0）
  • タイプ5の経路変更要求（リダイレクト）：
    • 例えば、転送されてきたデータを受け取ったルータが、そのネットワークの最適なルータを送信元に知らせて、経路の変更を頼むときに使う
    • 例えば、道を聞かれた人が「それなら、あっちの交番で聞いたほうが早いよ」と教える
  • タイプの覚え方：
    • pingは「8（要求）を送って、0（応答）が返る」
    • TTLが0になったら11（時間超過）
  • ICMPv6：
    • IPv6で使うICMPv6には、IPv4のARPに当たるMACアドレス解決機能や、マルチキャスト機能などが含まれている

① ICMPを使ったping

  • ping：
    • ICMPを使っているコマンド
    • あるノードが、IPで他のノードときちんと結ばれているかを確かめる
  • pingがICMPを使う理由：
    • IPはコネクションレス型なので、それ自身では疎通を調べる機能を持たない
    • それを補うのがICMP
  • pingの仕組み：
    • ICMPのエコー要求、エコー応答、到達不能メッセージなどで、通信相手との接続性を確かめる
  • pingの使い方：
    • 「ping 192.168.0.1」のように、疎通を確かめたい相手のアドレスを指定する
    • DNSなどの名前解決が使える環境なら、アドレスの代わりにドメイン名でもよい
  • pingの例え：
    • 山びこ。「やっほー（エコー要求）」と叫んで、「やっほー（エコー応答）」が返ってくれば、向こうまで声が届いているとわかる

その他のネットワーク管理コマンド

コマンド 何をするか
arp ARPテーブルの内容を表示、削除、追加する。例えば「arp -a 192.168.0.1」で、192.168.0.1に対応するMACアドレスを表示・確認できる
ifconfig IPネットワークの設定情報（自分のIPアドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイなど）を表示、または設定（変更）する。Windowsではコマンド名がipconfig
netstat ネットワークの通信状況を調べる
nslookup DNSサーバの動作状態（名前解決ができるかなど）を確かめる
route ルーティングテーブルの内容を表示、または設定（変更）する
  • 注意（新しい情報）：
    • 今のLinuxでは、ifconfig・netstat・route・arpは古いコマンドとされ、代わりに「ip」コマンド（ip address、ip route など）や「ss」コマンドが使われることが多い
    • 試験では、上のコマンド名で覚えておけばよい

混同しやすいペア

  • IPv4 ／ IPv6
    • IPv4は、32ビット、10進数で「.」区切り。IPsecはオプション。ヘッダチェックサムあり
    • IPv6は、128ビット、16進数で「:」区切り。IPsecに標準対応。基本ヘッダは40バイト固定長で、チェックサムなし
  • DHCPv6 ／ RA（Router Advertisement）
    • DHCPv6は、IPv6用のDHCPで、サーバからアドレスをもらう
    • RAは、ICMPv6の近隣探索で、ルータからの情報を受け取って自分で設定する
  • NAT ／ NAPT（IPマスカレード）
    • NATは、IPアドレスだけを1対1で変換する
    • NAPTは、ポート番号も書き換えて、1つのグローバルIPアドレスを複数のノードで共有する
  • ICMPタイプ0 ／ タイプ8
    • タイプ0は、エコー応答
    • タイプ8は、エコー要求
  • ICMPタイプ3 ／ タイプ5 ／ タイプ11
    • タイプ3は、到達不能
    • タイプ5は、経路変更要求（リダイレクト）
    • タイプ11は、時間超過（TTLが0）
  • ICMP ／ ICMPv6
    • ICMPは、IPv4のエラー通知や制御メッセージ
    • ICMPv6は、それに加えて、ARPに当たるMACアドレス解決やマルチキャストの機能も持つ
  • ifconfig ／ ipconfig
    • ifconfigは、UNIX・Linuxのコマンド
    • ipconfigは、Windowsのコマンド（同じくIP設定の表示）
  • netstat ／ nslookup ／ route
    • netstatは、通信状況を調べる
    • nslookupは、DNSの名前解決を確かめる
    • routeは、ルーティングテーブルを表示・設定する

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