IPv6 のアドレス体系と近隣探索（NDP）

なぜアドレス枯渇だけの話ではないのか

IPv6 は単に「IPv4 のアドレスを 32ビット から 128ビット に増やした」規格ではありません。アドレス空間の拡大に合わせて、自動構成（SLAAC）、近隣探索（NDP）、ヘッダ設計までが作り直されています。とくに ARP が消えて NDP に統合された点は、L2 解決の仕組みそのものが変わったことを意味します。ここでは「なぜそう設計されたか」を内部動作から追います。

128ビットアドレスの内部構造

IPv6 アドレスは 128ビット を 16ビット ずつ8ブロックに区切り、16進数を : で表記します。先頭の 0 省略と、連続する全ゼロブロックを :: で1回だけ畳む規則があります。

決定的なのは、ユニキャストアドレスが原則 上位64ビット＝サブネットプレフィックス と 下位64ビット＝インターフェースID に二分される点です。IPv4 のように可変長でホスト部を削るのではなく、サブネットは原則 /64 固定 という前提が、後述する SLAAC を成立させます。

アドレスは用途別にスコープが分かれます。プレフィックスを見れば種別が判別でき、fe80::/10 は リンクローカル（同一リンク限定・ルーティングされない）、ff00::/8 は マルチキャスト、グローバルユニキャストは典型的に 2000::/3 です。IPv6 ではブロードキャストが廃止され、その役割は マルチキャスト に置き換わりました。

SLAAC：サーバーなしで住所が決まる

SLAAC（StateLess Address AutoConfiguration）は、DHCP サーバーに頼らずホスト自身がアドレスを生成する仕組みです。手順はおおむね次の通りです。

1. 起動時、インターフェースID から リンクローカルアドレス（fe80::/64 + ID）を仮生成する。
2. そのアドレスが同一リンクで重複しないか DAD（重複アドレス検出） で確認する。
3. ルータに RS（Router Solicitation） を送り、ルータが定期/応答で返す RA（Router Advertisement） から /64 プレフィックスを受け取る。
4. 受け取ったプレフィックスと自分のインターフェースID を結合し、グローバルアドレス を構成する。

つまり「プレフィックスはネットワーク（ルータ）が、ホスト部はホスト自身が」決める分業です。インターフェースID は古くは MAC を 64ビット に拡張する EUI-64 で作りましたが、MAC からの追跡を避けるため、現在は RFC 7217 の安定ランダム ID や RFC 8981 のプライバシー一時アドレス が主流です。

NDP が ARP を置き換える仕組み

NDP（Neighbor Discovery Protocol）は ICMPv6 上に定義され、ARP・ICMP リダイレクト・ルータ発見を1つに束ねたものです。ARP がデータリンク層のブロードキャストに依存していたのに対し、NDP は ソリシテッドノードマルチキャスト を使う点が本質的な違いです。

宛先 IPv6 アドレスの下位24ビットを ff02::1:ff00:0/104 に連結したグループ宛てに送るため、リンク全体ではなく「下位24ビットが一致しうるごく少数のホスト」だけが割り込みを受けます。ブロードキャストで全端末を起こす ARP より、無関係なホストの負荷が小さく済みます。

主要メッセージは4種です。NS（Neighbor Solicitation） が「このアドレスの MAC は？」、NA（Neighbor Advertisement） がその応答で、ARP の Request/Reply に対応します。RS/RA はルータ発見とプレフィックス配布を担います。

NDP は到達性も管理します。NUD（近隣到達不能検出） は、上位層が「通信できている」と示すヒントやNSの再送で隣接エントリの状態を REACHABLE / STALE / PROBE と遷移させ、相手がいなくなった経路を能動的に検知します。ARP テーブルが基本「期限切れまで放置」だったのと比べ、状態機械として近隣を追う設計です。

DAD：自分のアドレスを名乗る前の確認

DAD は、生成したアドレスの 重複 を使い始める前に検出する手続きです。送信元アドレスを未指定（::）にした NS を、自分が使おうとしているアドレスのソリシテッドノードマルチキャスト宛てに送り、誰かが NA で「それは私が使っている」と返せば、そのアドレスは使えないと判断します。応答がなければ確定して使い始めます。IPv4 にも Gratuitous ARP がありましたが、DAD は標準手順として組み込まれている点が異なります。

拡張ヘッダ：固定本体と数珠つなぎの設計

IPv6 の基本ヘッダは 40バイト固定 で、IPv4 にあった可変オプションやヘッダチェックサムを廃しました。固定長なのでルータがフィールド位置を計算なしで読め、転送が速くなります。オプション機能は 拡張ヘッダ を本体とペイロードの間に 数珠つなぎ にして表現します。

各ヘッダの Next Header フィールドが「次に何が続くか」を指し、Hop-by-Hop Options（経路上の全ルータが処理）→ Routing → Fragment → 上位プロトコル（TCP/UDP）のように連鎖します。中継ルータは原則 Hop-by-Hop 以外を読み飛ばせるため、深い検査の負荷を端点に寄せられます。

注目すべきは フラグメント処理の移動 です。IPv4 はルータが途中で分割できましたが、IPv6 では 中継ルータは分割せず、必要な分割は送信元が Fragment 拡張ヘッダで行います。経路の最小 MTU は Path MTU Discovery で事前に求めるのが前提で、ここは MTU とフラグメンテーション の理解がそのまま効きます。

つまずきポイント

• /64 を割らない：プレフィックスを /64 より長くすると SLAAC が動かなくなる。サブネット境界は /64 に揃えるのが原則。
• リンクローカルは必須：通信できないと感じても fe80:: は必ず存在する。NDP 自体がリンクローカルで動く。
• ブロードキャストを探さない：IPv4 の 255.255.255.255 相当はない。「全ノード」は ff02::1 マルチキャストで表す。
• チェックサムは上位層任せ：基本ヘッダにチェックサムがないぶん、UDP のチェックサムは IPv6 では省略不可になっている。

アドレス構造は IPアドレスとサブネット の延長線上にあり、L2 解決は ARP との対比で捉えると、IPv6 が「拡張」ではなく「再設計」であることが見えてきます。

# 自分のIPv6アドレス（リンクローカル/グローバル/一時）を確認
ip -6 addr show

# NDP の近隣キャッシュ（ARPテーブル相当）を表示
ip -6 neighbor show

# ルータ広告(RA)で受けたデフォルトゲートウェイを確認
ip -6 route show default