IPv6アドレス体系｜コンピュータネットワーク

🎓 レベル：標準　|　重要度：B（重要） 📎 前提：IPアドレスの基礎（IPv4）

要点（BLUF）

IPv6は128ビットで、枯渇したIPv4を置き換えます。16進4桁を8グループ、コロン区切りで書きます。
0の連続は :: で1回だけ省略でき、各グループ先頭の0も省けます。
アドレスは用途別に**GUA（公開）/ULA（私設）/リンクローカル（同一リンク限定）**などに分かれ、SLAACで機器が自動生成できます。

表記と短縮ルール

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001 は次の2段階で短くします。

各グループの先頭の0を削る → 2001:db8:0:0:0:0:0:1
連続する0グループを :: で1回だけ置換 → 2001:db8::1

import ipaddress
a = ipaddress.IPv6Address("2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001")
print("compressed:", a.compressed)
print("exploded  :", a.exploded)

実行結果：

compressed: 2001:db8::1
exploded  : 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001

:: は1アドレスにつき1回だけ使えます（2回使うと0の個数が定まらないため）。

アドレスの構造とプレフィックス

一般的なユニキャストは、前半64ビットがネットワーク（プレフィックス）、後半64ビットがインターフェースIDです。IPv4の「ネットワーク部/ホスト部」に対応しますが、ホスト部が常に64ビットと広大なのが特徴です。

graph LR
  P["プレフィックス（前半64bit・/64）"]
  I["インターフェースID（後半64bit）"]
  P --- I

アドレス種別

種別	範囲（プレフィックス）	スコープ	用途
グローバルユニキャスト GUA	2000::/3	インターネット全体	公開アドレス（IPv4のグローバル相当）
ユニークローカル ULA	fc00::/7（実質 fd00::/8）	組織内	私設（IPv4のプライベート相当）
リンクローカル	fe80::/10	同一リンク内のみ	隣接通信・自動生成・必須
マルチキャスト	ff00::/8	範囲指定	1対多（ブロードキャストは廃止）
ループバック	::1	自分自身	IPv4の127.0.0.1相当

IPv6にはブロードキャストがなく、その役割はマルチキャストが担います（例 ff02::1 は全ノード）。リンクローカル（fe80::）はすべてのIPv6インターフェースに必ず1つ付き、近隣探索（NDP、ARPの後継）に使われます。

import ipaddress
# 注: 2001:db8::/32 は文書用に予約された範囲で is_private=True になる。
# ここでは実在のグローバルアドレス（Cloudflare DNS）で判定を示す。
for s in ["2606:4700:4700::1111", "fd00:abcd::1", "fe80::1", "::1"]:
    a = ipaddress.IPv6Address(s)
    kind = ("loopback" if a.is_loopback else
            "link-local" if a.is_link_local else
            "private/ULA" if a.is_private else
            "global")
    print(f"{s:20} -> {kind}")

実行結果：

2606:4700:4700::1111 -> global
fd00:abcd::1     -> private/ULA
fe80::1          -> link-local
::1              -> loopback

EUI-64 とSLAAC：自動でアドレスを作る

SLAAC（ステートレスアドレス自動設定）では、ルータが広告する**/64プレフィックスに、機器が自分でインターフェースIDを足して完成させます。インターフェースIDの古典的な作り方がEUI-64**で、48ビットMACから生成します。

手順：(1) MACを前半24bitと後半24bitに割り、間に FFFE を挿入、(2) 先頭バイトの7番目のビット（U/Lビット）を反転。

# MAC 00:1a:2b:3c:4d:5e から EUI-64 インターフェースIDを作る
mac = "00:1a:2b:3c:4d:5e".split(":")
b = [int(x, 16) for x in mac]
b[0] ^= 0b00000010                      # U/Lビットを反転
eui = b[0:3] + [0xFF, 0xFE] + b[3:6]    # 中央に FFFE を挿入
iid = "".join(f"{x:02x}" for x in eui)
iid = ":".join(iid[i:i+4] for i in range(0, 16, 4))
print("interface-id:", iid)
print("full address: 2001:db8:0:0:" + iid)

実行結果：

interface-id: 021a:2bff:fe3c:4d5e
full address: 2001:db8:0:0:021a:2bff:fe3c:4d5e

先頭が 00 から 02 に変わったのがU/Lビット反転の結果で、中央に ff:fe が挿入されています。現在はプライバシー上ランダムなインターフェースID（RFC 4941）も広く使われますが、EUI-64の仕組みはCCNAで問われます。

なぜIPv6へ移行するのか（設計の直観）

IPv4の32ビットは約43億で、世界の機器数に対し決定的に足りません。NATで延命してきましたが、NATは端点間の対等な接続（P2P）を壊します。IPv6の128ビット（約3.4×10の38乗）は枯渇の心配がなく、NATなしで端末ごとに公開アドレスを持てる世界へ戻します。アドレス自動設定（SLAAC）でDHCPなしでも繋がる手軽さも設計の狙いです。

⚠️ よくある誤解

「:: は何回でも使える」ではない。1アドレスに1回だけ。複数あると0の数が復元できません。
「IPv6にブロードキャストがある」ではない。廃止され、マルチキャスト（ff02::1 等）が代替します。
「リンクローカルは設定しないと付かない」ではない。fe80::/10 は自動で必ず付与され、近隣探索の土台になります。

対応 lab

[[networking-study/labs/03-05_ipv6.py]] — 短縮/展開・種別判定・EUI-64生成

要点（BLUF）

表記と短縮ルール

アドレスの構造とプレフィックス

アドレス種別

EUI-64 とSLAAC：自動でアドレスを作る

なぜIPv6へ移行するのか（設計の直観）

⚠️ よくある誤解

対応 lab

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