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技術者のためのIPv6セミナー 2009

IPv6 ネットワーク設計事前に俯瞰しておくこと

2009.3.13

ai-nakagawa at kddi dot com

中川あきら / KDDI

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はじめに

この資料は話者の所属する組織の方針を示すものではありません。

話者がインターネットコミュニティーにおける様々な活動で得た情報の中から一部をご紹介するためのものです。

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Agenda

① 枯渇期の IPv4/IPv6 ネットワークモデルの一例

② 日本国内IPv6アクセスネットワークモデルの一例

③ 日本国内IPv6家庭用ルーター関連の動向

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Geoff Huston の枯渇予測

あと2～3年でIPv4アドレスが枯渇する。お客さまには混乱無くサービスをご利用いただきたい。

http://www.potaroo.net/tools/ipv4/

枯渇

IANA在庫

RIR(APNIC等)在庫の合計

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アドレス枯渇のイメージ

IPアドレス割り振り終了後、事業者は事業の拡張ができなくなる。

各ISPが保有するIPv4 Global Address

ISPの需要

JPNICからの割り振り

JPNIC枯渇

2010～2011頃IANA枯渇

×割り振り上限

不足

IPv4枯渇

JPNICからの割り振り

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IPv4Private Address

現在の典型的なネットワーク

IPv4 Global Address

お客様LAN

ISP

4G

IPv4Private Address

IPv4Private Address

GW GW GW

GW : HGW (Home Gate Way)・Fire Wall等

お客さまのLANは IPv4 Private Address、ISP網内は IPv4 Global Address で構成されている

アクセス回線

IPv4 Internetへ

4G

4P

4G

4G

4G

4G

4G

4P4P

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アドレス枯渇後の問題点

何も手を打たなければ、ご新規のお客さまはISPのサービスにご加入いただけなくなる。

IPv4Private Address

IPv4 Global Address

お客様LAN

ISP

IPv4Private Address

GW GW

アクセス回線

既存のお客さま既存のお客さま新規ご加入不可

このアドレスが無い !!

IPv4 Internetへ

4G

4G

4G

4G

4G

4G

4G

4P4P

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v4サーバー等

IPv6への移行 ?

当面 IPv4-only の通信相手が残るため、お客様に IPv6に完全移行していただくことができない

IPv6-only のお客様 v6パソコン等

v6

v4

IPv4-only の通信相手

×IPv4-IPv6の互換性無し

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IPv4接続性維持の対策 (1)

Large Scale NAT (LSN) + Shared Addressの組み合わせで事業を拡張する

IPv4Private Address

IPv4 Global Address

お客様LAN

ISP

IPv4Private Address

GW GW

アクセス回線

既存のお客さま既存のお客さま

IPv4Private Address

GW

Global Addressを必要としないお客さま

Shared Address(詳細は次頁)

IPv4 Internetへ

4G

4G

4G

4G

4G

4P4P

4S

4S

NAT変換

Global

Shared AddressLSN

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IPv4接続性維持の対策 (2)

Translatorで事業を拡張する

IPv4Private Address

IPv4 Global Address

お客様LAN

ISP

IPv4Private Address

GW GW

アクセス回線

既存のお客さま既存のお客さま

IPv6-onlyPrivate Address

GW

新規のお客さま等

IPv6

IPv4 Internetへ

4G

4G

4G

4G

4G

4P4P

6

6

IPv6/IPv4変換

IPv6Translarotr

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IETFで議論されている各種ネットワークモデル(抜粋)

IPv6

v4(G)

v4(G)

お客さま

ISP

IPv4Internet

v4(P)

v4(G)

IPv6

HGW

v4(G)

v4(P)

v4(G)

v4Shared

HGW

v4(G)

v4(P)

v4(G)

HGW

v4(G)

(Translator)

プロトコル変換NAPT

変換LSNLSNA+P対応

Router

v4(G)+

Port

Address + PortでRouting

A+P

LSN:Large Scale NAT

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NAT444 Network Model

v4(P) +Softwire

etc.

ISP

CPE

Internet

v4(G) v6

LSN

SharedAddress

v4(G)

v6

v4(P)

CPE

V4(P) +v6

CPE

DefinitionIt is a network model that uses ISP NAT44 and CPE NAT44.

IPv4 Address between LSN & CPE could be any IPv4 Address.We propose Shared Address.

Supposed to co-exist with IPv6 network.

*1)LSN : Large Scale NAT

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ISP Shared Address とは

最小サイズ : /10

複数のISPによって使われる(シェアーされる)ブロック。

従来のプライベートアドレスの拡張ではない。

IETFに共同提案中。

枯渇時に LSN*1～お客さま間で利用する使うISP専用のアドレス空間。

*1) LSN: Large Scale NAT

LSN

Internet

LSNLSN

Global

Shared

お客様

ISP-A ISP-B

Global

Global

Shared Shared

HGW HGW HGW

プライベート

プライベート

プライベート

お客様

HGW HGW HGW

プライベート

プライベート

プライベート

HGW

プライベート

お客様

Global

ISP-C

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(解説) Routing の動作

IP Address のみを見てパケットを転送する。

IP Address / Port番号共に書き換えない

Router発側端末着側端末IP :APort:a

IP :X IP :Y IP :ZPort:z

A Za z

DASADPSP

A Za z

DASADPSP

ZA za

DA SA DP SP

ZA za

DA SA DP SP

往路

復路

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(解説) NAT の動作

SA (Source Address)が書き換えられる

NAT発側端末着側端末IP :APort:a

IP :X IP :Y IP :ZPort:z

Y Za z

DASADPSP

ZY za

DA SA DP SP

往路

復路

色塗り :着目ポイント

ZA za

DA SA DP SP

A Za z

DASADPSP

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(解説) NAPT の動作

SA (Source Address)及び SP (Source Port)が書き換えられる

NAPT発側端末着側端末IP :APort:a

IP :X IP :YPort:y

IP :ZPort:z

Y Zy z

DASADPSP

ZY zy

DA SA DP SP

ZA za

DA SA DP SP

往路

復路

色塗り :着目ポイント

A Za z

DASADPSP

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(解説) Large Scale NAT の動作

複数のお客様で NAPT出側のPort番号空間yを共有するため、ISPは Port番号の枯渇管理コストがかかる

LSN 着側端末

お客さま１ IP:A Port:aお客さま２ IP:B Port:bお客さま３ IP:C Port:c

IP :X IP :YPort:y

IP :ZPort:z

Y Zy z

DASADPSP往路

お客さま１

Y Zy zお客さま２

Y Zy zお客さま３

限りあるPort番号を共有

A Za z

DASADPSP

B Zb z

C Zc z

LSN:Large Scale NAT

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(解説)Translator動作の一例 (v6→v4方向）

(※1) ⑥ 通知を行う製品もある。

2001:268:b::1

2001:268:a::5.6.7.8

v6DA v6SA v4DA v4SA

2001:268:a::5.6.7.8

2001:268:b::1

v6DAv6SA v4DAv4SA

5.6.7.81.2.3.4

5.6.7.812.3.4

IPv6 NWIPv4 NW

v4Server

v6Client

DNSProxy

Translator

DNS

v6=2001:268:b::1 v6=2001:268:a::5.6.7.8

① www.kddi.com ( AAAA Record )

⑤ www.kddi.com = 2001:268:a:5.6.7.8

② www.kddi.com ( AAAA Record )

( AAAA Record (IPv6 Add.) があれば IPv6 Add.を返す )③ www.kddi.com = 5.6.7.8

④ 2001:268:a::5.6.7.8 = 5.6.7.8 ヒモ付ける

⑥ なし (※1)

⑦ Sending Packets

v4=1.2.3.4 v4=5.6.7.8

⑨ Sending Packets

www.kddi.com

⑧ v6 Add.内の 5.6.7.8 を v4 Add.の宛先にコピー

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(解説)Translator動作の一例 (v4→v6方向）

2001:268:b::1

2001:268:a::1

v6DA v6SAv4DA v4SA

2001:268:a::1

2001:268:b::1

v6DAv6SAv4DAv4SA

5.6.7.81.2.3.4

5.6.7.812.3.4

IPv6 NWIPv4 NW

v6Server

v4Client

DNSProxy

Translator

DNS

v6=2001:268:b::1 v6=2001:268:a::1

① www.kddi.com (A Record)

⑤ www.kddi.com = 5.6.7.8

( A Record (IPv4 Add.) があれば IPv4 Add.を返す )③ www.kddi.com = 2001:268:a::1

④ 5.6.7.8 = 2001:268:a::1 ヒモ付ける

⑥ 5.6.7.8 = 2001:268:a::1

⑦ Sending Packets

v4=1.2.3.4 ※ v4=5.6.7.8

⑧ Sending Packets

www.kddi.com

※v4写像アドレス(5.6.7.8の部分)は v6 Server の数だけ必要となる。v6 Serverが1000台あれば1000個必要

② www.kddi.com ( A Record )

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A+P ( Address + Port )の概念

IP Addressで足りない桁数を Port番号で補完する方式

IP Addr.

Port IP Addr.

32ビットでは足りない

32ビット

Port番号の一部をあたかも IPアドレスのように使い、32bit+α

v4(P)

v4(G)

v4(G)

A+P対応

Router

v4(G)+Port

1.2.3.4+2

お客さま

ISP

IPv4Internet

v4(P)

A+P対応 HGW

1.2.3.4+1A+P対応 HGW

1.2.3.1+1

IPv4パケット

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Agenda




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各種ブロードバンドサービスの契約数の推移

http://www.soumu.go.jp/s-news/2008/080917_2.html

FTTHが伸び続けている

KDDIのサービス

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FTTH シェアの比較

NTT東西様のアクセスネットワークが日本国内で大きな影響力を持つ。

http://www.soumu.go.jp/s-news/2008/080917_1.html

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日本のNGN IPv6接続に関する協議の経過

総務省主催「インターネットの円滑なIPv6移行に関する調査研究会」(2008.4.1)における要求事項抜粋

2008年夏までにISPとアクセス事業者間でIPv6接続方式の合意形成

2008年中に対応化計画を策定

2010年までにネットワークの IPv4/IPv6対応他

同研究会にJAIPA(*)がいわゆる“JAIPA3案”を提案

その後、JAIPA と NTT東西間で接続方式の協議

「インターネット政策懇談会作業部会」(2008.8.25)

合意形成を2008年12月に延期することを決定

JAIPA/NTT東西共催によるISP向け説明会 (2009.2.6)

(*) JAIPA : 社団法人日本インターネットプロバイダー協会出展 : http://www.soumu.go.jp/joho_tsusin/policyreports/chousa/ipv6/080401_2.html

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JAIPA、NTT東西それぞれの方針(抜粋)

JAIPA側

ISPの事業は継続可能であるべきである。

案3ではISPとしての事業継続性に重大な懸念が生じる。

案2を前提としてNTT東西様と協議を進める。

NTT東西様側

具体的なご要望を明確にしていただき一定の前提条件を確定したうえで、各案に対する詳細な技術検討を実施する。

今年中にISP殿が実現方式を確定できるよう進めていきたい。

技術的な検討以外においても、JAIPA殿と協力して引き続き協議を深めていくこととする。

http://www.soumu.go.jp/joho_tsusin/policyreports/chousa/internet_policy/pdf/081024_2_si7-1.pdf

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JAIPA 案1

http://www.soumu.go.jp/joho_tsusin/policyreports/chousa/ipv6/pdf/080401_2_si4-4.pdf

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JAIPA 案2


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JAIPA 案3


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JAIPA３つの案の比較 (IPv6 ISP接続の視点)

JAIPA 案1

T

T

JAIPA 案2

メール等のサーバー他

JAIPA案3

IPv6 Internet

各ISP

NGN(アクセス網)

お客様

T :トンネル終端

(ISPが設置)

(ISPが設置)

(NTT東西殿が設置)

(NTT東西殿が設置)

T

T

JAIPAはこの案に絞ってNTT東西殿と交渉中

IPv4のフレッツと似たモデル

IPv6 InternetIPv6 Internet

(L3)

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JAIPA３つの案の比較 (NGN接続の視点)

JAIPA 案1/案2 (トンネル方式) JAIPA案3(ネイティブ方式)

NGN

T

T

各ISP

NGN(アクセス網)

お客様ネットワーク

T :トンネル終端

IPv6 Internet

NAT

NGN(Layer3)

IPv6 Internet

HGW

NAT : IPv6/IPv6 NAT

ISPWEB等

HGW

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JAIPA"案３"の概要

詳細

メール等のサーバー他

NGNアクセス(Layer3)


ISP-AWEB等

ISP-BWEB等

ISP-CWEB等


ISP-AWEB等

ISP-BWEB等

ISP-CWEB等

主信号はNGNから直接Internetへ

IPv6 Internet

ISP

サーバー等

並び

替え

IPv6 Internet IPv6 Internet

•公正競争上の懸念•ISPは、ビジネスモデルを大きく変えることになる。

前々ページ右側の図より

お客様Network

お客様Network

お客様Network

ISPブランド

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ISPWEB等ISP

WEB等

"案4"の概要

案3

NGN(Layer3)

IPv6 Internet

HGW

ISPWEB等

案4

NGN(Layer3)

IPv6 Internet

HGW

代表ISPA

代表ISPB

代表ISPC

HGW

ISPWEB等ISP

WEB等ISP

WEB等

日経コミュニケーション 2009年 3/1号より

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(解説) Multi Prefix とは

ISP-A2001:A/32

ISP-B2001:B/32

Prefix = a

IPv6 Address = a::1

Prefix = b

IPv6 Address = b::1

IPv6の仕様上、1つのインターフェースに複数のIPv6アドレスを付与することができる。

HGW

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(解説)パケットの往復の仕組み

送信ノード

受信ノード

IP Address2001:X::1

IP Address2001:Y::1

往路パケット

2001:Y::1

DA2001:X

::1

SA

復路パケット

2001:Y::1

2001:X::1

DA SA

送信PacketのSAを返信PacketのDAにコピーする

注) SA : Source AddressDA ; Destination Address

往路パケットのSA(Source Address)が復路のDA(Destination Address)にコピーされる

CopyCopy

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通信が成立するマルチプレフィックス (1)

ISP-B の Prefix (b) を使って ISP-B 側に送信すると、そのパケットの復路は ISP-B経由となる。(正常)

ISP-A2001:A/32

ISP-B2001:B/32

IPv6 Internet

Prefix=a

IP Add=a::1

Prefix=b

IP Add=b::1

SA=b::1 DA=b::1

往路と復路で同じISPを経由するパターン


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通信が成立するマルチプレフィックス (2)

ISP-A の Prefix a を使って ISP-B 側に送信すると、そのパケットの復路は ISP-A経由となる。

(注)実際のInternetでは ISP-A のお客様が送信するパケットは ISP-B の入り口でフィルターアウトされてしまうことがある。

ISP-A2001:A/32

ISP-B2001:B/32

IPv6 Internet

IP Add=a::1 IP Add=b::1

SA=a::1DA=a::1

往路と復路で違うISPを経由するパターン


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閉域網とのマルチプレフィックスの課題 (1)

Internet宛の往路パケットを閉域網に投げ込んでしまうと、Internet に届かない。

ISP-A2001:A/32

ISP-B2001:B/32

IPv6 Internet


×閉域網

往路パケットを閉域網に送り込んでしまう


宛先はここ

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ISP-B2001:B/32

閉域網とのマルチプレフィックスの課題 (2)

往路PacketのSAが復路側ISPのPrefixである場合、復路は接続性のない閉域網宛となってしまう。

ISP-A2001:A/32

IPv6 Internet


SA=a::1

DA=a::1

？

閉域網

復路パケットが閉域網宛になってしまう


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ISPｱﾄﾞﾚｽﾌﾞﾛｯｸ B

ISPｱﾄﾞﾚｽﾌﾞﾛｯｸ B

ｱﾄﾞﾚｽﾌﾞﾛｯｸ A

ISP～NGN接続でのMulti-Prefixの課題

Internet宛のパケットが閉域網のNGN側に送出されるとパケットは Internet には届かない。

IPv6 Internet

IP Add = a IP Add = b

×NGN

閉域網

Internet宛のパケットInternetに届かない Internetからのパケットが戻ってこない

ｱﾄﾞﾚｽﾌﾞﾛｯｸ A

IPv6 Internet

IP Add = a IP Add = b

SA=a::1

DA=a::1

NGN側のアドレス(a::1)をつかんだ状態でパケットが Internet宛に送出されると、戻りのパケットは閉域網のNGNにブロックされる

×NGN

閉域網

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Agenda




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背景

家庭内用のIPv6接続機器の仕様検討が様々な団体において展開されている。•ケーブルラボ•ブロードバンドフォーラム•IETF etc.

業界を横断した検討がされていない。業界内の各社は検討の必要性を感じている。

海外国内

家庭用ルーターのIPv6対応における問題点の共有などの議論が国内でも必要である。

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IPv6家庭用ルーターSWGの概要

目的

インターネット利用者がスムーズにIPv6環境に対応できるようにISPのIPv6サービス提供に必要な家庭内ルーター機能のベースライン（最小限の共通認識）をインターネット利用者の視点からまとめること。

成果物

IPv6対応家庭用ルーター推奨スペックガイドライン

英語版も想定

進め方

家庭用ルーターベンダ、ISPおよびアクセス系事業者等の立場から検討する。

国際的な動向を考慮する。

ケーブルラボ

ブロードバンドフォーラム

IETF など

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対象とするネットワーク環境

主としてIPv6家庭用ルーター装置を利用する環境

対象外の例

企業ネットワーク

ホットスポット等の公共のネットワーク

家庭用ルーター無しのネットワーク

多段NATを併用したネットワーク

IPv6家庭用ルーターは拡張性を十分考慮した上で、最低限の機能を想定する。

ISP

LAN

家庭用ルーター

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体制

主査荒野高志インテック・ネットコア

Chair 北口善明インテック・ネットコア

Co-Chair 印南鉄也ソフトバンクBB

中川あきら KDDI

藤崎智宏 NTT

想定する参加者

家庭用ルーターベンダやISPおよびアクセス系事業者等

本SWGの趣旨に賛同いただける方

IPv6協議会以外の参加も可能

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議論の項目案（1/2）

アドレス割り当て手法

ISP側のアドレス空間や割り当てプレフィックス長

ダイナミックなアドレス割り当てに関する議論

DNSプロキシ／リゾルバ機能

キャッシュと問い合わせトランスポートの議論

EDNS0やデュアルスタックなトランスポートの必要性

宅内ネットワーク設定

DHCPv6やRAなどによる各種ネットワーク情報配布

デュアルスタック時の配布DNSサーバアドレスや配布するDNSプロキシのアドレスに関する議論

プロバイダ接続機能

マルチセッションによるマルチプレフィックス環境

デフォルト経路の配布手法

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議論の項目案（2/2）

端末アドレス管理機構

ダイナミックDNS、UPnP、mDNS

マルチキャスト機能

ルーティング機能

QoS機能

宅内トランスレータ機能

要求される機能に関する議論

ファイアウォール機能

SPI機能やパケットフィルタリング機能

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スケジュール

検討期間・課題整理・情報収集・仕様検討

作成期間・ドキュメント

作成

修正期間・外部機関との

意見交換・清書

SWG発足

対外発表等

2008年10月

11月 12月2009年1月

2月 3月 4月

★(9/25)

成果物完成 (3月末)★

本日3月13日 ★成果物作成中

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ガイドライン検討のたたき台イメージ (抜粋)

本セクションは、家庭用ルーターSWG発足以前に、立ち上げメンバーで作成したものであり、SWGの中間報告やアウトプット等ではありません。

内容の精度について保証するものではなく、イメージをご紹介するものです。

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1. アドレス割り当てプレフィックス (1)

概要

ISP～家庭用ルーター間、家庭用ルーター～宅内機器間に付与するIPv6アドレスのプレフィックスサイズをそれぞれ整理する

ISP→家庭用ルーター→宅内機器へのアドレス分配方式を整理する

前提

宅内にIPv6家庭用ルーターを設置するモデルを前提とする

ISP

R

LAN

ISP

お客様

端末

DSU等

家庭用ルーターモデル

フロアー等の場所や目的毎にネットワークを分割したい場合など

家庭用ルーターにセキュリティー等の機能を持たせたい場合

Non-家庭用ルーターモデル

PCなどを回線に直接接続したい場合など

立ち上げメンバー作成資料

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1. アドレス割り当てプレフィックス (2)

ISP

RB3::/64

Link Add.のPrefix•ISPインフラ空間より割り当てるべきか。•お客様に割り当てた空間より割り当てるべきか。•アドレス空間のサイズは /64 or /126 or ・・・?

お客様への割り当てPrefix•/48～/64 ?

各LANへの割り当てPrefix•デフォルト /64 ?

B1::/64

B2::/64

Link AddressLinklocal Address

※ 物理ポートが１つの場合もある。

B::/48～/64


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2. お客様割り当てアドレスの固定/可変

概要

家庭にIPv6空間を付与する際、IPv6アドレスのプレフィックスを固定にするか、可変にするかを整理する

検討課題

固定・・・アドレスが変わらないため、セキュリティー上の問題

可変・・・アドレス変更直後、宅内に閉じる通信が全断する。等


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3. DNSプロキシ／リゾルバ機能

概要

家庭用ルーター上に実装されている、DNSプロキシ機能についてIPv6の影響を検討する

検討課題

複数のDNSサーバ選択手法

トランスポートにIPv4・IPv6の両方を利用するのか他

Windows 98 モデル：IPv4を従来どおり使う環境

Windows XP モデル：デュアルスタックにてDNSへのトランスポートはIPv4を使う環境

Windows Vista モデル：デュアルスタックにてDNSへのトランスポートはIPv6を優先して使う環境


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4. 宅内ネットワーク設定

概要

宅内ネットワークで各機器が利用する設定パラメータについて、パラメータを渡すプロトコル（RA、DHCPなど）、及びパラメータの内容について検討する

検討課題

家庭用ルーターに複数のリンクがある場合、各リンク毎に待ち受けアドレスを設定するか

WAN側アドレスを利用する方法

ループバック用の/64をLAN側のプレフィックスから設定する方法

LAN側のリンクに設定するアドレスの一つを代表アドレスとする方法

家庭用ルーターのLAN側にグローバルアドレスを設定するリスクについて


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5. プロバイダ接続機能

概要

IPv6コネクティビティの提供に伴い発生する問題とその解法について検討する

検討課題

IPv6 ならではのネットワーキング手法について議論・整理が必要

IPv6に適した、複数のネットワークに接続する手法の確立

MP問題以外の実装注意点の有無について議論・整理が必要

割振られたIPv6プレフィックス内で未利用アドレスブロック宛てへの通信に対する処理（パケットのピンポン問題）など

⇒ルーティング機能にて議論


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6. ファイアウォール機能

概要

IPv6対応の家庭用ルーターに求められるファイアウォール機能について検討する

検討課題

穴あけの仕組みをどうするか?

IPv4はNATを前提とした実装、IPv6では?

UPnP

NATトラバーサル

– STUNなど

静的にマニュアルコンフィグすることもあり


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7. 宅内トランスレータ機能

概要

網内でのトランスレータありの場合も含め、想定し得るバリエーションを定義してから家庭用ルーターに求められるトランスレータ機能を議論する

検討課題 ALG等のトランスレーション方式に関する検討

6-4トランスレーションを家庭用ルーターで行うか、ネットワーク内で行うかの議論

宅内のIPv4機器とIPv6機器同士の接続性を家庭用ルーターのトランスレーションで提供するかどうか


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まとめ～ IPv6ネットワークの設計に向けて

国際的に議論されているネットワークモデルに関する動向把握が必要である。

日本におけるインターネットのネットワークモデルに関する大変化を把握しておく必要がある。

宅内環境にも国際的な大きな変化が訪れようとしている。

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