今回は、IPv6マルチキャストについてお送りします。IPv4でもマルチキャスト通信は使われており、マルチキャスト自体はそれほど目新しい技術ではありません。 IPv6のマルチキャストはIPv4のマルチキャストに比べてどんな利点があるのか、そしてIPv6マルチキャストを実現する主な技術要素、活用事例も具体的に挙げて説明します。

1.マルチキャストとは　｜　2.IPv6マルチキャスト　（　マルチキャストグループ管理　｜　マルチキャストルーティング制御　）　｜　3.IPv6マルチキャスト技術の利用拡大　（　塾の遠隔授業　｜　地震速報　｜　コンビニ店舗への一括配信　）　｜　4.最新動向・まとめ

　マルチキャストとは、決められた複数のネットワークノードに対して同時にパケットを送信する「一対多」の通信技術です。複数の決められた相手に同じ内容の情報を送信したい場合に、送信者は一回送信するだけで済むので、ネットワークやサーバの負荷を抑えることができます。また、一度に複数の人に送信できるので、リアルタイム性にも優れていると言えます。このような、一回送信するだけで複数のノードにリアルタイムに情報を届けることができるという特長から、情報配信、特にパケットサイズの大きい映像配信への活用が期待されています。
　ところで、送信者が指定する宛て先は誰のアドレスなのでしょうか。答えは、「マルチキャストアドレス」と呼ばれるグループアドレスです。送信者が一回そのグループアドレスに送信すれば、そのグループに参加登録しているノード全てにパケットを届けることができるのです。つまり、送信者は送り先それぞれのIPアドレスを知らなくとも、マルチキャスト通信は可能なのです。
　それでは、マルチキャストのパケットはどのようにして受信者に届くのでしょうか。マルチキャスト通信であっても、パケットを受信者にまで送り届けるのはルータの役目です。ルータは送信者が送り出した一つのパケットをネットワークで分岐するたびに複製し、ルータ間をバケツリレーして受信者に手渡すのです。よって、送信者と受信者の間に広がるネットワーク内のルータは全てマルチキャストに対応している必要があります。

　IPv4マルチキャストとIPv6マルチキャストは、両方とも「一対多」のマルチキャスト通信を実現する技術であり、その意味ではほとんど同じです。しかし、IPv4とIPv6に相互接続性がないため、マルチキャストもそれぞれ独立に動作し、アドレス体系はもちろん、各種プロトコルも異なります。また、マルチキャストはIPv4ではオプションという位置づけに留まったものでしたが、IPv6では基本仕様に積極的に採用されており、この点が最も大きな違いと言っていいでしょう。

　IPv6マルチキャストを実現するための要素は、大きく以下のようにまとめることができます。

　・IPv6マルチキャストアドレス
　・マルチキャスト対応ルータ
　　1)マルチキャストグループ管理
　　2)マルチキャストルーティング機能

　マルチキャストアドレスは、前述のマルチキャストグループを特定するためのIPアドレスであり、上位8ビットが全て1のアドレス空間(FF00::/8)がそれに相当します。マルチキャストグループを識別するための情報（グループID）もこのアドレスに含まれます。（図2）また、マルチキャストに対応しているルータは特定多数の受信者に効率的にパケットを届けるため、適切なマルチキャスト配信ツリーを作成する仕組みを持っています。その仕組みがマルチキャストグループ管理とマルチキャストルーティング機能です。

マルチキャストアドレスについては、技術講座第2回で触れていますのでご参照ください。ここではマルチキャストグループ管理とマルチキャストルーティングについて説明します。

　マルチキャストは「一対多」通信ですが、パケットの送り先はマルチキャストグループを区別するマルチキャストアドレス一つであり、そのグループに所属しているノードが受信者、つまりパケットの届け先になります。マルチキャスト通信において、ルータが自分の管理リンクにどのような参加者がいるのかを把握し、グループ情報を管理するのがマルチキャストグループ管理プロトコルです。IPv6におけるマルチキャストグループ管理プロトコルはMLD(Multicast Listener Discovery)と呼ばれており、IPv4のIGMPと同様の機能を持っています。MLDはルータ - ホスト間で使用され、ルータがマルチキャストグループに参加しているノードの存在を確認したり、ホストがマルチキャストグループへの参加や脱退を通知します。
　グループに参加するノードは、最寄りのルータへマルチキャスト参加報告(MLD Report)メッセージを送信します。MLD Reportを受け取ったルータは該当グループに参加できるよう、自身の管理下のマルチキャストグループリストにそのノードを登録します(図3-左)。反対に、グループから離脱するノードは、他にそのグループへの参加者がいないかを確認した後、グループリストから外します（図3-右）。また、IPv6マルチキャストルータは、定期的にマルチキャスト参加者検索(MLD Query)メッセージを、自身の管理するリンクの全ノードが参加するマルチキャストグループ(Link-local Scope All Node Multicast)「FF02::1」宛てに送信し、利用されているマルチキャストグループを確認しています。

　また、MLDには、MLDv1(version 1)とMLDv2(version 2)の二種類が規定されています。MLDv1は、ルータからホストへの定期的な参加問い合わせと、ホストからルータへの参加/離脱要求の報告という二つの基本機能のみを持ちます。一方、MLDv1の拡張版であるMLDv2は後述するSSM(Source Specific Multicast)にも対応し、一言でいうと「MLDv1プラス送信者ソースアドレス指定機能」です。マルチキャストグループ情報にマルチキャストアドレスと送信者ソースアドレスとの組み合わせを使用し、許可する送信者ソースアドレスと許可しない送信者ソースアドレスを管理することにより、受信するパケットの送信者を限定することができます。ただし、MLDv2をサポートしているクライアントOSは限られており、今のところLinuxとWindows Vistaくらいしかありません。これからの実装拡大が期待されます。

　マルチキャスト通信では、同時に指定された複数のホストにパケットを送信するため、どこのどのホストにどのルートを使ってそのパケットを送るべきかを決める経路制御が必要不可欠です。マルチキャスト通信において、適切なマルチキャストツリーを構築し、通信経路を制御するプロトコルがマルチキャストルーティングプロトコルです。IPv6マルチキャストルーティングプロトコルにPIM(Protocol Independent Multicast)があります。PIMはルータ-ルータ間で使用され、収集した隣接情報やMLDで学習したグループ情報を元にマルチキャスト配信ツリーを作成し、マルチキャストパケットを中継したり、廃棄または遮断処理を制御します。
　PIMにはPIM-DM(Dense Mode)とPIM-SM(Sparse Mode)の二種類のモードがあります。また、PIM-SMにはPIM-SM(ASM; Any-Source Multicast)とPIM-SM(SSM; Source Specific Multicast)があり、現在のところほとんどの装置がPIM-SM(ASM)およびPIM-SM(SSM)を利用しているため、ここではPIM-SM(ASM)とPIM-SM(SSM)について見ていきます。それぞれの特徴を簡単にまとめると下表のようになります。

　PIM-SM(ASM)の場合、参加報告を出す受信ノードはマルチキャストグループのみを指定します。よって、マルチキャストグループ管理プロトコルは、MLDv1で事足ります。これに対し、PIM-SM(SSM)では、グループアドレスと送信者のユニキャストアドレスの両方を指定します。そのため、マルチキャストグループ管理プロトコルはMLDv2を使用する必要があります。また、PIM-SM(ASM)は、受信ノードが送信ノードのアドレスを指定する必要がない分、受信ノード側の機能は簡略化できますが、受信者の増加に伴ってネットワーク内で中心的な役割を果たすRPを用いてマルチキャスト配信ツリーを作成し、送信ノードのアドレスを解決する必要があるので、ネットワーク側の制御が非常に複雑になります。逆に、PIM-SM(SSM)は、受信者側で送信者を指定するため、ネットワーク側の制御が単純になります。また、送信者を特定することにより、なりすましを防ぐことができ、セキュリティの向上を実現できます。現時点ではMLDv2をサポートしている対応機器やOSが限られるため、PIM-SM(ASM)の利点としては、MLDv1で済むので広く利用できることが挙げられますが、今後MLDv2のサポート拡大により、IPV6ではPIM-SM(SSM)が主流になっていくものと思われます。
　MLDとPIMを使ってマルチキャスト通信をする手順を、PIM-SM(ASM)とPIM-SM(SSM)の場合に分けて細かいところは省略して図示してみました。（図：4,5）PIM-SM(ASM)のネットワーク側の非常に複雑な手順に比べ、PIM-SM(SSM)の手順がとても単純なのがお分かりいただけるのではないでしょうか。

　マルチキャストはIPv4の世界でも使われていますが、オプションでしか利用できない、対応機器が普及しなかった、ネットワークの帯域が大容量の配信に耐えられなかった、等、さまざまな要因により、普及しているとは言い難い状況にあります。しかし、IPv6ではマルチキャストは基本仕様でも積極的に利用されていますし、ブロードバンドの普及によりネットワークの帯域の問題も解消されつつあります。IPv6サービスを提供しマルチキャストにも対応しているISPもありますし、インターネット上で映像を扱うことがユーザにとって当たり前になりつつあるという背景もIPv6マルチキャストにとっては追い風です。事実、IPv6マルチキャスト技術の利用は拡大しており、具体的事例も続々と登場しているのでその一部をご紹介します。

　これまでのところ、多地点へのリアルタイム映像配信は通信衛星によるものがほとんどでした。大学受験予備校のカリスマ講師の授業を衛星通信の授業で受けた経験のある方も少なくないのではないでしょうか。しかし、この衛星による配信は、地上基地局等を含めた巨大システムが必要で、数億円という非常に高額な費用がかかります。また、インターネットの普及により、IP上での配信も注目を集めましたが、ユニキャストはもとより、IPv4でのマルチキャストはうまくいかなかったという事情がありました。これを、IPv6を使用できるキャリアの閉域IP網を利用することにより、イニシャルコスト、ランニングコスト共に、約十分の一まで落とすシステムの構築が可能となりました。カリスマ講師が全校舎の授業を担当することで、授業レベルの均一化を図ることができ、一授業あたりの利益向上も見込めます。
　このシステムは、FTTH型企業放送システムとしてのIPv6マルチキャスト映像配信サービスを提供しています。遠隔多地点で同一コンテンツを安価に配信できるのが最大の強みのため、塾の遠隔授業にとどまらず、企業内研修やライブコンサートなどでの使用も想定されています。

　大手キャリアが2006年12月から試験サービスを開始した緊急地震速報配信に、IPv6マルチキャストが利用されています。このサービスは、地震発生直後、本格的な揺れが到達する前に、気象庁が発表する緊急地震速報を全国の実験参加希望者へ再配信し、いち早い対処を行えるようにするものです。地震発生から本格的な揺れが来るまではわずか数十秒のため、情報の遅延は許されません。IPv6マルチキャストを採用することにより、速報からほとんど遅れることなく多数のユーザに情報を提供できます。緊急性、リアルタイム性、配信効率性、すべてをIPv6マルチキャストで解決できます。
　このISPが提供しているIPv6接続サービスのユーザは、WindowsXP SP2がインストールされていれば、受信ノードを別途用意する必要がありません。専用アプリケーションをインストールするだけでサービスを利用できるので、簡単にセットアップでき、気軽に参加できるのも良い点です。ただし、現段階では試験的なサービスのため、混乱を避ける目的で公共施設での放送による個人ユーザへの提供は対象外となっています。

　大手コンビニエンスストアチェーンが2006年9月から推し進めている全国店舗の次世代店舗化の中で、IPv6マルチキャストが採用されています。今までのISDN回線と衛星通信に代えてFTTH閉域IP網サービスを使い、IPv6マルチキャストを利用して本社から店舗への大容量データの配信を実現します。閉域IP網の回線は、IPv4、IPv6両方に対応できるよう、デュアルスタック構成になっています。全国6000店舗超において、IPv6マルチキャスト環境を搭載した新型情報端末（キオスク端末）を設置し、お客様に向けた新商品キャンペーン用の動画や従業員向けのマニュアルなど、大容量のデータをマルチキャストで一括配信することが可能となります。
　衛星とISDN回線からの切り替えにより、通信コストおよび運用コストを共に抑えられる見込みで、なんといっても店舗数が多いため、情報の一斉配信にはマルチキャストは効果的な選択肢と言えるでしょう。

　マルチキャストはIPv6の基本仕様でも積極的に利用されており、IPv6 Ready Logoでは現在MLDv2の試験を個別分野として策定中であるなど、着々と下地は整ってきました。とはいえ、たとえば、PIM-SMのプロトコル仕様の改訂版がRFC4601として勧告されたのは2006年8月と最近のことですし、MLDv2とPIM-SM(SSM)をサポートしている機器やOSは限られており、また、異なるISP間のマルチキャスト通信はまだ実験レベルに過ぎないなど、まだ研究課題も多いことも事実です。
　2006年7月に開催されたIETFの第66回ミーティングにおいて、IPv6マルチキャストに関するSAM-RG発足について話し合われました。標準化に向けてまだまだやることは多くあり、SAM-RGでは、IETFの標準化活動に反映させる長期的な視点からのリサーチが行われます。調査結果には既に発表されているものもあります。詳しくはSAM-RGのWebページをご覧ください。
　最後に、IPv6マルチキャストについて、「これだけは！」というポイントをまとめておきます。

【関連RFC】

・RFC2710
“Multicast Listener Discovery (MLD) for IPv6”

・RFC3590
“Source Address Selection for the Multicast Listener Discovery (MLD) Protocol”

・RFC3810
“Multicast Listener Discovery Version 2 (MLDv2) for IPv6”

・RFC4601
“Protocol Independent Multicast - Sparse Mode (PIM-SM): Protocol Specification (Revised)”

　次回は、IPv6の大きな特徴であるマルチプレフィックス機能についてお送りします。また、マルチプレフィックス機能を制御する技術をインテック・ネットコアで研究開発しています。こちらについても触れる予定ですので、お楽しみに！