Crisis de IPv4 y la solución: Características de IPv6

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IPv4: al día de hoy faltan menos de dos meses para quedar sin bloques asignables. Eso realmente no es tan trágico como parece, pero podría significar un impacto en el crecimiento de algunas organizaciones que no estén dispuestas a implementar IPv6. Pues hoy les escribo para empezar a contarles un poco sobre las virtudes de ésta tecnología que, nos guste o no, ya hay que conocerla e implementarla obligatoriamente, luego escribiré sobre los aspectos de implementación. Disfrútenlo. Como mencioné en la introducción, se le está llamando IPCalipsis (IPCalypse en inglés) al agotamiento de los bloques nuevos de IPv4. El impacto no es tan horrible como para llamarlo así, pero sí hay que estar preparados. Si una organización está en crecimiento y requiere acceso a Internet con sus propio bloque de direcciones públicas, tendrá que implementar obligatoriamente IPv6. Una de las razones por las que el agotamiento no debe ser tan grave es que existen direcciones IPv6 compatibles con IPv4 y casi todos los nuevos dispositivos de usuario (Sistemas operativos, celulares, tablets, etc.) soportan nativamente las nuevas direcciones. Por otro lado, para los administradores de redes puede haber cierta carga adicional a las tareas ordinarias en la medida en que toque actualizar software de redes como Firewalls, IPS/IDS y enrutadores o simplemente en los nuevos casos que surjan por incopatibilidad en las estaciones finales.

Características de IPv6
La principal razón por la que debemos migrar a este nuevo protocolo es que las actuales direcciones IP (v4) no sólo se agotaron sino que se vió que el crecimiento esperado de la conectividad IP es mucho mayor a la que se previó para esta versión, pro lo tanto la cantidad de direcciones del nuevo protocolo es inmensamente mayor que el de su predecesor. Por ejemplo, en la actual versión las direcciones son de 32 bits, es decir que todos los nodos posibles (si fuera una sola red) sumarían 2^32=4.294’967.296 o aproximadamente 4.3*10^9 nodos, por otro lado las nuevas direcciones IP (v6) son de 128 bits, es decir 2^128=3.4*10^38, es tan grande que no sería práctico escribirlo sin la abreviarlo (notación científica 10^x), sería un 3 seguido de 4 y 37 ceros. Una forma rápida de dimensionarlo es: si la población mundial estimada es 9000 millones de personas, a cada una le tocarían 3.7*10^34 direcciones IPv6, otra es compararlo con un número conocido: el número de avogadro (cantidad de moléculas en un mol) 6.22×10^23, es decir que a cada molécula de un mol se le podría asignar más de 10^14 direcciones IPv6, impresionante, ¿no?. Eso es muchísimo más de lo que alcanza la actual asignación de direcciones IP en versión 4. Adicional a ésta descomunal capacidad de numeración, existen mecanismos que ayudan a conservar el espacio, por ejemplo, todo nodo (host) tiene una dirección local con la que se puede comunicar con otros sin necesidad de reclamar una dirección para conectarse a Internet, entre otros mecanismos. Para conocer más sobre la definición del protocolo IPv4, lea el RFC0791, para IPv6 lea el RFC1883.
El encabezado
Lo primero que se le viene a uno a la cabeza con ésta introducción es ¿cómo queda de grande el encabezado con direcciones 4 veces más grandes que las actuales?, lo lógico sería que fuera alrededor de 4 veces más grande, sin embargo queda el doble de grande, ¿es eso muy grande?, yo creo que no. Los campos del encabezado IPv6 son menos que los de la versión actual, está optimizado para facilitar el enrutamiento y que la conmutación sea más rápida sin incurrir en procesamientos complejos. Los primeros campos heredados de IPv4 son la versión y el tipo de servicio, el último se renombra a Clase de servicio pero funciona de la misma manera que en la versión 4. Quienes conozcan los encabezados de IPv4 sabrán que falta uno: la longitud del encabezado. IPv4 usa un mecanismo de encabezados opcionales que dan funcionalidad adicional al paquete que los lleve, por ejemplo una opción común se llama Source routing en la que el paquete contiene una sugerencia de la ruta punto a punto por la cual enviar el paquete. El problema es que la longitud del encabezado completo (incluyendo las opciones) es variable, lo cual complica el procesamiento del encabezado en registros de longitud fija, es decir, tiene un gran impacto en la velocidad de conmutación (hay que hacer varias operaciones para cada paquete). En la versión 6 el encabezado es de longitud fija, por lo tanto no incurre en ésta dificultad y se elimina el campo Longitud del encabezado. Aún así las opciones no han sido eliminadas, éstas se convierten en especies de protocolos en sí mismos, es decir son tratados como protocolos adicionales adjuntos a IPv6 y tienen su propio código de protocolo como lo han tenido TCP, UDP y cualquier otro protocolo transportado por IP. Adicional al campo Clase de tráfico que equivale a ToS de la versión anterior, hay una nueva etiqueta de flujo (Flow label) que permite aplicar tratamientos especiales a una serie de paquetes que tengan la misma etiqueta. Mientras el actual modelo de QoS llamado servicios diferenciados (DiffServ) permite en potencia 64 clases de servicio diferenciado, la etiqueta de flujo tiene 20 bits, por lo tanto permitiría poco más de un millón de flujos adicionales a las clases definidas por el campo Clase de tráfico. Esta es una de las más importantes adiciones a IP. Finalmente el encabezado da cuenta de los mecanismos usuales de transporte que se tenían en la versión anterior: la longitud del paquete, el protocolo transportado en la carga (payload), el tiempo de vida y las direcciones (origen y destino). Obviamente la longitud cambia su forma de calcularse, ya que en IPv4 éste campo da cuenta de la longitud del encabezado más la carga y como el encabezado de IPv6 es de longitud fija (40 bytes) la longitud en IPv6 sólo indica la longitud de la carga (incluyendo los encabezados opcionales), el campo protocolo ahora se llama siguiente encabezado (Next header) y el conocido tiempo de vida (TTL) ahora se llama Conteo de saltos (Hop count). Existe todo un conjunto de campos que dejan de existir: fragmentación. Los campos que hacen parte de ésta característica son identification (número de fragmento), banderas y desplazamiento de fragmentación (fragment offset).
Nuevas características operativas
Desde el punto de vista de una estación final, IPv6 adiciona algunos mecanismos como la autoconfiguración y la migración fácil a nuevas subredes (no necesidad de recalcular las subredes ni reconfigurar). Existen tres formas en que una estación obtiene su dirección IPv6: auto configuración sin estado, autoconfiguración con estado y de manera estática. La última es obvia, pero no es recomendable para las estaciones finales; la segunda es el uso de DHCPv6 y la primera es el mecanismo automático de configuración que requiere de unos paquetes especiales llamados RA (router announcement) y RS (router solicitation) enviados y recibidos por los enrutadores que soportan el protocolo. No hay que confundir, IPv4 tiene un mecanismo similar, pero con IPv6 es como si el host averiguara en qué red está y se autoconfigura. Surge la pregunta de ¿para qué usar DHCPv6 entonces?, pues para tener mayor control sobre las direcciones y quién es quién en la red, porque existen varios mecanismos para obtener la última porción de la dirección IPv6 (por ejemplo aleatorio o EUI64), DHCPv6 permite obtener más parámetros que sólo las direcciones, máscaras y puertas de enlace, por ejemplo puede ofrecer una dirección para obtener configuraciones y sistemas operativos como hacen algunos dispositivos como teléfonos IP o puntos de acceso (APs). Tipos de direcciones Para terminar con esta introducción a IPv6, existen cosas que desaparecen para dar paso a otras más sofisticadas, una de esas son los tipos de direcciones que están señaladas por prefijos especiales, como las clases A, B, C y D de IPv4 que se caracterizaban por sus primeros bits. Lo primero que hay que notar es que el broadcast desaparece, es reemplazado totalmente por el Multicast. Existe una dirección especial que deben leer todos los nodos de un enlace y una para más allá del enlace local, éstas hacen las veces de las direcciones de broadcast de IPv4. Según ésto, Multicast no sólo sigue existiendo sino que tiene un papel protagónico en los nodos con el nuevo protocolo. Las direcciones unicast ordinarias se llaman globales, están gobernadas (como siempre) por IANA y sus registros regionales (RARs), actualmente todas deben tener el prefijo 2000::/3, es decir tener los primeros 3 bits en el valor 001. Luego existe un prefijo muy especial que se llama enlace local, estas direcciones son como una especie de NAT, cuando un nodo arranca crea una dirección única para comunicarse con cualquier nodo conectado al mismo enlace sin mayores traumatismos. Finalmente existen un tipo nuevo y raro de direcciones llamado Anycast. En realidad es más un mecanismo que tienen que considerar los diseñadores pero que para los fines de un cliente o dispositivo final es transparente. Anycast es una dirección que pueden tener varios servidores con el mismo propósito y el enrutamiento lleva los paquetes dirigidos a esa dirección al servidor más cercano al nodo que envía el paquete.
Conclusiones
La nueva versión del protocolo IP ya está aquí, hay que aprender a usarla y conocer su funcionamiento. Quedan muchas cosas por mencionar y conocer, así que siga visitando regularmente mi blog para seguir conociendo poco a poco ésta importante tecnología. En futuras entregas daré más detalle sobre la configuración y funcionamiento. Referencias ]]>

2 comentarios en “Crisis de IPv4 y la solución: Características de IPv6”

    1. Hola Elysa,

      gracias por el comentario. No es tan simple, existen una serie de alternativas cada una beneficiosa para algún fin particular y ninguna es necesariamente simple. Lo más recomendable es que los dispositivos (finales e intermediarios) sean doble pila, en los d. finales no es difícil porque los nuevos aparatos casi todos soportan IPv6 en doble pila.

      Una estrategia actual de migración es IPv6rd, que debe ser soportado por el ISP y por los enrutadores de casa.

      Gracias y hasta pronto.
      P.D.: Espero resolverte la pregunta con más detalle en futuras entradas, sigue leyendo.

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