Introducción a IPv6

Introducción

La cantidad de usuarios que acceden a Internet se ha incrementado de manera vertiginosa en los últimos años. Esto está ocasionando muchos desafíos de cara a la sostenibilidad de la red actual, destacando algo tan básico como el agotamiento de las direcciones disponibles para los usuarios. A parte de esto, muchos otros aspectos menos evidentes que van desde la congestión por el incremento del tráfico y el soporte de aspectos como la Calidad de Servicio (QoS), Seguridad y Movilidad de manera nativa. Muchos de estos problemas aparecen debido a que el protocolo de capa de red de la Internet actual, IP versión 4 (IPv4), no fue pensado para el soporte de estos aspectos de forma natural, además que el espacio de direcciones de 32 bits se quedó corto ante la cantidad de usuarios que acceden hoy día.

Desde principios de los años 90 los diferentes organismos internacionales que participan en la estandarización de los protocolos de Internet, encabezados por la IEFT (Internet Engineering Task Force) están impulsando la creación e implementación de una nueva versión del protocolo IP, teniendo como resultado la versión 6 (IPv6). Ésta viene a solucionar los desafíos antes mencionados, comenzando por un aumento considerable del espacio de direcciones que pasan de tener 32 bits de longitud en IPv4, a 128 bits en IPv6, es decir, multiplicando la disponibilidad actual por un factor de 2⁹⁶. Bajo esta situación, los proveedores de acceso a Internet (ISPs) y demás carriers deben prepararse para la transición a IPv6, no sólo para soportar los aspectos de conectividad, sino también para ofrecer una inmensa gama de nuevos servicios que se hacen posibles con el nuevo protocolo.

Un poco de historia

Para empezar vale la pena repasar cómo ha sido el camino para el planteamiento del nuevo protocolo IPv6. Mediante la siguiente tabla se muestra brevemente cómo ha sido este desarrollo cronológico.

Organismos involucrados en el desarrollo del nuevo protocolo

Antes de entrar en temas técnicos, repasemos cuáles son las organizaciones responsables del desarrollo del nuevo protocolo a nivel mundial.

La IETF (Internet Engineering Task Force), es la autoridad máxima en Internet y maneja, entre otras cosas, la estandarización de los protocolos a través de la aprobación y publicación de los RFC.

La ISOC (Internet Society) es la organización de alcance mundial cuya misión es promover el desarrollo y la evolución de una Internet abierta para el beneficio de todas las personas alrededor del mundo. Respaldada por más de 55 000 miembros y cerca de 90 Capítulos en todo el mundo, así como con más de 130 Organizaciones miembro. El desarrollo de IPv6 tiene especial importante en esta misión, por lo que muchos de los fondos para el desarrollo de proyectos que impulsen IPv6 son canalizados a través de la organizaciones que pertenecen a la ISOC.

La IANA (Internet Assigned Numbers Authority) es la autoridad internacional que regula y establece todo lo relacionado al uso de las direcciones, y la asignación de números de puertos y servicios que son codificados en los protocolos. Por ende, es la que administra “la torta” de direcciones IPv6 disponibles para ser repartida alrededor del mundo… Pero para esto se apoya en los llamados RIRs (Regional Internet Registries) que funcionan a nivel regional en cada subcontinente, y que describimos a continuación.

Los RIR son delegaciones regionales de la IANA para la administración del reparto de bloques de direcciones IP. Cada subcontinente tiene su RIR propio, al cual acuden los operadores de la zona para la solicitud de bloques de direcciones, entre otros trámites para el acceso a la Internet. Son:

• ARIN (American Registry for Internet Numbers) – Norteamérica (EEUU y Canadá)
• LACNIC (Latin America & Caribbean Network Information Centre) – Latinoamérica y El Caribe
• RIPE NCC (The Réseaux IP Européens Network Coordination Centre) – Europa
• AfriNIC (African Network Information Centre) – Africa
• APNIC (Asia-Pacific Network Information Centre) – Asia – Pacífico

Razones que impulsan el Nuevo protocolo IPv6

Como ya comentamos, existen varias razones por las que aparece el nuevo protocolo IPv6. La principal de ellas es el agotamiento de las direcciones IPv4. Al día de hoy ya se declaran oficialmente agotados los bloques de direcciones IPv4 a nivel de la IANA, solo quedando disponible un rango en para AfriNIC que se estima termine de consumirse el 31 de mayo de 2018, según el IPv4 Exhaustion Counter del IPv6 Forum que se muestra en la figura de la izquierda.

Además de la razón evidente del agotamiento de las direcciones IPv4, se pueden enumerar razones adicionales que impulsan el desarrollo del nuevo protocolo:

• Limitaciones del NAT (Network Address Translation). Esta técnica de enmascarado de direcciones privadas en una pública logró que se optimizara de alguna manera la cantidad de direcciones públicas requeridas para conectar una red privada a Internet. Sin embargo, existen problemas con esta técnica para el trabajo extremo a extremo que afecta protocolos y aplicaciones, además de una falsa sensación de seguridad.
• Soporte nativo de Seguridad y Calidad de Servicio. Estas características vienen ya “embebidas” en el nuevo protocolo, con la definición de campos especiales en la cabecera del paquete IPv6, y la implementación de opciones a través de cabeceras de extensión con apuntadores, mucho más eficiente que la forma como se implementan las opciones en IPv4.
• Disponibilidad de direccionamiento para nuevos servicios. Los proveedores de servicios se enfrentan al desafío de atender no solo a nuevos usuarios, sino también estar preparados para nuevos modelos de negocio del tipo M2M (Machine-to-Machine), donde serás los objetos los que necesiten tener direcciones IP alcanzables desde la nube global. Se habla hoy día de conceptos como IoT (Internet of Things) y Smart Cities.

A fin de cuentas nos encontramos con un escenario en el que la transición a IPv6 es un tema inevitable, por lo que resulta muy importante la actuación de organizamos como los mencionados anteriormente, y destacando uno adicional, el IPv6 Forum, adscrito a la IETF-ISOC, y que organiza el conjunto de certificaciones “IPv6 Ready” para diversos elementos de la nueva red IPv6: hardware y software, protocolos y servicios, personas (entrenadores, ingenieros, etc)

Introducción a los aspectos técnicos del protocolo

Y no podíamos cerrar este artículo sin una breve descripción de los aspectos técnicos del protocolo. En las próximas entregas iremos entrando en detalles que nos ayudarán a conocer esta evolución del protocolo de direccionamiento de Internet.

El RFC 2460 (Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specifications) describe en detalle los aspectos básicos del protocolo, como el formato de la cabecera y las direcciones.

Cabecera de los paquetes IPv6

Comencemos por describir la cabecera del nuevo protocolo. Un aspecto a resaltar es que a diferencia de IPv4, la cabecera básica de los paquetes IPv6 tiene una longitud fija de 40 bytes (recordemos que la cabecera de IPv4 es de tamaño variable, entre 20 y 60 bytes). Esta característica se espera mejora los tiempos de enrutamiento o reenvío de los paquetes, ya que los routers no tendrán que invertir tiempo en calcular este tamaño. En la siguiente figura se muestra la nueva cabecera con la descripción de los campos principales.

• Version – Codifica la versión del protocolo con 4 bits. Igual que en IPv4
• Traffica Class – Se propone su uso para el marcado de paquetes para esquemas de QoS del tipo DiffServ, semejante a lo propuesto por el campo ToS (Type of Service) de IPv4.
• Flow Label – Para la identificación de los flujos extremo a extremo, y su uso en esquemas de QoS a nivel de flujo, más que de paquetes. Algo semejante a lo propuesto por el protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol) en IPv4.
• Payload Length - Puesto que el tamaño de la cabecera es fijo, solo interesa codificar el tamaño del payload.
• Next Header – Codifica el código del protocolo de la siguiente cabecera. Existen códigos estándares para los diversos protocolos que se pueden transportar en un paquete IP (como TCP y UDP), además de nuevos códigos de las llamadas cabeceras de extensión que discutiremos en el próximo artículo.
• Hop Limit – Codifica con 8 bits la cantidad máxima de saltos que puede dar el paquete en la red (semejante al campo TTL – Time to Live en IPv4)
• Source and Destination Address – Las nuevas direcciones IPv6 de origen y destino, que ahora son de 128 bits. Como vemos, la longitud de las direcciones se multiplica por 4 respecto a las direcciones IPv4 de 32 bits (32 x 4 = 128), pero el espacio de direcciones se multiplica por 2⁹⁶!!

Formato de las direcciones IPv6

Las nuevas direcciones IPv6 de 128 bits se codifican en bloques de 4 caracteres hexadecimales) separados por 2 puntos, como se muestra en el siguiente ejemplo:

2001:0DB8:0000:0000:0008:8000:0000:417A

Cada carácter hexadecimal son 4 bits, por lo que cada bloque son 4x4 = 16 bits, teniendo la dirección hasta 8 bloques: 8x16=128 bits.

Como podríamos esperar, a estas direcciones podemos aplicar ciertas simplificaciones que facilitarán su uso en la configuración. Las simplificaciones posibles son:

1. Eliminación de ceros a la izquierda
2. Reemplazo de bloques continuos de ceros por dos puntos dobles (::). Esta simplificación sólo se puede aplicar una vez en la dirección.

Dadas estas simplificaciones, la dirección del ejemplo también se podría expresar de las siguientes maneras, todas válidas durante cualquier tarea de configuración:

• 2001:DB8:0:0:8:8000:0:417A
• 2001:DB8::8:8000:0:417A
• 2001:DB8:0:0:8:8000::417A
• 2001:db8::8:8000:0:417a

Otro aspecto a resaltar es que se pueden usar tanto letras mayúsculas como minúsculas (incluso en sistemas case-sensitive como los basados en UNIX/Linux).

Como se menciona, la simplificación Nº 2 (reemplazo de bloques de ceros por ::) solo se puede aplicar una sola vez por dirección, por lo que, para el ejemplo anterior, la dirección 2001:db8::FFFF:ca0:: resulta inválida al intentar aplicar :: dos veces.

Para cerrar este artículo podemos tomar como ejemplo alguna dirección IPv6 que sea visible en nuestro computador, y evaluar la simplificación que fue aplicada a la misma. Al momento de escribir este artículo, se pudo observar la configuración mostrada en la figura siguiente.

La dirección IPv6 observada en la interfaz WiFi es fe80::8dfa:9833:29af:c488 (la parte %12 se refiere a subinterfaces que asigna el sistema operativo Microsoft Windows para este tipo de direcciones IPv6 con prefijo fe80 que discutiremos en otro articulo)

Si nos fijamos, la dirección tiene la simplificación :: descrita anteriormente, y en lugar de mostrar los 8 bloques completos de la dirección IPv6, se muestran 5 bloques. La dirección completa, sin aplicar dicha simplificación, sería:

fe80:0000:0000:0000:8dfa:9833:29af:c488