Todo sobre i pv6

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN

Procedimiento Ejecución de la Formación Profesional IntegralGUÍA DE LABORATORIO

Versión: 02

Fecha: 30/09/2013

Código: F004-P006-GFPI

Todo Sobre IPv6Las Ventajas

¿Por qué razón debemos de conocer en profundidad el protocolo IPv6? Bueno, básicamente existen dos poderosas razones que impulsarán a todos los profesionales de redes a conocer al dedillo el protocolo IPv6:

La adopción de IPv6 a nivel de redes LAN/ WAN ya es una realidad que los profesionales de redes deben de lidiar día a día.

El nuevo examen de CCNA (200-120) que viene por ahí el próximo mes de septiembre hace mucho énfasis en éste tema.

Conociendo la importancia que tiene éste protocolo, iremos desarrollando el tema desde los aspectos más básicos hasta los más complejos, explicándolos de la manera más didáctica y simple posible.

IPv6 (Internet Protocol Version 6) son las siglas del nuevo protocolo IP (Internet Protocol) que sustituirá gradualmente al archiconocido protocolo IPv4. La versión 6 del protocolo IP se diseñó como una actualización evolutiva de IPv4, de hecho, pueden coexistir de manera transparente ambas versiones.IPv6 está diseñado con el objetivo de permitir que la Internet continúe expandiéndose de manera constante, tanto en términos del número de nodos conectados, así como también, de la cantidad total de tráfico de datos transmitidos.

IPv6 ha estado en desarrollo desde mediados de la década de 1990. La iniciativa principal que impulsó el desarrollo de éste proyecto nació de la preocupación causada por el eminente agotamiento de las direcciones IP disponibles. En pocas palabras, la demanda de direcciones IP superaría la oferta disponible.

Debemos recordar que el Protocolo Internet versión 4 (IPv4) fue desarrollado en la década del 1970, donde sus desarrolladores NO tenían ni la más remota idea de que el Internet tendría el tamaño y el alcance global que presenta hoy día. En esa época NO era posible prever la cantidad tan diversa de dispositivos que se conectarían utilizando éste protocolo.

En términos matemáticos, una dirección IPv4 tiene un longitud de 32 bits, permitiendo así, una asignación máxima de 2^32, que es lo mismo decir,4,294,967,296 billones direcciones IP únicas. Dentro de toda esta cantidad de direcciones IP existen algunos rangos reservados para las direcciones IP privadas (18 millones) y las direcciones IP multicast (270 millones).

El protocolo IP versión 6 (IPv6) provee una cantidad de direcciones mucho mayor que su predecesor IPv4. En esta nueva versión, el tamaño de las direcciones IP ha crecido de una longitud de 32 bits a 128 bits. Matemáticamente,

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la cantidad de direcciones IP únicas que pueden ser asignadas en IPv6 son aproximadamente 2^128 o 3.403 x 10^38, un número extremadamente grande de direcciones IP posibles.

Con éste incremento en la longitud de las direcciones IP no habrá problemas de escases de direcciones IP por un largo periodo de tiempo además de que garantizará una expansión exponencial de la cantidad de nodos (tabletas, smartphones, vehículos, electrodomésticos, etc. ) que se podrán interconectar a través de Internet.

El aumento de la cantidad de direcciones IP para ser asignadas representa prácticamente la característica diferenciadora más conocida entre IPv4 e IPv6. La realidad es que hay otros beneficios tecnológicos que aporta IPv6 que mejoran significativamente al protocolo IP:

No más NAT (Network Address Translation) Auto configuración de las direcciones IP Mejora el enrutamiento del tráfico multicast Un encabezado (header) más simple Mejora el proceso de enrutamiento de paquetes Mejora la calidad de servicio (QoS), ahora llamado “Flow Labeling” Mejora la seguridad, incluye autenticación y cifrado de la información Provee mayor número de extensiones y opciones más flexibles Administración más simplificada (Adiós al protocolo DHCP)

Las direcciones IPv4 tienen una longitud de32 bits. Lo que significa que podemos tener 2^32 o 4,294,967,296 (4 billones) de direcciones IP únicas para ser asignadas. Si queremos aumentar el tamaño de la cantidad de direcciones posibles sólo debemos de aumentar la longitud de las direcciones.Cada bits adicional que se agregue a la longitud de las direcciones incrementa el doble el número de direcciones IP posibles.En el caso de IPv6, el aumento pasó de un espacio de direcciones de 32 bits a 128 bits, siendo está la longitud de una dirección IPv6. Esto significa que la cantidad total de direcciones IPv6 posibles es 2^128. Esto produce como resultado el siguiente número:

340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456

Este número es tan grande que regularmente se expresa en notación científica como3.4*10^38. Esto es más o menos cerca de 340 trillones de trillones de direcciones IP posibles, lo que representa realmente un número bastante grande de direcciones IP posibles. La idea es que IPv6 provea un espacio tan grande de direcciones IP que NO sea posible el agotamiento de éste recurso en los próximos mil años.El incremento de la longitud de las direcciones IP desde un tamaño de 32 bits (IPv4) a 128 bits (IPv6) brinda una gran ventaja, pero también nos brinda algunos desafíos. Una dirección IPv4 de 32 bits se representa de la siguiente forma:

11001000010110000011110101100100 (Binario de 32 bits)

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También de la siguiente manera:

11001000 01011000 00111101 01100100 (Binario de octetos)

Ha nosotros los humanos se nos hace muy complicado trabajar con número binarios. Preferimos enormemente trabajar con números decimales. En notación decimal la dirección IP anterior se representaría de la siguiente manera:

200.88.61.100 (Notación decimal)

En IPv6 las direcciones IP son tan largas que NO es conveniente representarlas ni siquiera en formato decimal. Para simplificar la representación de las direcciones IPv6 se optó por utilizar el sistema de notación hexadecimal.El sistema hexadecimal está basado en 16 valores. Estos 16 valores se representan utilizando los símbolos de los números de 0 al 9 (10 valores), y los símbolos de las letras A, B, C, D, E, F (6 valores). Las direcciones IPv6 se dividen en 8 octetos, cada octeto de un tamaño de 16 bits.

A continuación vamos ver primero un ejemplo de una dirección IPv6 representada en formato decimal:128.91.45.157.220.40.0.0.0.0.252.87.212.200.31.255

Note que está dirección IPv6 representada en notación decimal es muy larga, y sería bastante complicado trabajar con semejante formato de direcciones IP. Esta dirección está compuesta por 16 octetos de 8 bits separados por un punto. Si multiplicamos 16 x 8 bits el resultado sería 128 bits.Si representamos la dirección anterior en formato hexadecimal que es la notación utilizada en IPv6 ésta se mostraría de la siguiente manera:

805B:2D9D:DC28:0000:0000:FC57:D4C8:1FFF

La dirección anterior está compuesta por 8 octetos de 16 bits separados por dos puntos (::). Si multiplicamos 8 x 16 bits el resultado sería 128 bits.La notación hexadecimal es la forma oficial para expresar las direcciones IPv6. Con ésta notición se logra que las direcciones IP sean más cortas y fáciles de manejar. Aún así, a nosotros los humanos se nos hace complicado manejar direcciones IP bajo esta notación, ya que la notación de 16 valores NO nos es familiar.

Algo importante a tener en cuenta es que las direcciones IPv6 están separadas por dos puntos (::) a diferencia de las direcciones IPv4 que están separados por puntos.Algo similar a las direcciones IPv6 en cuanto a su representación son las direcciones MAC. Las direcciones MAC son aquellas que vienen incrustadas en una interfaz Ethernet de cualquier equipo en la red. Estas direcciones tienen una longitud de 48 bits (6 octetos de 8 bits) y también se representan en notación hexadecimal.La siguiente dirección es un ejemplo de una dirección MAC:

08-00-27-00-D0-A1

Hasta este punto sabemos que las direcciones IPv6 se representan en notación hexadecimal agrupando los 128 bits en 8 octetos. Cada octeto tiene un tamaño de 16 bits y están separados por dos puntos (:).

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Los desarrolladores del protocolo IPv6 eligieron la notación hexadecimal sobre la notación decimal buscando la manera que las direcciones IP NO fueran tan largas. Aún así, a pesar de utilizar la notación hexadecimal, estas siguen siendo largas y difíciles de manejar para nosotros.

Por suerte, podemos implementar un serie de “shortcuts” o truquitos que nos permitirán reducir aún más el tamaño de las direcciones IPv6.

Para comenzar, vamos a estudiar la siguiente dirección IPv6:805B:2D9D:DC28:0000:0000:FC57:D4C8:1FFF

Podemos observar que ésta dirección IPv6 tiene 8 octetos, siendo 805B el primero y 1FFF el último contando de izquierda a derecha. Podemos también apreciar que dos octetos consecutivos (4 y 5) tienen valores en cero (0000).

Esta dirección IPv6 la podemos hacer aún más corta utilizando una regla llamada “supresión de ceros continuos”. Aplicando ésta regla podemos representar esta dirección IP de la siguiente manera:

805B:2D9D:DC28:0:0:FC57:D4C8:1FFF

Fíjese que reducimos dos octetos representados como 0000:0000 en algo como esto 0:0. ¿Y ahora, le parece un poco más corta? Definitivamente que sí, pero aún así se puede acortar un poco más eliminando completamente los ceros de los octetos 4 y 5.

El resultado sería el siguiente:805B:2D9D:DC28:::FC57:D4C8:1FFF

En este caso, lo que hicimos fue sustituir los dos ceros (0:0) por (::). Esta sustitución de ceros por doble colon (::) sólo se puede realizar una sola vez dentro de una dirección IPv6.

Si tenemos la siguiente dirección:805B:2D9D:DC28:0:0:FC57:0:0

Podemos observar que ésta dirección es un poco diferente a la anterior debido a que tenemos cuatro octetos con valores en ceros pero NO todos son consecutivos. Sólo podemos suprimir uno de los dos pares de octetos con valores en cero dentro de la dirección IP. Esto significa que podríamos tener estos dos escenarios si intentamos reducir la dirección:

805B:2D9D:DC28:::FC57:0:0 805B:2D9D:DC28:0:0:FC57::

Veamos otro ejemplo:FF00:4501:0:0:0:0:0:32

Esta dirección tiene múltiples octetos con valores en cero (desde el 3 hasta el 7). Lo que significa que podemos reducir bastante el tamaño de esta dirección IP en algo parecido a esto:

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FF00:4501::32

Si tenemos una dirección como esta:0:0:0:0:0:0:0:1

La dirección 0:0:0:0:0:0:0:1 es la dirección de Loopback IPv6, el equivalente a 127.0.0.1 en IPv4. Esta dirección la podemos representar en algo como esto:::1

Si tenemos la dirección “cualquier destino”:0:0:0:0:0:0:0:0

Esta dirección la podemos representar como::: (No hay números, sólo dos puntos)

Existe otra forma de representar las direcciones IPv6 que nos resulta un poco más familiar. Podemos representar parte de una dirección IPv6 en notación decimal al estilo IPv4.

Sabemos que las direcciones IPv6 son de 128 bits y las de IPv4 de 32 bits. Para poder incrustar un dirección IPv4 dentro de una dirección IPv6 debemos de representar los primeros 96 bits en notación hexadecimal y los últimos 32 bits en notación decimal.

Veamos el siguiente ejemplo:805B:2D9D:DC28::FC57:212.200.31.255

La parte de la dirección en negrita son los últimos 32 bits representados en notación decimal como si fuera una dirección IPv4.También tenemos la opción de diseñar un direccionamiento IPv6 al estilo IPv4 sólo colocando los primeros 96 bits de la dirección IPv6 con valores en cero.

Veamos el siguiente ejemplo:0:0:0:0:0:0:212.200.31.255

Aplicando la regla de la supresión de ceros podemos representar esta dirección de la siguiente forma:

::212.200.31.255

A primera vista parecería una dirección IPv4, la diferencia está en los dos puntos (::) al principio de la dirección que simboliza claramente el protocolo IPv6.

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Tipos de Direcciones

A nivel general, podemos clasificar las direcciones IPv6 en tres grandes categorías:

Direcciones Unicast Direcciones Multicast Direcciones Anycast

Las direcciones Unicast, al igual que en IPv4, son las más comunes y utilizadas. Estas son asignadas a una interface o nodo permitiendo la comunicación directa entre dos nodos de la red. Esta técnica de comunicación es conocida como uno a uno(one-to-one). A continuación podemos ver un ejemplo de una dirección IPv6 Unicast.2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b/64

Las direcciones Multicast permiten identificar múltiples interfaces o nodos en un red. Con este tipo de direcciones podemos comunicarnos con múltiples nodos de manera simultánea. Esta técnica de comunicación es conocida como uno a mucho(one-to-many). A continuación podemos ver un ejemplo de una dirección IPv6 Multicast.FF02:0:0:0:0:0:0:9

Las direcciones Anycast son un nuevo tipo de dirección en IPv6. Al igual que una dirección Multicast, una dirección Anycast identifica múltiples interfaces, sin embargo, mientras que los paquetes de Multicast son aceptados por varios equipos, los paquetes Anycast sólo se entregan a una interfaz o nodo. A continuación podemos ver un ejemplo de una dirección IPv6 Anycast.2002:0db8:6301::/128

¿Y qué pasa con las direcciones Broadcast?A diferencia de IPv4, el protocolo IPv6 NO soporta direcciones Broadcast. Para los que no conocen las direcciones broadcast, estás son las direcciones utilizadas para la comunicación de un nodo con todos los nodos dentro de un segmento de red. Este tipo de dirección fue eliminado en IPv6.

Unicast, Multicast y Anycast son las tres grandes categorías de direcciones IPv6. Ahora vamos a estudiar los tipos de direcciones IPv6 que existen dentro de la categoría Unicast:

Link-Local Site-Local Global

Las direcciones Link-Local son el equivalente a las direcciones IP privadas en IPv4. Estas son asignadas a una interface de manera automática a partir del momento que activamos el protocolo IPv6 en un nodo.

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El prefijo de estas direcciones es FE80::/10. Estas direcciones NO pueden ser encaminadas a través de los Routers fuera del segmento local, de ahí deriva su nombre. El propósito principal es proporcionar direccionamiento IP automático a los nodos en caso que NO exista un servidor DHCP.Una dirección IPv6 Link-Local comienza con el prefijo FE80::/10 (los primeros 10 bits), luego los bits del 11 hasta 64 (los siguientes 54 bits) se configuran con valores de ceros (0000). De esta manera se forma la porción de red representada por los primeros 64bits.

FE80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000/10

La porción de nodo, que son los últimos 64 bits, se forma con el formato EUI-64. El formato EUI-64 toma los 48 bits de la dirección MAC de la tarjeta Ethernet y le coloca16 bits adicionales predefinidos por el protocolo IPv6 (FFFE). A continuación tenemos un ejemplo de una dirección Link-Local.

FE80::211:21FF:FE6C:C86B

Las direcciones IPv6 Site-Local son también el equivalente a las direcciones IP privadas en IPv4. A diferencias de las direcciones Link-Local, estas pueden ser encaminadas fuera del segmento local, es decir, podemos enviar paquetes entre diferentes segmentos de la red pero NO hacia el Internet.

En las direcciones Site-Local, los primeros 10 bits se establecen con los valores1111111011, por lo tanto, el prefijo de estás direcciones tendrá un valor en hexadecimal de FEC0 :: /10. Los siguientes 54 bits están compuestos por el ID de red. Los últimos 64 bits son el identificador de la interfaz o nodo, y estos se configuran de la misma forma que las direcciones Link-Local, tomando 48 bits de la dirección MACy luego agregando 16 bits con los valores FFFE.A continuación tenemos un ejemplo de una dirección Site-Local.

FEC0::CE00:3BFF:FE85:0

Las direcciones Global en IPv6 son el equivalente de las direcciones IP públicas en IPv4. Estas direcciones pueden ser encaminadas a través de la Internet. Los primeros3 bits están compuestos por los valores 001 (en notación binaria), por lo tanto, el prefijo de estás direcciones IP tendrá un valor en hexadecimal de 2000 con una máscara /3.

Direcciones Global Unicast

Las direcciones Global Unicast en IPv6 son el equivalente de las direcciones IP públicas en IPv4. Estas direcciones IP pueden ser encaminadas a través de la Internet. Los primeros 3 bits de estas direcciones IP están compuestos por los valores001 (en notación binaria), por lo tanto, el prefijo de estás direcciones IP siempre tendrá un valor hexadecimal de 2000 con una máscara /3.

Lo anterior significa que los primeros 3 bits dentro de una dirección Global Unicast deben de ser siempre 0010 (en binario), y la máscara de /3 significa que sólo podemos hacer variaciones después de los primeros tres bits dentro del primer octeto para establecer el Prefijo Global de Enrutamiento (Global Routing Prefix).El Prefijo Global de Enrutamiento consiste en un número de bits que se pueden subdividir de acuerdo a las necesidades de los Registros de Internet y proveedores de Internet, a fin de reflejar la topología de la Internet en

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su conjunto. En pocas palabras, a partir de estos primeros 3 bits es que comienza la jerarquización de la asignación de las direcciones IP a nivel global.

Bajo el esquema anteriormente descrito, los posibles prefijos que podrían ser utilizados para representar direcciones IP del tipo Global Unicast serían:2000 (0010) – dirección válida Global Unicast3000 (0011) – dirección válida Global Unicast4000 (0100) – dirección inválida Global Unicast (a partir de aquí cambia la estructura de 001 en los primeros 3 bits)5000 (0101) – dirección inválida Global Unicast

En el futuro este prefijo puede cambiar debido a las normativas del IANA (Internet Assigned Numbers Authority), el cual es el organismo encargado de la asignación y administración de las direcciones IPv6 Global Unicast a nivel mundial.

Tenemos entonces que de los primeros 64 bits de un total de 128 bits, los 3 bitsprimeros representan el Prefijo Global. Los siguientes 45 bits identifican la red asignada a las organizaciones. Los siguientes 16 bits representan la subred (Subnet ID) en caso de realizarse una subdivisión de la red (Subnetting).En resumen, los primeros 64 bits de una dirección IPv6 los podemos dividir en tres componentes:

Prefijo Global (3 bits) Red (45 bits) Subred (16 bits)

Una dirección IPv6 Global Unicast soporta 2^16 subredes posibles para un total de65.535. Cada subred soporta 2^64 nodos posibles para un total de 18446744073709551616.

Vamos a tomar como ejemplo la siguiente dirección IPv6 Global Unicast:2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b

Los primeros 48 bits representan la porción de red de la empresa (Site Prefix):2001:0db8:3c4d

Los siguientes 16 bits representan la porción de subred:0015

Los siguientes 64 bits representan la porción del nodo:0000:0000:1a2f:1a2b

NOTA: SI NO hay subdivisión de la red (Subnetting), entonces, los primeros 64 bits representa la red y los demás 64 bits los nodos.

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Articulo original. http://blog.capacityacademy.com/2013/04/17/cisco-ccna-todo-sobre-ipv6-direcciones-global-unicast-55/

Angélica María González OrtegaInstructora TeleinformáticaSena Regional Norte de SantanderMarzo de 2016

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