Módulo 5: Fundamentos de Redes IP

Módulo 5: Redes de ordenadores - Fundamentos de Redes IP

• El módulo 5 del Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos aborda los Fundamentos de Redes IP.
• Se centra en el tema de Redes IP y IPv6.
• El curso es 2024/25 impartido por Ignacio Soto ([email protected]) en la Universidad Politécnica.

Tema 7: Redes IP, IPv6

• El tema 7 se centra en las Redes IP y IPv6, incluyendo la introducción a IPv6, el formato de datagrama, el direccionamiento y ICMPv6.
• El contenido cubre todas las características básicas de IPv4, incluyendo protocolos de datagramas para el transporte de información a través de Internet, asignación de direcciones a interfaces, formato de las tablas de direcciones de reenvío y el protocolo de servicio básico best-effort.
• IPv6 está pensado como una solución a la falta de direcciones IPv4 debido al crecimiento de Internet.
• NATs (Network Address Translation) se han utilizado para prolongar la vida útil de IPv4, pero existen problemas como el aumento del tráfico global de IPv6.
• IPv6 ofrece un mayor espacio de direcciones y soporte generalizado en sistemas finales y equipos de comunicaciones.
• Google, Amazon y Apple utilizan IPv6 para domótica (Thread).
• Movistar y O2 en España utilizan IPv6 en sus redes móviles.

Referencias

• Rick Graziani, IPv6 Fundamentals: A Straightforward Approach to Understanding IPv6, Cisco Press, 2012
• S. Hagen, IPv6 Essentials, 3rd edition, O'Reilly Media, 2014
• S. Deering, R. Hinden, Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification, IETF RFC 8200, July 2017
• https://www.ipv6.com.

Características IPv6

• Comparte las características básicas de IPv4.
• Protocolo de datagramas para transportar información en Internet.
• Direcciones asignadas a interfaces.
• Formato de las tablas de Forwarding igual a IPv4 pero con direccionamiento IPv6.
• Prefijos + ajuste a prefijo más largo.
• CIDR para distribución de direcciones.
• Servicio básico: best effort

Características IPv6 (II)

• Ventajas adicionales:
• CIDR y asignación topológica desde el principio.
• Agregación eficiente.
• Prefijos de subredes estables a las necesidades requeridas.
• Tamaño /64 de prefijos de subredes.
• Autoconfiguración de direcciones (DHCPv6 y SLAAC).
• Multicast integrado en IPv6.
• Direcciones con alcance (scope).

IPv6 en la torre de protocolos (Dual-stack)

• La arquitectura de IPv6 en relación con protocolos de transporte como UDP y TCP, y con protocolos de red como IPv4.
• La interoperabilidad entre IPv4 e IPv6 (Dual-stack).
• Las tecnologías de subred como Ethernet.

Cabecera IPv6

• Identificación de los paquetes pertenecientes a un flujo.
• Campos como clase, longitud de la carga útil, siguiente cabecera, límite de saltos y direcciones IPv6 origen y destino.

Cabeceras de extensión IPv6

• Cero, una o más cabeceras de extensión.
• Flexibilidad para introducir opciones.
• Protocolos Y como TCP o UDP.
• Ejemplo de cabeceras IPV6 e IPv6 routing, IPv6 fragmentación, Cabecera TCP y Datos TCP.

Direcciones IPv6

• Una dirección IPv6 tiene 128 bits.
• Se representa como 8 grupos de 4 números hexadecimales separados por ":".
• Formato: X:X:X:X:X:X:X:X.
• Se utilizan 0000 – FFFF para el relleno de un campo.
• Los hextetos pueden ser letras en minúsculas.
• Se define un ejemplo 2001:0db8:0000:0000:0000:003a:0124:0001 como dirección IPv6.

Direcciones IPv6 (II)

• Simplificaciones para las direcciones IPv6.
• Eliminar ceros del inicio.

Prefijos IPv6

• Se utiliza un /r para indicar la longitud del prefijo.
• La longitud del prefijo se aplica a los 128 bits de la dirección IPv6.
• Se proporciona ejemplos para la aplicación del prefijo a longitudes como 64 bits y 60 bits.

Tipos de direcciones IPv6

• Unicast: comunicación punto a punto, espacio de direcciones unicast.
• Multicast: comunicación de un origen a múltiples destinos.
• Espacio de direcciones multicast.
• Anycast: múltiples interfaces con una misma dirección.
• Los mensajes enviados a esa dirección son entregados a una de esas interfaces.

Tipos de direcciones IPv6 (II)

• Las direcciones IPv6 tienen alcance o ámbito (scope).
• Se definen el alcance de la comunicación con la dirección.
• Ejemplos como enlace (Link-local), y global.
• Las interfaces con IPv6 tienen varias direcciones para comunicación.

Espacio de direcciones IPv6

• Se describen diferentes tipos de direcciones IPv6, como unicast (link-local, unique local, global), multicast y sin especificar, loopback.
• Los rangos para direcciones unicast y multicast.
• Los alcances para las direcciones unicast: Link-local, Unique Local y Global
• Los alcances para las direcciones multicast.

Direcciones unicast: formato

• La dirección IPv6 unicast de una interfaz se compone de un prefijo de subred y un identificador de interfaz (IID).
• Estructura r bits (prefijo de subred) y (128-r) bits (Identificador de Interfaz (IID).
• El IID debe tener 64 bits.

Direcciones unicast: formato (II)

• Descripción de los métodos para generar el IID de una interfaz.
• Se explican la forma manual, la aleatoria y una forma derivada del identificador de nivel 2 (por ejemplo, una dirección Ethernet)

Direcciones unicast: Link-local

• Direcciones para comunicaciones en un enlace.
• Las direcciones no son reenviadas por los routers.
• Se usa el prefijo fe80::/64.
• Permiten a un equipo generar un Identificador de Interfaz (IID) y configurar una dirección para comunicarse en un enlace.
• Se usa para procedimientos IPv6 (p.ej., obtener información para configurar una dirección global, siguiente salto en las tablas de forwarding y para comunicaciones en subredes aisladas sin routers).

Direcciones unicast: Unique Local

• Se describen direcciones globalmente únicas pero no encaminables en Internet.
• Dichas direcciones son útiles para redes privadas o no conectadas a Internet.
• El formato incluye el ID global, subred y IID.
• El identificador global (ID) se genera localmente y se busca generar unicidad.

Direcciones unicast: Globales

• Direcciones globalmente únicas y encaminables en Internet.
• El formato incluye la información del prefijo de routing global, subred e IID.
• El prefijo de routing global se obtiene mediante asignación CIDR (ICANN/IANA -> RIRs -> ISPs -> Usuarios).
• Los ISPs grandes reciben prefijos /23 - /32 de RIRs.
• Para organizaciones se suelen recibir rangos /48 de ISPs, y para entornos domésticos se utilizan prefijos del tipo /56 de ISPs.

Direcciones unicast: Globales (II)

• Se recibe un prefijo de las ISPs (p.ej., /48) y se realiza la asignación de prefijos /64 para subredes.
• Utilizan el ID de subred para la creación de las subredes (por ejemplo, 2128 = 65536 subredes).
• Se pueden asignar prefijos /127 en enlaces punto a punto entre routers.

Direcciones multicast

• Las direcciones multicast no se asignan a interfaces, no pueden ser dirección origen.
• Se configura para escuchar en una dirección multicast, dando más espacio de direcciones multicast que en IPv4.
• Se describen los Flags (8 bits), el scope (4 bits) y el formato (parcial) 112 bits.
• El formato incluye las etiquetas de flujo, siguiente cabecera, límite de saltos.

Direcciones multicast: nivel 2

• La utilidad de las direcciones multicast en un enlace (solo se consigue con multicast a nivel 2).
• Se mapean direcciones IPv6 multicast a direcciones Ethernet multicast.

Direcciones IPv6 y nombres

• Recordar direcciones es más complicado con 128 bits que con 32 bits (IPv4).
• Se utiliza DNS como mecanismo de traducción de nombres a direcciones IPv6.
• Para traducción se aprovecha el mismo concepto que en IPv4, AAAA y A.

ICMPv6

• Protocolo de Mensajes de Control de Internet para IPv6.
• Incluye supervisión, comunicación de errores y las funciones de descubrimiento de vecinos como Multicast Listener Discovery.
• Ejemplos de funciones: autoconfiguración de direcciones sin estado, resolución de direcciones (IPv6 <-> nivel 2).

ICMPv6: formato de mensajes

• Descripción del formato de los mensajes ICMPv6 (cabecera IPv6, cabecera ICMPv6 y contenido).

ICMPv6: formato de mensajes (II)

• Campos tipo, código, checksum, y datos del mensaje.
• Tipo para mensajes de error (0 - 127, ej: destino no alcanzable) y mensajes informativos (128 - 255)

ICMP: Multicast Listener Discovery

• Gestiona la permanencia en grupos multicast.
• Dos versiones: MLDv1 y MLDv2.
• Usan mensajes ICMPv6:
• Tipo 130: Multicast Listener Query.
• Tipo 131: MLDv1 Multicast Listener Report.
• Se envía a la dirección IPv6 multicast del grupo, y se está suscribiendo.
• Tipo 132: Multicast Listener Done.
• Se indica si se quiere recibir el contenido del grupo o no (INCLUDE, EXCLUDE)

ICMPv6: Neighbor Discovery Protocol

• Protocolo implementado usando mensajes informativos ICMPv6.
• Resolución de direcciones (IPv6 <-> nivel 2).
• SLAAC: configuración automática de direcciones sin estado.
• Detección de direcciones duplicadas.

ICMPv6: ND, SLAAC

• Objetivo: configuración automática de red de sistemas finales sin estado.
• Alternativa a la configuración manual.
• SLAAC y DHCPv6 pueden combinarse. -Se usan mensajes ICMPv6 como:
• RS (Router Solicitation).
• RA (Router Advertisement).
• La información en el RA permite la configuración de red (prefijo de red y IID).

Routing

• Protocolos de Routing encuentran caminos hasta los destinos (prefijos).
• Se introducen en la tabla de forwarding.
• El formato del siguiente salto para llegar al destino.
• Los protocolos sólo cambian las direcciones/prefijos.

Transición de IPv4 a IPv6

• IPv6 va a convivir con IPv4 durante muchos años.
• Objetivo: que toda Internet sea accesible independientemente del uso de IPv4 o IPv6.
• Mecanismos de transición:
• Dual-stack: se utilizan IPv4 y IPv6 simultáneamente.
• Soluciones basadas en tunelización (ej: DS-Lite).
• Traductores de protocolos para comunicar IPv4 e IPv6. (ej:NAT64, DNS64, 464XLAT).

Conclusiones

• Descripción de la motivación para usar e implementar IPv6 en Internet.
• Se destaca la simplificación de la gestión de direcciones y el sistema extremo a extremo sin NATs para la innovación en servicios y aplicaciones en IPv6.
• Se mencionan las aplicaciones compatibles con IPv6 y la recomendación de usar APIs agnósticas respecto a la familia de direcciones.
• El formato de datagramas, direcciones unicast, multicast, anycast, y cómo se usa ICMPv6.

Este quiz cubre el Módulo 5 del Máster en Ingeniería de Producción, enfocado en Fundamentos de Redes IP y IPv6. Los temas incluyen introducción a IPv6, formatos de datagramas y direccionamiento en redes. Se explorarán soluciones a la escasez de direcciones IPv4 y el uso de NATs.