Módulo 5: Redes de Ordenadores - IPv6

Módulo 5: Redes de Ordenadores - Fundamentos de Redes IP

• El módulo 5 cubre los fundamentos de Redes IP, incluyendo el tema 7: Redes IP e IPv6.
• El curso es impartido por Ignacio Soto.
• El curso 2024/25.

Tema 7: Redes IP, IPv6

• Contenido:
  • Introducción a IPv6
  • Formato de datagrama
  • Direccionamiento
  • ICMPv6

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

Motivación

• Falta de direcciones IPv4 por el crecimiento de Internet desde los 90.
• Se utilizan NATs (Network Address Translation) para extender el espacio de direcciones IPv4 con la RFC 1631 (1994) a RFC 3022 y NATs Carrier Grade (RFC 6888, RFC 6598-2012).
• La cantidad de direcciones IPv4 ha disminuido significativamente debido al aumento del tráfico global de internet (más del 40%en 2024) por lo que se necesita un reemplazo.
• NATs son soluciones temporales para extender el uso de IPv4.
• Se empieza a pasar de las direcciones IPv4 a direcciones IPv6.
• Se necesita IPv6 para el soporte generalizado en sistemas finales y equipos de comunicaciones.
• Google, Amazon, y Apple usan IPv6 en domótica con protocolos como Thread.
• En España (Movistar y O2) ya soportan IPv6 en la red móvil (2023).
• Se necesitan soluciones para la transición de IPv4 a IPv6 para mejorar la conectividad, en especial en lo que respecta a equipos AV.

Adopción de IPv6

• Mediciones de conectividad IPv6 vs. servidores de Google de octubre de 2024.
• España, Portugal, Francia, Alemania, EEUU, México, e India son los países con mayor penetración de IPv6.

Características de IPv6

• Comparte características básicas con IPv4
• Protocolo de datagramas para transportar información en Internet.
• Direcciones asignadas a interfaces.
• Formato de tablas de forwarding similar a IPv4, pero con direccionamiento IPv6.
• Prefijos + ajuste al prefijo más largo.
• CIDR para distribución de direcciones
• Servicio básico: best-effort (sin garantías)

Características IPv6 (II)

• CIDR y asignación topológica desde el principio.
• Agregación mucho más eficiente
• Prefijos de subredes no ajustado a las necesidades de direcciones
• Tamaño /64 de prefijos de subredes
• Autoconfiguración de direcciones
• DHCPv6 y SLAAC
• Multicast plenamente integrado en IPv6
• No hay dirección de broadcast, es multicast a todos los nodos
• Direcciones con alcance (scope)
• Formato muy flexible para opciones en cabecera IPv6
• Soporte de seguridad a nivel de red
• Mejoras para tratar con tráfico multimedia y QoS
• Mejoras para añadir movilidad.

IPv6 en la torre de protocolos (Dual-stack)

• En la torre de protocolos, se muestra la interconexión entre IPv4 e IPv6.

Cabecera IPv6

• Identificación de paquetes pertenecientes a un flujo
• Máximos saltos se decrementa en routers
• Checksum
• Fragmentación y reensamblaje
• Opciones

Cabeceras de extensión IPv6

• Cero, una o múltiples cabeceras de extensión.
• Flexibilidad para introducir opciones en caso de ser necesario
• Diversos tipos de cabeceras de extensión
• Ordenadas según dónde tienen que ser procesadas
• Protocolo Y: protocolo superior (por ejemplo: TCP o UDP)
• No tiene campo de "siguiente cabecera"

Direcciones IPv6

• Una dirección IPv6 tiene 128 bits.
• Representada mediante 8 grupos de 4 números hexadecimales separados por ":".
• Se utilizan hextetos.

Direcciones IPv6 (II)

• Simplificaciones :Eliminar los '0' a la izquierda de grupos de 4 números hexadecimales.
• Cuando hay varios grupos seguidos con '0000', se reemplaza por '::'.
• Sólo un "::" por dirección
• Se recomienda escoger el grupo mayor o más a la izquierda en caso de varios grupos de ceros. La cantidad de representaciones de IPv6 con 0 es una simplificación, no una pérdida de información.

Prefijos IPv6

• /r para indicar la longitud del prefijo.
• La longitud del prefijo se aplica a los 128 bits.

Tipos de direcciones IPv6

• Unicast (comunicación punto a punto)
• Multicast (comunicación punto a múltiples puntos)
• Anycast (varias interfaces comparten la misma dirección)

Tipos de direcciones IPv6 (II)

• Alcance de la dirección
• Ejemplos: Link-local, Global, etc.

Espacio de direcciones IPv6

• Se presentan los rangos y espacios de direcciones IPv6

Direcciones unicast: formato

• IPv6 unicast de una interfaz: prefijo de subred + identificador de interfaz (IID).
• IID debe tener 64 bits.
• Prefijo de red /64 para una subred.
• No se pueden usar las direcciones más altas del prefijo /64.
• La primera dirección es la anycast de routers en la subred (no es unicast).

Direcciones unicast: formato (II)

• El IID se genera de diferentes maneras
• Manualmente o aleatoriamente
• Formato EUI-64 modificado genera una dirección Ethernet.

Direcciones unicast: Link-local

• Direcciones para comunicaciones en un enlace (subred).
• Un router no reenvía un datagrama con estas direcciones.
• Prefijo de subred (fe80::/64) + Identifier (IID)
• Se utiliza para configuración automática de direcciones link-local.

Direcciones unicast: Unique Local

• Direcciones globalmente únicas (con alta probabilidad), pero no encaminables en Internet.
• Destinadas para comunicaciones en un ámbito local.
• Formato: fd ID Global + Subred + IID.
• ID global generado localmente (aleatoriamente).
• Mismo formato de ULA, pero aún no definido cómo generar el ID global.

Direcciones unicast: Globales

• Direcciones globalmente únicas y encaminables en Internet.
• Prefijo de routing global: ICANN/IANA -> RIRs -> ISPs -> Usuarios finales.
• En caso de enlaces punto a punto entre routers se puede asignar un prefijo /127.

Direcciones unicast: Globales (II)

• Se recibe un prefijo (por ejemplo, /48 de un ISP). Se utilizan prefijos /64 para subredes.
• En enlaces punto a punto entre routers se pueden asignar prefijos/127.

Direcciones multicast

• Direcciones multicast no se asignan a interfaces (no pueden ser dirección de origen).
• Se configura para escuchar en una dirección multicast.
• Más espacio de direcciones multicast que en IPv4.
• Formato (parcial): flags + scope
• Ejemplos: FF02::1 (enlace), FF02::2 (todos los routers del enlace)

Direcciones multicast: nivel 2

• Las direcciones multicast se mapean en direciones Ethernet multicast.

Direcciones IPv6 y nombres

• Recordar direcciones IPv6 es más difícil que IPv4 (128 vs 32 bits).
• Se utiliza DNS para traducir nombres a direcciones IPv6.
• Los DNS pueden traducir nombres a direcciones IPv6 (AAAA) o IPv4 (A).
• En equipos con IPv4 e IPv6, se realizan consultas para ambas direcciones para la comunicación.

ICMPv6

• Protocolo de Control de Mensajes de Internet para IPv6 (Supervisión y comunicación de errores de red).
• Protocolos implementados con mensajes ICMPv6: Multicast Listener Discovery (gestión grupos multicast), Neighbor Discovery (resolución de direcciones, detección de vecinos, etc.)

ICMPv6: formato de mensajes

• Cabecera IPv6
• Cabecera ICMPv6
• Contenido del mensaje ICMPv6
• Tipo, código, checksum y datos

ICMPv6: formato de mensajes (II)

• Tipo: tipo de mensaje (0-127: error, 128-255: informativo; ejemplos: destino no alcanzable, excedido número de saltos).
• Código: código de mensaje (dentro del tipo).
• Checksum: se aplica al mensaje ICMPv6 y a pseudo-cabecera con datos de la cabecera IPv6.

ICMP: Multicast Listener Discovery

• Gestiona la permanencia en grupos multicast
• Dos versiones (MLDv1 y MLDv2)
• Tipo de mensajes (130: Multicast Listener Query; 131: MLDv1 Multicast Listener Report; 132: Multicast Listener Done; 143: MLDv2 Multicast Listener Report).
• Permite incluir/excluir fuentes de mensajes multicast (Source Specific Multicast).

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 y vecinos.
• Redirección a otro router.

ICMPv6: ND, SLAAC

• Objetivo: configuración automática de la red.
• Alternativa a DHCPv6.
• SLAAC y DHCPv6 se pueden combinar.
• Mensajes ICMPv6 (RS y RA).
• Prefijo de red y dirección.
• Router por defecto.

Routing

• Los protocolos de routing encuentran caminos para llegar a destinos.
• Introducen rutas en la tabla forwarding.
• El anterior proceso es válido para IPv4 e IPv6
• Los protocolos de routing existen en versiones para IPv4 e IPv6.

Transición de IPv4 a IPv6

• IPv6 coexistirá con IPv4 por mucho tiempo.
• Objetivo: Acceso a Internet para todos los dispositivos.
• Dual-stack.
• Equipos que sean solo IPv6.
• Dispositivos con IPv4 e IPv6 (soluciones basadas en túneles).
• Traducción de protocolos (NAT64/DNS64, 464XLAT).

Conclusiones

• Motivación para el uso y despliegue de IPv6.
• Ventajas y desventajas.
• IPv6 es ampliamente implementado en sistemas operativos.
• Aplicaciones compatibles con IPv6.
• Formato de datagrama, direcciones y direcciones unicast (link-local, unique local, globales).
• Direcciones multicast y anycast.
• ICMPv6 (Multicast Listener Discovery, Neighbor Discovery)

Este cuestionario evalúa tus conocimientos sobre los fundamentos de Redes IP, específicamente el tema 7 sobre IPv6. Aprenderás sobre la introducción a IPv6, el formato de datagrama, el direccionamiento y el ICMPv6. Ideal para profundizar en un aspecto clave de la tecnología de redes.