Protocolo IPv6: Estructura, Direccionamiento y Funcionamiento

Protocolo IPv6

Limitaciones de IPv4

IPv4 presenta las siguientes limitaciones:

• Direccionamiento limitado: Con solo 4 mil millones de direcciones, IPv4 se ha visto complementado con CIDR, NAT y DHCP para gestionar la escasez.
• Cabecera compleja: Su longitud variable y la fragmentación, que no siempre es necesaria, añaden complejidad.
• Seguridad limitada: IPsec surge como solución a las vulnerabilidades de seguridad.
• Soporte limitado: Ofrece un soporte restringido para la priorización de tráfico y multicast.

Ventajas de IPv6

IPv6 solventa las limitaciones de IPv4 con las siguientes mejoras:

• Direccionamiento amplio: Con direcciones de 128 bits, IPv6 proporciona aproximadamente 3x10^38 direcciones.
• Cabecera simplificada: Una cabecera más simple facilita el procesamiento.
• Autoconfiguración: Permite la configuración automática de direcciones.
• Opciones fuera de la cabecera: Las opciones se ubican fuera de la cabecera principal, mejorando la eficiencia.
• Seguridad integrada: Ofrece opciones de seguridad y encriptación.
• Soporte mejorado: Proporciona un soporte completo para tráfico en tiempo real.
• Encaminamiento jerárquico: Utiliza prefijos para un encaminamiento jerárquico eficiente.
• Mecanismos de transición: Facilita la transición desde IPv4.

Tipos de Direcciones IPv6

• Unicast: Identifica un único host en la red.
• Multicast: Identifica un grupo de hosts. El tráfico se entrega a todos los miembros del grupo. No existe dirección broadcast en IPv6.
• Anycast: Identifica un grupo de hosts. El tráfico se entrega solo a uno de los miembros del grupo, generalmente el más cercano.

Notación de Direcciones IPv6

• Notación hexadecimal: 8 bloques de 16 bits, expresados en 4 dígitos hexadecimales separados por ":".
• Notación abreviada: Se omiten los ceros a la izquierda y las cadenas de ceros consecutivas se abrevian con "::" (solo puede aparecer una vez). Ejemplo: 1080:0:0:8:0:800:200C:741A se abrevia como 1080::8:0:800:200C:741A.
• Direcciones sin clase: Las direcciones IPv6 se dividen en prefijo y sufijo, indicados con CIDR.

Ámbito de las Direcciones IPv6

El ámbito (scope) determina la zona de validez de una dirección:

• Link-local: Válido dentro del enlace directo al que está conectada la interfaz (ej. LAN).
• Site-local: Válido dentro de un sitio, que puede estar formado por una o varias redes.
• Global: Válido en todo Internet.

Scope Zone: Región conexa de la red de un ámbito determinado. La unicidad de direcciones está garantizada dentro de su zona. Los datagramas no pueden ir a otro ámbito.

Direcciones Unicast Link-Local

Son direcciones privadas unicast que no se encaminan fuera del ámbito del enlace. Se usan para la autoconfiguración y el descubrimiento de vecinos. Formato: prefijo FE80::/10 + 54 bits a 0 + 64 bits para la ID del host. Ejemplo: fe80::2e81:58ff:fee9:64bb/64

Direcciones Unicast Sitio Local (ULA)

Son direcciones unicast para intranets jerárquicas que no se encaminan fuera del sitio. Sustituyen las antiguas direcciones FEC0::/10. Formato: prefijo FC00::/7 + 1 bit de gestión (0 global, 1 local) + 40 bits para la ID del sitio (debe ser aleatorio) + 16 bits para la ID de subred + 64 bits para la ID del host. Ejemplo: fd12:A128:e8e1:1:FEDC:BA98:7865:4321/64

Direcciones Unicast Globales (Internet)

Permiten la autoconfiguración. Formato: prefijo 2000::/3 + 45 bits para la ID del ISP + 16 bits para la ID de subred + 64 bits para la ID del host. Ejemplo: 2004:A128::32:FEDC:BA98:7865:4321/64

EUI-64

Permite asignar una ID de host única basándose en la ID de la interfaz (MAC). Se inserta FF:FE en medio de la dirección MAC y se invierte el séptimo bit. Ejemplo: La MAC 00:1D:BA:06:37:64 se convierte en 021D:BAFF:FE06:3764. Esto se hace para reducir la probabilidad de duplicidad entre direcciones manuales y automáticas. Los problemas que podría acarrear son de privacidad y la necesidad de generación aleatoria del identificador de interfaz.

Direcciones Multicast

Define un grupo de hosts en un ámbito determinado. Formato: prefijo FF00::/8 + 4 bits de flags (0000 permanente, 0001 temporal) + 4 bits de ámbito (1 node-local, 2 link-local, 5 site-local, 8 org-local, E global) + 112 bits para la ID del grupo. Direcciones especiales: FF01::1 (broadcast a las interfaces del nodo), FF02::1 (broadcast en link-local), FF02::2 (broadcast routers en link-local), FF02::9 (broadcast routers RIP en link-local).

Solicited-Node Multicast Address

Se usan en el descubrimiento de vecinos. Se forma con el prefijo FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 + 24 bits menos significativos de la dirección. Ejemplo: Para la dirección 4000::8:10E:8C6C, la solicited-node multicast address es FF02::1:FF0E:8C6C.

Direcciones Especiales

• Dirección sin especificar: ::
• Dirección de loopback: ::1
• Direcciones IPv4 codificadas en IPv6: ::FFFF:192.168.0.1

Datagrama IPv6

• Versión: 4 o 6.
• Traffic Class: 8 bits (DSCP y ECN).
• Flow Label: 20 bits. Etiqueta el paquete para tráfico en tiempo real.
• Payload Length: 16 bits. Longitud total sin la cabecera.
• Hop Limit: 8 bits. Equivale al TTL de IPv4.
• Direcciones de origen y destino: 2 x 128 bits.
• Next Header: 8 bits. Define la siguiente cabecera (las opciones se incluyen en el payload).

Fragmentación en IPv6

La fragmentación se realiza en origen. El host debe usar Path MTU Discovery o fragmentar en paquetes menores a 1280 bytes (MTU mínima de Internet). La cabecera de fragmentación incluye: Header Length (8 bits, reservado a 0), Offset (13 bits, desplazamiento respecto al inicio en unidades de 8 bytes), M (indica si hay más fragmentos) e Identificador (igual en todos los fragmentos). No hay checksum en IPv6.

ICMPv6

ICMPv6 asume las funciones de ICMPv4, IGMP y ARP. Se utiliza para mensajes de error, descubrimiento de vecinos (Neighbor Solicitation y Neighbor Advertisement), descubrimiento de routers (Router Solicitation y Router Advertisement) y redirección (Redirect).

Diferencias entre ARP y Descubrimiento de Vecinos

ND en IPv6 combina las funciones de ARP, ICMP, Router Discovery e ICMP Redirect de IPv4. IPv4 carece de un mecanismo para la detección de inasequibilidad de vecinos. Los anuncios de enrutador en IPv6 incluyen direcciones locales de enlace y prefijos de sitio, simplificando la configuración.