El Futuro de IP: IPv6

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El Futuro de IP IPv6

• Marc Andreu García
• Raúl Basanta

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Introducción.

• Se trata de una nueva versión de IP (Internet
  Protocol) que viene a cubrir algunos vacios del
  anterior IPv4.
• Se define como IPv6 o IPng (Next Generation) y al
  igual que IPv4 se trata del protocolo de
  transmisión de datagramas, tramas y paquetes del
  nivel IP de Internet.
• No se trata simplemente de IPv4 con unos números
  más añadidos, sino un replanteamiento de los
  requerimientos de IP para el futuro de Internet.
• IPv6 toma conciencia de los cambios en la
  naturaleza cambiante del tráfico IP en las redes
  de globales.

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Introducción II

• El Internet Architecture Board empieza a estudiar
  los problemas de IPv4 en 1991.
• Sus estudios conducen a un grupo de trabajo de
  ingenieros y científicos agrupados bajo el IESG
  (Internet Engineering Steering Group) a definir
  el nuevo protocolo IP.
• Se estudian en coordinación con otros equipos
• El espacio de direcciones IP
• Las mejoras para TCP
• La compatibilidad con otros protocolos
  (notablemente IPX).

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Introducción III

• Las primeras propuestas documentadas, siguiendo
  el procedimiento común, nacen con el RFC 1752
  (The Recommendation for de IP Next Generation
  Protocol), en 1994.
• En 1996 se publican propuestas detalladas
• RFC 1883 The IPv6 base protocol
• RFC 1884 The address specification
• RFC 1885 Description of the control protocol
  ICMP
• RFC 1886 Addressing the problems of an enhaced
  DNS
• Abril de 1996 ve el principal RFC RFC1933 El
  mecanismo de transición.

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Motivaciones

• El principal motivo es el crecimiento de Internet
  desde dos puntos de vista
• Se prevee un posible futuro agotamiento del
  actual espacio de direcciones IP, o al menos una
  limitación próxima.
• Cambios en la naturaleza del tráfico y el aumento
  del mismo
• Antes, aplicaciones distribuidas relativamente
  simples, como transferencia de ficheros o e-mail,
  o acceso remoto con telnet.
• Hoy en dia aplicaciones de entorno multimedia
• Entornos cliente-servidor complejos en intranets
  y extranets (datos más complejos y amplios ocio,
  y diferentes servicios).
• Más énfasis en la necesidad de transacciones en
  tiempo real.

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Motivaciones II

• Motivaciones desde el punto de vista de la
  administración de redes
• Configuración de redes más ágil. A parte de los
  sistemas habituales de DHCP o BOOTP, las redes
  sin estos sistemas, necesitan automatización de
  tareas.
• Esquemas flexibles de control de congestión.
• Necesidad de mejorar los aspectos relacionados
  con la seguridad.
• Mejorar el routing (control de flujo) y con ello
  la eficiéncia.
• Soporte para hosts móviles

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Objetivos mejora del espacio de direcciones

• Riesgo de agotamiento del espacio de direcciones
  IPv4
• Direcciones de 32 bits. Se requiere una única
  dirección para cada host.
• Necesidad de asignar direcciones jerarquicamente
  reduce la disponibilidad de las mismas. La tarea
  de organizaciones como InterNIC resulta cada vez
  más complicada.
• Alocatar direcciones internas a externas no
  siempre es posible (direcciones ilegales).
• Algunas técnicas paliativas
• Permitir compartición de direcciones y asignar
  direcciones temporalmente.
• HTTP 1.1 permite Hosting Virtual (una única
  dirección IP, muchos dominios)

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Objetivos mejora del espacio de direcciones II

• IPv6 aporta direcciones de 128 bits
• Significa más de 3x1038 direcciones, o 6 x 1023
  direcciones por metro cuadrado en la tierra.
  Porqué tanto?
• Aún con alocatamiento jerarquizado, no problema.
• Aún con hosts móviles, items con direcciones IP,
  etc, no problema.
• Simplificación del problema del routing con una
  sobre-alocatación gracias a poder crear
  multi-niveles jerarquicos menos espacio para las
  tablas de routing y algoritmos de routing más
  simples.
• Configuración automática de los routers más
  viable, gracias a la jerarquización
• El esfuerzo del cambio se pretende para un largo
  periodo...

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Objetivos mejora del espacio de direcciones III

• La nueva dirección
• Antes 194.153.11.222
• Ahora 194.153.11.222.128.17.135.22.240.36.97.66.2
  05.221.52.4
• Muy dificil de manejar!
• -Formato hexadecimal largo DEADBEEF0000000000
  000073FEEDF00D
• -Compresión de direcciones (sólo un string
  reemplazado por )
• DEADBEEF73FEEDF00D
• -Expresión de las antiguas direcciones IPv4
• 000000000000000000000000194.153.11.222
• 194.153.11.222 (sólo dos caracteres
  adicionales!)

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Objetivos mejora del espacio de direcciones IV

• Una dirección IPv6 tiene tres niveles
  jerárquicos
• Topología pública (48bits).Identifica a los
  proveedores de la conexón a Int.
• FP (Formal Prefix) Identifica unicast,
  multicast, anycast.
• TLA Id (Top Level Aggregation) Identifica a la
  autoridad de mayor nivel dentro de la jerarquía
  de encaminamiento
• Resv Reservado para futuras expansiones de las
  direcciones
• NLA ID (Next-Level Aggregation ) Identifica el
  ISP.
• Topología de la organización (16 bits) Identifica
  a la organización a la que pertenece el nodo IP
• SLA Id (Site Level Aggregation) Permite a una
  organización crear su propia jerarquía de
  direcciones.

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Objetivos mejora del espacio de direcciones V

• Identificador de la interfície (64 bits)
  Identifica inequívocamente a un nodo. Coincide
  con los bits de una dirección tipica MAC. Se
  utiliza para autoconfiguración.

3
13
8
24
16
64
FP
Interf Id
NLA Id
SLA Id
Resv
TLA Id
Site Topology
Interface Identifier
Public Topology
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Objetivos mejora del espacio de direcciones VI

• Tres tipos de direcciones
• Unicast (unidistribución) Un identificador para
  una interfaz individual.
• Anycast (monodistribución) Un identificador para
  un conjunto de interfaces (posiblemente
  perteneciente a diferentes nodos). El paquete se
  entrega a una de las direcciones de las
  interfaces.
• Multicast (multidistribución) Un identificador
  para un conjunto de interfaces (posiblemente de
  diferentes nodos). El paquete se entrega a todas
  las direcciones.

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Objetivos mejoras de formato. Cabeceras

• Uno de las deficiencias de IPv4 es la complejidad
  de sus cabeceras. No se pueden mantener con el
  nuevo protocolo porque aumentarían en complejidad
  de forma proporcional.
• 10 campos para la cabecera
• Dos direcciones de 32 bits (origen y destino)
• Campo de opciones (para completar la longitud de
  la cabecera).

20 octetos
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Objetivos mejoras de formato. Cabeceras II

• Sin información en el campo de opción, la
  cabecera ocupa 20 bytes. Una cabecera IPv6 de 80
  bytes sería poco deseable.
• La cabecera IPv6 se simplifica con cabeceras
  encadenadas.
• 6 campos y dos direcciones de 128 bytes (origen y
  destino) sin opciones. Las opciones de IPv4 se
  especifican en otro campo, que especifica que
  otra cabecera le sigue.

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Objetivos mejoras de formato. Cabeceras III
Octets
40
Variable
Variable
8
Variable
Variable
Variable
20 (opt)
Variable
Application Data
Hop-by-Hop Options Header
Dest. Opt. Header
TCP Header
ESP Header
Autentication Header
Routing Headerr
IPv6 Header
Fragment Header
10x32bits 40 octetos
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Objetivos mejoras de formato. Cabeceras IV

• Mejora en la flexibilidad ? Enrutamiento más
  eficiente.
• La cabecera más simple ocupa sólo 40 bytes
• Versión (4 bits)
• Prioridad (4 bits)
• Etiqueta de Flujo (24 bits) Usada por el host
  para decir al router como tratar el paquete.
• Longitud de carga útil (Payload). (16) Long.
  Total de segm. TCPExt. Headers
• Siguiente cabecera. (8bits) Tipo de cabecera que
  sigue.
• Limite de saltos (8 bits) Saltos que restan. (TTL
  de IPv4)
• Cabecera más compleja para apl. Complejas. La
  tarea del router se simplifica!!
• Sin límite en el número de cabeceras
  encadenadas
• La siguiente cabecera es un número de 8-bit ? 255
  tipos diferentes. Definidas hasta hoy 6 tipos

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Objetivos mejoras de formato. Cabeceras V

1. Hop-by-Hop Header contiene información
   adicional para ser examinada por cada router en
   su camino.
2. Routing Header Routing extendido (lista de uno o
   más nodos intermedios a ser visitados por el
   camino a destino).
3. Fragment Header Información de fragmentación y
   reensamblaje. En IPv6, la fragmentación sólo se
   hace en los nodos fuente, no en los
   intermediarios del camino.
4. Autentification Header Provee integridad y
   autentificación de paquetes. No se especifica qué
   algoritmo. (se usa MD5)
5. Encapsulating Security Payload Provee
   privacidad. No se especifica algoritmo (se supone
   encriptación simétrica).
6. Destination Option Información adicional para el
   nodo destino.

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Objetivos mayor seguridad

• IPv6 aporta mejoras en seguridad.
• Hay una necesidad de seguridad en cuanto a
  cifrado de datos ? IP-Sec opcional en IPv4
  (implementado con los optional headers). En IPv6
  la compatibilidad con el protocolo de seguridad
  es obligatoria.
• Todas las máquinas que soportan IPv6 han de
  implementar obligatoriamente la cabecera de
  autenticación de IPv6 con al menos una clave de
  128 bits.
• Desventaja ?costos en el procesamiento del
  protocolo y latencia
• Se implementa combinando los dos headers ESP
  (incorpora nivel de seguridad ? gobierno) y AH
  (pueden ser independientes).

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Objetivos facilidad de configuración

• IPv6 incorpora mecanismos para la
  autoconfiguración de los host ? direcciones de
  autoconfiguración. Muchas redes IP tienen
  direcciones definidas manualmente, por lo que
  supone una gran mejora.
• El host debe ser capaz de descubrir toda la
  información que necesita para su conexión a
  Internet. El requerimiento mínimo es que éste sea
  capaz de generar una única dirección IP y
  descubrir al menos un router.
• Usan Neigbor Discovery proceso por el cual un
  host IP descubre automáticamente su dirección IP

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Objetivos facilidad de configuración II

• Tipos de direcciones
• Link Local direcciones que se usan en aquellas
  interficies que no están conectadas a ningún
  router. Directamente la dirección se obtiene de
  la dirección MAC.
• Global scope direcciones que se usan en aquellas
  interficies conectadas a un router. Se
  autoconfigura con mensajes hacia el router.

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El cambio IPv4?IPv6 (I)

• El cambio rápido es dificil. Usuarios y empresas
  no pueden soportar periodos de inactividad. Debe
  ser pues de progresiva implantación en host y
  routers.
• La naruraleza de la red es anárquica.
• Soluciones que se aportan
• Implementaciones en los SO de los ppales.
  fabricantes.
• Coexisténcia por un periodo largo de tiempo, o
  indefinida, de ambos sistemas (dualidad de
  protocolos o uso simultáneo de ambos
  Dual-Stack).
• Compatibilidad con la base instalada de
  dispositivos IPv4.
• Uso de autoconfiguración.
• Mecanismos para facilitar la transición SIT
  Simple Internet Transition
• Túneles IPv6 sobre IPv4. (paquetes IPv6
  encapsulados). Pueden ser usados de formas
  diferentes

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El cambio IPv4?IPv6 (II)

• Router a Router. Routers con doble pila se
  conectan mediante una infraestructura IPv4 y
  transmiten tráfico IPv6.
• Host a Router. Host con doble pila se conectan a
  un router intermedio (también con doble pila),
  alcanzable con una infraestructura IPv4.
• Host a Host de doble pila conectados a una
  infraestructura IPv4.
• Router a Host. Ambos con doble pila.
• Transmisión IPv6 sobre dominios IPv4 (RFC2529) .
  Este mecanismo permite a disp. IPv6 aislados, ser
  funcionales.
• Tunel Server y Tunel Broker Se tratan de ISP
  IPv6 virtuales proporcionando conectividad IPv6
  a usuarios con conectividad ya con IPv4.
• Plataforma 6bone plataforma que proporciona
  transporte IPv6

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El cambio IPv4 ?IPv6 (III)

• El servicio DNS deberá usar encapsulación. Se
  debe usar un nuevo tipo de registro (AAAA) y un
  nuevo dominio de resolución de direcciones
  inversa (IP6.INT) así como redefinicir las
  consultas existentes.

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Conclusiones

• IPv6 es apropiado para ser la próxima generación
  IP por diversas razones
• Resuelve problemas de escalabilidad. Aparición de
  host móviles
• Provee un mecanismo de transición sencillo.
• Puede ser instalado como un upgrade de
  dispositivos.
• Provee nuevas necesidades dispositivos móviles
  portátiles.
• Provee una plataforma para nuevas funcionalidades
  Internet.
• Enrutamiento más sencillo y menos bytes de
  control (reducción del tráfico).
• Pero
• Implantación lenta
• Seguridad en contrapartida de velocidad.

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Soporte

• Host implementations http//playground.sun.com/pu
  b/ipng/html/ipng-implementations.html

• BDSI -Microsoft -Linux -FreeBSD
• Apple -OpenBSD -HP - DRET
• Bull -Sun -FTP Software -WIDE
• Compaq -Silicon Graphics -IBM - .....

Router implementations

• 3Com -Nortel Networks -NTHU -Zebra
• Cisco Systems -IP Infussion -Sumitomo
• Ericsson Telebit -MRT -Electric
• Hitachi Ltd. -Nokia -TELDAT

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Bibliografía

• Understanding IPv6 by David Morton (www.ipv6.org)
• The new and improved Internet Protocol
• article by W. Stallings based on his book
  Data and Computer
• Communicatios Prentice-Hall 1996.
• IPv6 Organization
• www.ipv6.org
• http//playground.sun.com/pub/ipng/html/INET-IPng-
  Paper.htm
• ForoIPv6
• http//www.consulintel.es/Html/ForoIPv6/Documentos
  
• Apuntes STD
• people.ac.upc.es/joseb/std_t2_c_01.pdf
• Grupo de trabajo Red Iris
• http//www.rediris.es/red/iris-ipv6/docs.es.html