Direccionamiento IPv6
Si bien IPv6 ha estado con nosotros por algún tiempo, muchos ingenieros en redes desconocen cómo realizar esquemas de direccionamiento en entornos, por ejemplo, Dual-Stack (funciona tanto IPv4 como IPv6 en la misma arquitectura), o en entornos con sólo direcciones IPv6, por ello, en este blog haré una breve, pero concisa explicación sobre el direccionamiento IPv6
Necesidad de IPv6
IPv6 es el protocolo sucesor de IPv4. La creación de IPv6 fue motivada principalmente por el agotamiento de direcciones IPv4, es más, muchas predicciones indican que entre el año 2015 y 2020 las direcciones IPv4 de los cinco RIRs se habrán acabado completamente, ya que tendencias tecnologías como BYOD (Bring Your Own Device - Trae tu propio dispositivo) en las empresas, IoE (Internet of Everything) en el hogar, oficina e industrias, disminución de las brechas tecnologías en la población, convergencia a redes todo IP en las comunicaciones y aumento demográfico mundial han consumido casi en su totalidad las direcciones IPv4 públicas.
Métodos para alargar la vida de IPv4 se han creado, como NAT (Traducción de direcciones Privadas a Públicas), pero debido a los problemas en las comunicaciones que presentan, la transición a IPv6 llegó.
IPv4 tiene un máximo de aproximadamente 4300 millones de direcciones (bastante menos que la cantidad de población mundial hoy por hoy), pero IPv6 tiene al rededor de 340 sextillones de direcciones, es decir, casi la misma cantidad que el total de direcciones IPv4 para cada ser humano sobre la Tierra!!!!, además en el momento de la creación de IPv6 se eliminaron ciertas deficiencias en la estructura de las direcciones IPv4 y se incluyeron mejoras tanto en seguridad como eficiencia.
Representación de Direcciones IPv6
Las direcciones IPv6 tienen una longitud de 128-bits y se escriben en formato Hexadecimal.
Están compuestas por 32 dígitos agrupados en lo que se suele denominar como "Hexteto" (4 dígitos hexadecimales), es decir, en 8 hextetos separados por dos puntos (:) cada hexteto
Cada Hexteto tiene 16 bits (4 dígitos Hexadecimales, cada dígito hexadecimal se representa con 4 bits - Nibble)
Reglas de Compresión en Direcciones IPv6
Debido a la gran extensión de una dir. IPv6, hay dos reglas básicas para comprimirlas:
- Eliminar los ceros INICIALES de cada hexteto
- Hextetos consecutivos compuestos solo por 0s, pueden ser comprimidos con ::, pero sólo puede hacerse una vez por dirección y por sentido.
Longitud de Prefijo en IPv6
Debido a la extensión de una dir. IPv6 no se tiene una máscara de subred en formato de dirección IPv6, es por ello que solamente se emplea la longitud o duración de prefijo para delimitar la porción de red y de host en este tipo de direcciones. La longitud de prefijo pude ir desde /0 hasta /128, siendo la longitud de prefijo típica en un host /64.
Tipos de Direcciones IPv6
Existen tres tipos de direcciones IPv6
- Unicast: Comunicación de uno a uno. Las direcciones IPv6 de origen y de destino en el paquete IP representan una interfaz de un dispositivo en particular.
- Multicast: Comunicación de uno a varios, donde esos varios deben pertenecer a un grupo multicast
- Anycast: Comunicación de uno al más cercano. Empleado por lo general con servidores (por ejemplo DNS) que se agrupan con la misma dirección IPv6.
En IPv6 NO existe Broadcast ya que es una comunicación considerada como ineficiente e insegura, es por eso que fue reemplazado por multicast en IPv6.
Direcciones IPv6 Unicast
Para que un host, pueda salir al Internet con IPv6, requiere de dos direcciones:
- Unicast Global: Direcciones públicas y enrutables.
Consta de Tres partes:
- Prefijo Global: Tres primeros hextetos, entregados por un ISP a una empresa. Actualmente los ISP entregan en el rango 2000::/3, es decir el primer hexteto va de 2000 a 3FFF
- ID de subred: Cuarto hexteto dedicado para subnetear dentro de una organización
- ID de Interfaz: Cuatro últimos hextetos (64 bits) que identifican a un host en particular
- Link-Local: Empleada para comunicaciones con dispositivos en el mismo segmento/enlace o LAN. Para identificarlas, el primer hexteto de este tipo de direcciones va en el rango FE80::/10 (de FE80 a FEBF)
Direcciones IPv6 Multicast
Las direcciones IPv6 multicast se reconocen ya que tienen la forma FFxx::/8
Hay dos tipos de direcciones IPv6 multicast:
- Multicast Asignada: Existen dos tipos
- Multicast de todos los nodos - FF02::1. Multicast que ha reemplazado a broadcast en IPv6, todos los equipos (routers, switches, PC, Laptops) con IPv6 habilitados contestan a este tipo de multicast.
- Multicast de todos los routers - FF02::2. Multicast que emplean para comunicarse entre routers IPv6, es decir aquellos que se han configurado con el comando (config)#ipv6 unicast-routing
- Multicast de Nodo Solicitado
Funcionalmente similar al multicast de todos los nodos, aunque se emplea principalmente con el protocolo NDP (Neighbor Discovery Protocol) transportado en ICMPv6 para reemplazar al protocolo ARP en IPv6.
Se crean al combiar el prefijo FF02:0:0:0:0:FF00::/104 y los 24 bits menos significativos de la dirección unicast global
Configuración de direcciones IPv6
Para configurar direcciones unicast globales IPv6 en un equipo ISR (Integrated Service Router) de Cisco, los comandos son simulares a los usados en IPv4 solo que en lugar de ip, se debe escribir ipv6
Para configurar manualmente un dirección Link-local, hay que especificar que se trata de ese tipo de dirección de la siguiente manera:
Como se puede apreciar, es posible configurar la misma dirección Link-Local a cada interfaz del mismo router, esto debido a que las direcciones Link-local sólo tienen significado dentro de una LAN o enlace.
Configuración Dinámica de Hosts en IPv6
Las direcciones IPv6 pueden ser asignadas tanto manual como dinámicamente, pero a diferencia de IPv4, no en todas las ocasiones es necesario de un servidor DHCP para conseguir una configuración automática de direcciones.
Existen tres opciones para la configuración dinámica de Hosts en IPv6
Para que esta configuración dinámica funcione correctamente, en IPv6 se emplea a ICMPv6 para transportar 4 tipos de mensajes, dos para la autoconfiguración de direcciones y dos para reemplazar las funciones de ARP y para el proceso de detección de direcciones duplicadas (DAD)
- RS - Solicitud de router: Enviado por los dispositivos con IPv6 habilitado (como PCs, Laptops, servers, etc) hacia su gateway (por lo general) solicitando le asignen una dirección. Emplean como dirección de destino una multicast de todos los routers.
- RA - Anuncio de Router: Respuesta del router ante la recepción de un RS. Le envía tanto el prefijo global, ID de subred, longitud de prefijo y Gateway por defecto, pero no se incluye ninguna información sobre servidores DNS, en caso de requerir ello, se debe emplear un servidor DHCPv6. Para completar la parte del ID de interfaz, es posible acudir al proceso EUI-64 o a la asignación aleatoria en la porción de host (depende del sistema operativo del host)
- NS - Solicitud de Vecino: Al igual que en comunicaciones IPv4, se debe formar la trama, para lo cual el equipo emisor debe tener la dirección física o MAC-Address del equipo de destino o del Gateway en caso que el destino esté fuera de la LAN local. En IPv6 se emplea el potocolo NDP previamente mencionado, para ello el host emisor, en caso de no tener la dirección física de destino, envía un mensaje NS con la dirección Multicast de nodo solicitado esperando que el dispositivo responda con su MAC-Address. Además este mensaje se utiliza para saber si en el momento de la autoconfiguración de direcciones, su dirección es única e irrepetible.
- NA - Anuncio de Vecino: Respuesta del equipo de destino antes un NS. El contenido de NS por lo general es la MAC-Address y que el dispositivo emisor pueda actualizar su caché ARP y termine de formar la trama.
El proceso de autoconfiguración de direcciones de hosts en IPv6 se llama SLAAC (Stateless Address AutoConfiguration), la diferencia con tener un servidor DHCPv6, es que esta característica la puede generar cualquier router o dispositivo de capa 3 que esté configurado con el comando ipv6 unicast-routing mediante el intercambio de mensaje RS y RA a través de ICMPv6. Es una autoconfiguración sin estado ya que no existe un equipo dedicado a mantener el arrendamiento de dichas direcciones, ni hace seguimiento de esta auto asignación, mientras el uso de DHCPv6 es con estado, ya que un equipo dedicado se usa para mantener y controlar dichas asignaciones de direcciones. Como se mencionó hace poco, con SLAAC se obtiene tanto el prefijo Global, el ID de subred, Longitud de prefijo y Gateway por defecto (no se obtiene información adicional como Servidores DNS, en caso que se requiera, se usa la opción 2, es decir SLAAC más DHCPv6, procedimiento llamado como DHCP sin estado), el ID de interfaz se genera automáticamente en el host mediante el proceso EUI-64 o a través de una asignación aleatoria de números hexadecimales (por motivos de seguridad)
Proceso EUI-64 (Extended Unique Identifier) Este proceso trata de emplear la propia MAC-address del equipo y usarla como ID de interfaz en la dir. IPv6, pero si recordamos, la dirección física de un host sólo posee 48-bits y el ID de interfaz requiere de 64, por lo tanto se adjunta los número 0xFFFE entre el OUI (Identificador único Organizacional) de la MAC address y el serial de la misma, con ello se completa los 64-bits, además al ser una dirección generada dinámicamente por un equipo, se cambia el 7 bit más significativo de dicha dirección MAC de 0 lógico a 1 lógico. En la siguiente imagen podemos ver dicho procedimiento:
Una vez que se asignó a un Host con la opción 1 (SLAAC) o la opción 2 (DHCP sin estado), empieza el proceso DAD (detección de direcciones duplicadas), una vez se verificó que la dirección es única, puede ser empleada por el dispositivo.
Espero haya sido de su agrado este tema, sigan implementando topologías con IPv6, en un próximo blog, explicaré cómo se configuran las tres opciones de auto asignación de direcciones de host en IPv6.
Saludos de Quito, Ecuador.
Gustavo
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