CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS
Departament d’Arquitectura de Computadors
IPv6. Visión general y comparativa con el
actual IPv4
(Seminaris de CASO)
Autors
Juan Alberto Lahera Pérez
Carlos González Rodríguez
Introducción: necesidad de un cambio

La rápida expansión de redes interconectadas que constituyen Internet cada vez
más está evidenciando la necesidad de cambios para hacer frente a problemas
manifiestos en la actual versión de IP(versión 4). Son necesarios cambios tales
como:
– Mejora de la velocidad.
– Incremento de la seguridad.
– Favorecer la alta tasa actual de crecimiento de la propia red aumentando el rango de
direcciones asignables.
– Dotar a la red de servicios actualmente en auge y que son inviables en la situación
actual: (sevicios multimedia de tiempo real,....)

A raíz de esto el IETF (Internet Engineering Task Force), puso en marcha la
especificación de un sucesor del actual protocolo IPv4. Este nuevo protocolo es el
denominado IP next generation (IPng) o IPv6 (según su versión).
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Problemas con la actual versión IPv4



IPv4 es un protocolo con unos 20 años de antigüedad que se ha visto
superado por las necesidades actuales arrastrando problemas como:
Limitación del número de direcciones asignables en un rango de 32
bits.
Baja seguridad:
– Facilidad de captura de transmisiones.
– Opcionalidad del sistema de seguridad IPSec.
– Posibles camuflajes de hosts.

Problemas con la unidad de transmisión, el datagrama IP:
– Demasiados campos de cabecera que relentizan el procesamiento
– Tamaño variable de cabecera.
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Problemas con la actual versión IPv4

Demasiados protocolos:
– Cada vez hay más familias de protocolos: IP, OSI, IPX,... y cada vez son más
necesarios mecanismos que abstraigan al usuario de la tecnología subyacente,
encaminando así a hacer una red orientada a aplicaciones y no a protocolos
(como hasta el momento).

Necesidad de nuevos servicios
– IPv4 define una red orientada a datagramas, por tanto no existe el concepto de
reserva de recursos. Cada datagrama debe competir con los demás y el tiempo
de tránsito en la red es muy variable y sujeto a congestión. Así se necesita una
extensión al envío de tráfico en tiempo real y poder hacer frente a las nuevas
demandas en este campo.

Imposibilidad de comunicación móvil
– Se necesita una nueva arquitectura con mayor flexibilidad topológica.
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Problemas con la actual versión IPv4

Política de encaminamiento inexistente:
– Hoy en día los competidores de mercado necesitan nuevos servicios como la
necesidad de que el emisor pueda definir por qué redes desea que pasen sus
datagramas atendiendo a criterios de fiabilidad, coste, retardo, privacidad, etc.

Limitación física de los recursos de red:
– La cantidad ingente de direcciones no sólo está dejando corto el formato de 32
bits, otra repercusión importante es que las tablas de enrutamiento de las
pasarelas que se requieren para intercomunicar subredes cada vez son más
grandes, se logró retrasar el colapso con la aplicación del CIDR (Classless
Inter-Domain Routin), pero el problema de la limitación física continúa
existiendo.


Recursos multidifusión mejorables.
Limitaciones de velocidad manifiestas.
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¿Qué aporta IPv6?




Ampliación de las direcciones de 32 bits a 128 bits. Lo que nos da un
total de 3’4 * 10 38 direcciones asignables.
Para hacernos una idea, podríamos decir que asignando un billón de
direcciones por segundo tardaríamos 1’08 * 10 19 años en asignarlas
todas.
Mayor seguridad, se requiere IPSec obligatoriamente y ofrece
opciones de privacidad y autentificación.
Aunque el espacio de direccionamiento es bastante más grande que
en IPv4, la cabecera es solamente 2 veces mayor, y se disminuye el
número de campos para agilizar el procesamiento (de 13 a 8).
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¿Qué aporta IPv6?


Se introduce un nuevo concepto, el de cabecera de extensión, lo cual
permite quitar varios aspectos secundarios de lo que era la cabecera
principal y añadirlos en este espacio.
Las cabeceras de extensión (opcionales), permiten varios servicios
hasta ahora intratables. Como el soporte de reserva de recursos en
red:
– Se ofrece un etiquetado de paquetes (por medio de una prioridad) como flujo
específico marcado por el emisor para, por ejemplo, obtener prestaciones a
tiempo real como podría ser la transferencia de vídeo u otros tipos de
transmisiones multimedia.
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7
¿Qué aporta IPv6?

Autoconfiguración!!
– Uno de los aspectos fundamentales de IPv6 es la incorporación de
mecanismos orientados a la conexión automática (modelo plug & play) de
equipos en la red. Pueden construirse direcciones globales usando como parte
local la @MAC de un equipo y obteniedo el prefijo a través de la red.
– ¿Cómo se hace saber que hay un nuevo equipo?
• Para ello IPv6 tiene una función extendida de Source Routing gracias a SRDP
(Source Demand Routing Protocol) para difundir el routing a rutas de interdominio e
intradominio.

El nuevo concepto de cabecera de extensión proporcionan servicios
varios como el encaminamiento, la fragmentación (desde el origen y
no desde lor routers), opciones de seguridad, ...
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Representación de IPv6

La representación consta de 8 grupos de 4 números hexadecimales,
separando cada grupo con ‘:’

Ejemplo: 1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A
ó bien 1080::8:0800:200C:417A suprimiendo grupos de 0’s con ‘::’ y
omitiendo los que aparecen en la parte izda. de un grupo.

De esta manera podemos compatibilizar la representación de IPv4 e
IPv6 utilizando un prefijo de ‘0:0:0:0:0:0:’ ... ó bien ‘::’ ..... para IPv4.
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Extensión DNS bajo IPv6


El soporte actual para el almacenamiento de direcciones Internet en el Domain
Name System (DNS) no se puede extender fácilmente para soportar direcciones
IPv6 desde que las aplicaciones asumen que la especificación de las direcciones
devuelve únicamente direcciones IPv4 de 32 bits.
Para soportar el almacenamiento de direcciones IPv6 se han definido los siguientes
puntos:
– Un nuevo tipo de registro para trasladar un nombre de dominio a una dirección IPv6. Un
servidor que tenga más de una dirección IPv6 debe tener también más de uno de estos
registros. (Registro AAAA).
– Un nuevo dominio. (Dominio IP6.INT).
– Las especificaciones actuales que soportan el proceso de secciones
adicionales con el fin de localizar direcciones IPv4 son redefinidas para
soportar la misma función para IPv4 e IPv6.
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DNS bajo IPv6: Registro AAAA

Una máquina tiene diferentes tipos de registros internet, por ejemplo,
el registro A que corresponde a la dirección IP.

El tipo de registro de recurso AAAA es un nuevo registro específico a
la clase Internet que almacena una sola dirección IPv6. El valor del
tipo es 28 (decimal). Como la longitud de la @ IPv6 es cuatro veces
mayor que la IPv4, de ahí las cuatro A’s.

Una dirección IPv6 de 128 bits se codifica en la parte de datos de un
registro de recurso AAAA en orden byte de red (primero el byte de
mayor orden).

Se diseño este registro para garantizar la compatibilidad con las
implementaciones actuales de DNS.
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DNS bajo IPv6: Dominio IP6.INT

Este dominio soporta búsquedas en formato IPv6, es decir, la
posibilidad de obtener un nombre a partir de la dirección de 128 bits.

Una dirección IPv6 está representada como un nombre en el
dominio IP6.INT por una secuencia de "nibbles” (fragmentos de 4
bits) separados por "dots" con el sufijo ".IP6.INT". La secuencia de
nibbles se codifica en orden inverso, es decir, el nibble de orden más
bajo se codifica primero, seguido por el siguiente nibble de orden
más bajo y así hasta el final. Cada nibble está representado por un
dígito hexadecimal. Por ejemplo, el nombre inverso correspondiente
a la dirección: 4321:0:1:2:3:4:567:89ab
Sería:
b.a.9.8.7.6.5.0.4.0.0.0.3.0.0.0.2.0.0.0.1.0.0.0.0.0.0.1.2.3.4.IP6.INT
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Tipos de direcciones

IPv6 consta de 3 tipos de direcciones:
– Unicast: Dirección que identifica un enlace emisor-receptor con
una unica máquina receptora.
– Anycast: Identifica un conjunto de máquinas, no obstante el
paquete se envía a un único miembro de este grupo,
normalmente el que tiene una dirección más cercana.
– Multicast: Identifica un grupo de interfaces, y se envía a todo el
grupo de máquinas con ese identificador.
Tal y como para IPv4 encontramos diferente conjuntos de
direcciones (clase A, B y C), también hay grupos en IPv6,
organizados por prefijos.
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Tipos de direcciones
No hay broadcast, es un caso particular de Multicast.
 Hay una organización de Campos por prefijos.
 El prefijo indica dónde está conectada una dirección.
 Los campos pueden ser todo 0’s o 1’s.
 Cada interfaz tiene al menos una dirección unicast de
enlace local.
 Una única interfaz puede tener varias direcciones.
 Una misma dirección o direcciones unicast pueden ser
asignadas a varias interfaces (balanceo de carga).

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Tabla de reservas de direcciones
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Cabecera IPv4

Campos :
– Versión: (4bits) en este caso 0100.
– Hlen: ( 4 bits) Longitud de la cabecera (que puede ser variable) en words de 32
bits.
– Tipo de Servicio: (8 bits) permite especificar los atributos preferidos asociados
a una ruta (lo usan los routers para selección de ruta), orientación a conexión, a
no conexión...
– Long. Total: (16 bits) define la long. Incluída cabecera y datos (máximo de
65536 bytes).
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Cabecera IPv4
– Identificador de datagrama: (16 bits) permite ordenar por número los datagramas que
pertenecen al mismo mensaje.
– Flags:
• FD: (1 bit) Indica qué tipo de red se debe escoger, una que soporte fragmentación,
o no.
• FM: (1 bit) Indica si hay más fragmentos o no.
– Fragmento: (14 bits) Indica la posición del contenido (de datos) del datagrama en
realción con el mensaje de datos de usuario inicial.
– TTL: (8 bits) Tiempo de vida del datagrama en la red (cuando llega a 0 se desecha).
– Protocolo: (8 bits) define qué tipo de protocolo hay que aplicar al datagrama en el
destino.
– Checksum: (16 bits) suma de verificación de la cabecera.
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Cabecera IPv4
– @ Origen: (32 bits).
– @ Destino: (32 bits)
– Opciones: (32 bits) Este campo es el que más está relacionado con el concepto
cabecera de extensión incorporado por IPv6. Ofrece algunas opciones de seguridad y
enrutamiento.
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Cabecera IPv6

IPv6 consta de una cabecera básica y cabeceras de
extensión. Como ya hemos comentado, aunque el espacio de
direccionamiento es bastante más grande que en IPv4, la
cabecera es solamente 2 veces mayor. Y como vemos hemos
pasado a simplificar el número de campos, de 13 a 8, lo cual
nos da una velocidad mayor en el procesamiento de trama.
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Cabecera IPv6




La diferencia más importante entre la cabecera IPv4 y la de IPv6 es
la introducción del nuevo concepto “cabeceras de extensión”.
Esto permite a IPv6 eliminar información de la cabecera principal
(liberándola de carga secundaria) y añadirla en cabeceras
adicionales que pueden estar o no.
Estas cabeceras nos ofrecen varios servicios y mejoras respecto al
modelo anterior.
Hay 6 principales: cabecera de salto por salto, cabecera de extremo
a extremo, cabecera de enrutamiento, cabecera de fragmento,
cabecera de verificación de autenticidad y cabecera de
confidencialidad.
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Cabecera principal de IPv6

Campos:
– Versión: (4 bits) en este caso 0110.
– Prioridad: (4 bits). Se usa para distinguir entre paquetes a cuyos
orígenes se les puede controlar el flujo y aquellos a los que no:
• Valores de 0-7, son para transmisiones capaces de reducir su velocidad en
caso de congestión:
–
–
–
–
–
–
–
–
0: Tráfico sin caracterizar.
1: Tráfico con las News de la red.
2: Datos de transferencia sin atender como el e-mail.
3: Reservado.
4: Volumen de transferencia atendido como FTP.
5: Reservado.
6: Tráfico interactivo como telnet.
7: Tráfico de control de Internet como SNMP.
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Cabecera principal de IPv6
• Valores de 8-15, se usan para tráfico en tiempo real, con tasa de envío
constante aunque se estén perdiendo todos los paquetes mandados.
Ejemplo: envío de vídeo, audio...
– Etiqueta de flujo: (24 bits) Campo experimental, se usará en un
principio para pseudoconexión emisor-receptor con unos
determinados requisitos como podría ser el vídeo en tiempo real,
este campo va muy ligado a la información contenida en las
cabeceras de extensión que acompañen a la cabecera principal.
– Long. de carga útil: (16 bits). Define la long. del paquete que
sigue a la cabecera (40 bytes en principio), ya no se incluye la
cabecera como en IPv4.
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Cabecera principal de IPv6
– Siguiente cabecera: (8 bits). Identifica el tipo de cabecera que
sigue inmediatamente a la 1ª cabecera ( si es que hubiese más),
indicaría cuál de los 6 tipos (actuales) de cabeceras de extensión
nos encontraríamos.
– Límite de saltos: (8 bits). Se utiliza como fecha de caducidad de
paquetes. Equivale al TTL de IPv4. Al llegar a 0 el paquete se
descarta.
– @ Origen: (128 bits).
– @ Destino: (128 bits).
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Cabeceras de extensión de IPv6

Las cabeceras de extensión son opcionales, pueden existir o no.
Cada una lleva una identificación de la siguiente. En caso de ser la
última apuntan a una cabecera de transporte (TCP).
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Cabeceras de extensión de IPv6


El uso de este tipo de cabeceras es primordial ya que libera a la
cabecera principal de información secundaria y nos ofrecen diversos
servicios. Pasaremos a exponer las 6 principales:
Cabecera de salto por salto:
– Lleva información que debe ser examinada por todas las pasarelas visitadas a
lo largo de la ruta.
– Formato:
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Cabeceras de extensión de IPv6

Cabecera de extremo a extremo:
– Sirve para llevar info que sólo será examinada por el destino deseado.
– Formato: (igual que el de salto por salto)
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Cabeceras de extensión de IPv6

Cabecera de encaminamiento:
– Se usa en el encaminamiento de origen.
– Contiene una lista de direcciones de todas (o algunas) pasarelas a lo largo de
la ruta deseada.
– Así la dirección de destino contenida en la cabecera básica se modifica
conforme el datagrama se enruta de una puerta a la siguiente.
– Esta cabecera es muy útil ya que permite al origen establecer por dónde va a
pasar la información que envía.
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Cabeceras de extensión de IPv6
– Formato:
– Campos:
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Cabeceras de extensión de IPv6
• Cabec. Siguiente: como todas las cabeceras indica cuál es la que le
prosigue.
• Tipo de encaminamiento: se fija todo a 0’s.
• Número de direcciones: Es el número de direcciones a ser procesadas
en la ruta, tiene un máximo de 20.
• Siguiente dirección: Indica la siguiente dirección a ser procesada.
• Reservado: sin definir.
• Máscara: Indica saltos en el procesamiento secuencial de las direcciones,
si la siguiente tiene el bit 1 en la máscara, hay procesamiento. 0 si es al
contrario.
• Lista de direcciones a recorrer en la ruta.
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Cabeceras de extensión de IPv6

Cabecera de fragmentación:
– Se utiliza cuando los datos originales no caben en la unidad de transferencia
máxima de cualquiera de las redes de la ruta. En tales casos el origen es el
que fragmenta la información y los routers no intervienen en esta tarea.
– Formato:
– Campos:
• Cabec. Siguiente: lo mismo que en todas.
• Reservado: sin definir.
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Cabeceras de extensión de IPv6
• Desplazamiento del fragmento: Indica la posición del contenido del
datagrama en relación con el mensaje de datos de usuario inicial.
• Flag M: indica si hay más fragmentos (1) o no(0).
• Identificador: Ordena por número los fragmentos que corresponden al
mismo mensaje.
Como podemos observar hay un claro paralelismo entre esta cabecera
de extensión y los campos “identificador”, “flags” y “fragmento” del
datagrama IP, pero a diferencia de éste, no los incluye en la cabecera
principal por las razones de eficiencia ya comentadas.
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Cabeceras de extensión de IPv6

Cabecera de verificación de autenticidad:
– Define quién fue el que envió la información (la autenticidad del origen), así
podemos saber quién ha sido el host sin cometer errores.
– Formato:
– Campos:
• Cabec. Siguiente: ...
• Longitud: Indica la longitud del campo datos de autenticación (en palabras
de 32 bits.)
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Cabeceras de extensión de IPv6
• Reservado: sin definir.
• Índice de parámetros de seguridad: indica una asociación de seguridad.
• Datos de autenticación: palabras de 32 bits que mediante la aplicación de
un algoritmo nos ofrecen la autenticación.
– Para realizar la autenticación se utiliza toda la trama y se quitan los campos
que puedan variar (límite de salto en IPv6, se pone a 0 para realizar el cálculo).
– Si se fragmenta la trama la autenticación se realizará extremo a extremo: en
origen y destino (después del reensamblaje).
– Se aplica una clave criptográfica de al menos 128 bits.
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Cabeceras de extensión de IPv6

Cabecera de confidencialidad o encapsulamiento (ESP):
– Está presente cuando los datos no se han de leer en su paso por Internet. El
origen cifra los datos en dos modalidades:
– MODO TRANSPORTE:
Se encripta una parte de la cabecera ESP además del segmento de la capa
de transporte.
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Cabeceras de extensión de IPv6
– MODO TÚNEL:
Como la cabecera IP ya contiene suficiente información para el
encaminamiento la dejamos, pero codificamos todo el paquete IP y parte
de la cabecera ESP.
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Cabeceras de extensión de IPv6
– Formato:
– Campos:
• Índice de parámetros de seguridad: Asociación de seguridad.
• Vector de inicialización: asociado al algoritmo DES-CBC de encriptación.
• Datos de carga útil: Datos que se van a encriptar.
• Relleno: sin utilidad específica.
• Long relleno: ...
• Tipo de carga útil: Protocolo de los datos de carga.
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Transición IPv4-IPv6

Problemas
– Los cambios bruscos de versión son inviables con la utilización
masiva de IPv4.
– IPv4 está demasiado extendido para hacer un cambio total y
brusco en un determinado límite de tiempo.

Soluciones
– Uso de dualidad de stack en los routers, para permitir IPv4 / IPv6.
Hasta que se vaya tendiendo poco a poco a la utilización de IPv6,
ya que ambas versiones pueden convivir juntas sin problemas,
debido a la compatibilidad que ya se ha procurado establecer.
– Utilización de servicios IPv6 como el encapsulamiento en modo
tunel, que permiten encapsular IPv6 en IPv4.
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SIT: Simple Internet Transition
La transición entre versiones no tiene por qué ser de forma
brusca ya que se garantiza una coexistencia adecuada y
compatible.
 Por tanto se pueden ir adecuando poco a poco diferentes
hosts a IPv6, sin necesidad de depender de otros hosts o
routers.
 Como requerimiento de cambio de versión para los hosts
sólo está el de garantizar una conexión a un servidor DNS
que trabaje con IPv6.
 Garantizar la dual stack en hosts y routers.

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38
SIT: Simple Internet Transition
Uso de ténicas como el encapsulamiento de IPv6 en IPv4
para redes sin actualizar. Permitiendo el uso de ambas
versiones.
 Tunneling:

– El túnel es la secuencia de nodos IPv4 por las que ha de pasar un
paquete IPv6 encapsulado en la anterior versión. Si al salir del
túnel, un nodo que soperte IPv6 lo desencapsula y no ha llegado
a su destino lo vuelve a reenviar (repitiendo proceso de tunneling
si fuese necesario).
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Ámbito de IPv6: 6bone
Para garantizar una red destinada al estudio, desarrollo y
pruebas de la nueva versión IP, se estableció un backbone
(red de acceso a la internet exterior) con conexiones IPv6.
No obstante se estableció sobre IPv4 pero con nodos con
soporte IPv6. Ésta es la llamada 6bone.
 Esta red está constituída por la asociación de instituciones
de investigación de Europa, Japón y EEUU.

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Ámbito de IPv6: 6bone, backbone:
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Bibliografia





http://www.ipv6.org - pàgina d’informació de IPv6
http://www.ipv6.com - pàgina de IPv6
http://www.ipv6forum.com - Fòrum del IPv6
http://www.6bone.net - pàgina de la plataforma 6bone
Comunicación de datos, redes de computadores y sistemas
abiertos.
Cuarta Edición (1998).
Autor: Fred Halsall.
Editorial: Addison-Wesley Iberoamericana.
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