En los últimos años, el crecimiento exponencial de dispositivos conectados a Internet ha generado una escasez de direcciones IPv4, lo que ha causado problemas de congestión y ralentización en la red. Para solucionar este problema, se ha desarrollado IPv6, un protocolo que ofrece una cantidad de direcciones mucho mayor a la de IPv4. Explicaremos cómo se lleva a cabo la asignación de direcciones ipv6 y su respectiva división en subredes.
Problemas con IPv4
Necesidad de utilizar IPv6
Es importante aprender sobre IPv6 porque IPv4 se está quedando sin direcciones. IPv6 es el sucesor de IPv4 y tiene un espacio de direcciones más grande de 128 bits, lo que significa que hay 340 undecillones (es decir, 340 seguidos de 36 ceros) posibles direcciones. Pero IPv6 no solo se trata de direcciones más extensas.
Cuando se desarrolló IPv6, se aprovechó la oportunidad para corregir las limitaciones de IPv4 e incluir mejoras. Un ejemplo es el Protocolo de mensajes de control de Internet versión 6 (ICMPv6), que incluye la resolución de direcciones y la configuración automática de direcciones que no se encuentran en ICMP para IPv4 (ICMPv4).
El agotamiento del espacio de direcciones IPv4 fue la razón por la cual se decidió migrar a IPv6. Con el creciente número de conexiones a Internet en África, Asia y otras áreas del mundo, las direcciones IPv4 se están agotando y ya no son suficientes para acomodar este aumento.
Coexistencia de IPv4 e IPv6
Dual-stack permite que IPv4 e IPv6 coexistan en la misma red y los dispositivos pueden utilizar ambos protocolos al mismo tiempo. También conocido como IPv6 nativo, esto significa que la red del cliente tiene una conexión IPv6 con su proveedor de servicios de Internet (ISP) y puede acceder al contenido en Internet a través de IPv6.
Es importante destacar que la tunelización y la traducción son herramientas para la transición a IPv6 nativo, pero deben ser utilizadas solo cuando sea necesario. El objetivo principal debería ser establecer comunicaciones IPv6 nativas de origen a destino.
Direccionamiento Dinámico para las GUAs de IPv6
Formatos de direccionamiento IPv6
Las direcciones IPv6 están compuestas por una cadena de valores hexadecimales y tienen una longitud de 128 bits. Cada cuatro bits se representan con un solo dígito hexadecimal, lo que da un total de 32 valores hexadecimales. Además, las direcciones IPv6 no hacen distinción entre mayúsculas y minúsculas, por lo que pueden escribirse tanto en mayúsculas como en minúsculas.
El formato preferido para escribir una dirección IPv6 es x:x:x:x:x:x:x:x, donde cada «x» representa un hexteto compuesto por cuatro valores hexadecimales o 16 bits. En comparación, en IPv4 se utilizan octetos, que constan de ocho bits cada uno. El término «hexteto» es utilizado informalmente para referirse a cada segmento de 16 bits o cuatro valores hexadecimales que conforman una dirección IPv6. Por lo tanto, cada «x» en la dirección IPv6 representa un único hexteto compuesto por cuatro dígitos hexadecimales.
Regla 1: Omitir los ceros iniciales (Omitting Leading 0s)
La primera regla para reducir la notación de las direcciones IPv6 consiste en omitir los ceros iniciales en cualquier hexteto. Por ejemplo, el hexteto «01ab» se puede representar como «1ab», «09f0» como «9f0», «0a00» como «a00» y «00ab» como «ab». Es importante tener en cuenta que esta regla solo se aplica a los ceros iniciales y NO a los ceros finales, ya que esto podría llevar a ambigüedad en la dirección. Por ejemplo, el hexteto «abc» podría ser «0abc» o «abc0», pero no representan el mismo valor.
Regla 2 – Dos puntos dobles (Omitting Leading 0s and All 0 Segments)
La segunda regla para reducir la notación de las direcciones IPv6 consiste en utilizar dos puntos dobles (::) para reemplazar cualquier cadena de uno o más hextetos contiguos compuestos solo de ceros.
Por ejemplo, la dirección 2001:db8:cafe:1:0:0:0:1 (cuyos ceros iniciales han sido omitidos) se puede representar como 2001:db8:cafe:1::1. Sin embargo, los dos puntos dobles (::) solo se pueden utilizar una vez dentro de una dirección, ya que de lo contrario, podría haber más de una dirección resultante posible. Al combinar esta técnica con la regla de omisión de ceros iniciales, la notación de direcciones IPv6 se puede reducir considerablemente. Este formato se conoce como «formato comprimido». Es importante tener en cuenta que el uso incorrecto de los dos puntos dobles puede llevar a ambigüedad en la dirección, por ejemplo, 2001:db8::abcd::1234.
Tipos de direcciones IPv6
Unidifusión, Multidifusión, difusión ilimitada
Las direcciones IPv6, al igual que las IPv4, se dividen en diferentes tipos. En total, existen tres categorías amplias de direcciones IPv6: unidifusión, multidifusión y difusión por proximidad.
Las direcciones de unidifusión identifican de manera exclusiva una interfaz en un dispositivo que está habilitado para IPv6. Las direcciones de multidifusión, por otro lado, se utilizan para enviar un solo paquete IPv6 a varios destinos.
La difusión por proximidad, que es una dirección de difusión ilimitada de IPv6, es una dirección de unidifusión de IPv6 que se puede asignar a varios dispositivos. Los paquetes enviados a una dirección de difusión por proximidad se enrutan al dispositivo más cercano que tenga esa dirección. Cabe destacar que las direcciones de difusión por proximidad exceden el ámbito del curso.
Longitud de prefijo IPv6
En IPv4, se puede determinar el prefijo o porción de red de una dirección mediante una máscara de subred decimal punteada o la notación de longitud de prefijo (notación de barra). Por ejemplo, la dirección IPv4 192.168.1.10 con una máscara de subred decimal punteada de 255.255.255.0 es equivalente a 192.168.1.10/24.
En IPv6, la longitud del prefijo se representa en notación de barra inclinada y se utiliza para indicar la porción de red de una dirección IPv6. A diferencia de IPv4, IPv6 no utiliza la notación decimal punteada de la máscara de subred.
Tipos de direcciones de unidifusión IPv6
A diferencia de los dispositivos IPv4 que solo tienen una dirección, los dispositivos IPv6 suelen tener dos direcciones de unidifusión:
Dirección de unidifusión global (GUA): esta dirección es similar a una dirección IPv4 pública. Son direcciones enrutables de Internet que son exclusivas a nivel global. Las GUA pueden ser configuradas estáticamente o asignadas dinámicamente.
Dirección local de enlace (LLA): cada dispositivo IPv6 requiere de esta dirección. Las LLA se utilizan para la comunicación entre dispositivos en la misma subred o enlace local. En IPv6, el término «enlace» se refiere a una subred. Las LLA están limitadas a un único enlace y su exclusividad solo se confirma para ese enlace, ya que no se pueden enrutar más allá de él. Es decir, los routers no reenvían paquetes con una dirección de origen o destino link-local.
Configuración estática de GUA y LLA
Configuración de GUA estática en un router
Las GUA de IPv6 son equivalentes a las direcciones IPv4 públicas. Son únicas a nivel global y enrutables en Internet IPv6. Las URL de IPv6 permiten que dos dispositivos habilitados para IPv6 se comuniquen entre sí en la misma subred. La mayoría de los comandos de configuración y verificación de IPv6 en Cisco IOS son similares a sus equivalentes de IPv4. En muchos casos, la única diferencia es el uso de «ipv6» en lugar de «ip» dentro de los comandos.
A continuación se muestra un ejemplo de configuración de GUA de IPv6 en el router R1:
R1(config)# interface gigabitethernet 0/0/0
R1(config-if)# ipv6 address 2001:db8:acad:1::1/64
R1(config-if)# no shutdown
R1(config-if)# exit
R1(config)# interface gigabitethernet 0/0/1
R1(config-if)# ipv6 address 2001:db8:acad:2::1/64
R1(config-if)# no shutdown
R1(config-if)# exit
R1(config)# interface serial 0/1/0
R1(config-if)# ipv6 address 2001:db8:acad:3::1/64
R1(config-if)# no shutdown
Configuración de GUA estática en un host de Windows
Al igual que en IPv4, la configuración de direcciones estáticas en clientes no se utiliza en entornos de red más grandes. Por esta razón, la mayoría de los administradores de redes habilitan la asignación dinámica de direcciones IPv6.
Hay dos formas en que un dispositivo puede obtener una GUA IPv6 automáticamente:
- Configuración automática de direcciones independiente del estado (SLAAC): permite que los dispositivos obtengan una dirección IPv6 globalmente única automáticamente sin necesidad de un servidor DHCPv6. Los dispositivos usan información recibida en los anuncios de router (RA) para generar su dirección IPv6.
- DHCPv6 con información de estado: permite a los dispositivos obtener una dirección IPv6 globalmente única y otros parámetros de configuración de red de un servidor DHCPv6. Los dispositivos solicitan información de estado y el servidor DHCPv6 responde con la información de configuración de red.
Configuración estática de una dirección de unidifusión local de enlace
Configurar la LLA manualmente permite crear una dirección fácilmente reconocible y más fácil de recordar. Por lo general, solo se necesita crear LLAs reconocibles en los enrutadores. Esto es beneficioso porque las LLAs de enrutador se usan como direcciones de puerta de enlace predeterminadas y en el enrutamiento de mensajes publicitarios.
El siguiente ejemplo muestra la configuración de una LLA en el router R1:
R1(config)# interface gigabitethernet 0/0/0
R1(config-if)# ipv6 address fe80::1:1 link-local
R1(config-if)# exit
R1(config)# interface gigabitethernet 0/0/1
R1(config-if)# ipv6 address fe80::2:1 link-local
R1(config-if)# exit
R1(config)# interface serial 0/1/0
R1(config-if)# ipv6 address fe80::3:1 link-local
R1(config-if)# exit
Direccionamiento dinámico para GUA IPv6
Mensajes RS y RA
La mayoría de los dispositivos obtienen sus GUA IPv6 de forma dinámica mediante el uso de mensajes de anuncio de enrutador (RA) y solicitud de enrutador (RS).
Los mensajes RA se envían a través de las interfaces Ethernet del enrutador IPv6. Para habilitar el enrutamiento IPv6 en un enrutador, se debe usar el comando de configuración global «ipv6 unicast-routing«, ya que no está habilitado de forma predeterminada.
El mensaje ICMPv6 RA sugiere a los dispositivos cómo obtener una dirección GUA IPv6, pero la decisión final depende del sistema operativo del dispositivo. Este mensaje incluye información como el prefijo de red, la longitud del prefijo, la dirección de puerta de enlace predeterminada, las direcciones DNS y el nombre de dominio.
Existen tres métodos para los mensajes de RA:
Método 1: SLAAC – Tengo todo lo que necesita, incluyendo el prefijo, la longitud del prefijo y la dirección de la puerta de enlace predeterminada.
Método 2: SLAAC con un servidor DHCPv6 sin estado – Aquí está mi información, pero necesita obtener otra información, como direcciones DNS, de un servidor DHCPv6 sin estado.
Método 3: DHCPv6 con estado (sin SLAAC) – Puedo darle su dirección de puerta de enlace predeterminada, pero necesita pedir a un servidor DHCPv6 con estado para obtener toda su otra información.
Proceso EUI-64
El proceso EUI-64 modificado, definido por IEEE, utiliza la dirección MAC Ethernet de 48 bits de un cliente y agrega 16 bits en el medio para crear una ID de interfaz de 64 bits.
Las direcciones MAC de Ethernet se dividen en dos partes: el OUI, un código de proveedor de 24 bits asignado por IEEE, y el identificador del dispositivo, un valor único de 24 bits dentro de una OUI común. Las ID de interfaz EUI-64 se representan en sistema binario y constan de tres partes: el OUI de 24 bits de la dirección MAC del cliente, el valor insertado de 16 bits fffe en hexadecimal y el identificador de dispositivo de 24 bits de la dirección MAC del cliente, con el séptimo bit invertido.
Direccionamiento dinámico para las LLAS IPv6
LLA dinámicos
Todos los dispositivos IPv6 necesitan tener una LLA IPv6. Es importante verificar la configuración de todas las direcciones IPv6, ya sea que se creen estáticamente o dinámicamente. En este tema se explica cómo verificar la configuración de LLA e IPv6 generadas dinámicamente. El LLA se puede crear dinámicamente utilizando el prefijo fe80::/10 y la ID de interfaz mediante el proceso EUI-64 o un número de 64 bits generado aleatoriamente, como se muestra en la imagen.
Direcciones IPv6 de multidifusión
Direcciones IPv6 de multidifusión asignadas
Las direcciones de multidifusión en IPv6 son similares a las de IPv4. Estas se utilizan para enviar paquetes a uno o más destinos (un grupo de multidifusión). Las direcciones de multidifusión IPv6 tienen el prefijo ff00 :: / 8.
Es importante recordar que las direcciones de multidifusión solo pueden ser direcciones de destino y no de origen.
Hay dos tipos de direcciones de multidifusión IPv6:
- Direcciones de multidifusión conocidas.
- Direcciones de multidifusión de nodo solicitadas.
División de subredes de una red IPv6
Subred con la ID de subred
La ventaja de tener una dirección IPv6 de 128 bits es que permite tener suficientes subredes y hosts por subred para cada red, sin preocuparse por la conservación de direcciones. Por ejemplo, con un prefijo de enrutamiento global /48 y un ID de interfaz de 64 bits, se puede crear un ID de subred de 16 bits, lo que permite tener hasta 65.536 subredes. Además, con un ID de interfaz de 64 bits, se pueden tener hasta 18 quintillones de direcciones IPv6 de host por subred (es decir, 18,000,000,000,000,000,000).
La división en subredes de IPv6 es más fácil de implementar que en IPv4, ya que no se necesita convertir a binario. Para encontrar la siguiente subred disponible, simplemente se suman los valores en sistema hexadecimal.
Para poder entender el proceso de subredes en ipv6 puede utilizar la calculadora ipv6.