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El Internet Protocol version 6 (IPv6) es una versión del protocolo de Internet  (IP), definida en el RFC 2460 y diseñada para reemplazar a Internet Protocol version 4 (IPv4) RFC 791, que actualmente está implementado en la gran mayoría de dispositivos que acceden a Internet.

Diseñado por Steve Deering de Xerox PARC y Craig Mudge, IPv6 está destinado a sustituir a IPv4, cuyo límite en el número de direcciones de red admisibles está empezando a restringir el crecimiento de Internet y su uso, especialmente en China, India, y otros países asiáticos densamente poblados. El nuevo estándar mejorará el servicio globalmente; por ejemplo, proporcionará a futuras celdas telefónicas y dispositivos móviles sus direcciones propias y permanentes.

A principios de 2010, quedaban menos del 10% de IPs sin asignar. En la semana del 3 de febrero del 2011, la IANA (Agencia Internacional de Asignación de Números de Internet, por sus siglas en inglés) entregó el último bloque de direcciones disponibles (33 millones) a la organización encargada de asignar IPs en Asia, un mercado que está en auge y no tardará en consumirlas todas.

IPv4 posibilita 4.294.967.296 (2³²) direcciones de red diferentes, un número inadecuado para dar una dirección a cada persona del planeta, y mucho menos a cada vehículo, teléfono, PDA, etcétera. En cambio, IPv6 admite 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 (2¹²⁸ o 340 sextillones de direcciones) —cerca de 6,7 × 10¹⁷ (670 mil billones) de direcciones por cada milímetro cuadrado de la superficie de La Tierra.

Otra vía para la popularización del protocolo es la adopción de este por parte de instituciones. El gobierno de los Estados Unidos ordenó el despliegue de IPv6 por todas sus agencias federales en el año 2008.

Motivación y orígenes de los IP.-

Durante la primera década de operación de la Internet basada en TCP/IP, a fines de los 80s, se hizo aparente que se necesitaba desarrollar métodos para conservar el espacio de direcciones. A principios de los 90s, incluso después de la introducción del rediseño de redes sin clase, se hizo claro que no sería suficiente para prevenir el agotamiento de las direcciones IPv4 y que se necesitaban cambios adicionales. A comienzos de 1992, circulaban varias propuestas de sistemas y a finales de 1992, la IETF anunció el llamado para white papers (RFC 1550) y la creación de los grupos de trabajo de "IP de próxima generación" ("IP Next Generation") o (IPng).

IPng fue propuesto por el Internet Engineering Task Force (IETF) el 25 de julio de 1994, con la formación de varios grupos de trabajo IPng. Hasta 1996, se publicaron varios RFCs definiendo IPv6, empezando con el RFC 2460.

La discusión técnica, el desarrollo e introducción de IPv6 no fue sin controversia. Incluso el diseño ha sido criticado por la falta de interoperabilidad con IPv4 y otros aspectos, por ejemplo por el científico de la computación D. J. Bernstein.

Incidentalmente, IPng (Ping Pong) no pudo usar la versión número 5 (IPv5) como sucesor de IPv4, ya que ésta había sido asignada a un protocolo experimental orientado al flujo de streaming que intentaba soportar voz, video y audio.

Se espera ampliamente que IPv6 sea soportado en conjunto con IPv4 en el futuro cercano. Los nodos solo-IPv4 no son capaces de comunicarse directamente con los nodos IPv6, y necesitarán ayuda de un intermediario; vea Mecanismos de Transición más adelante.

Cambios y nuevas características.-

En muchos aspectos, IPv6 es una extensión conservadora de IPv4. La mayoría de los protocolos de transporte -y aplicación- necesitan pocos o ningún cambio para operar sobre IPv6; las excepciones son los protocolos de aplicación que integran direcciones de capa de red, como FTP o NTPv3.

IPv6 especifica un nuevo formato de paquete, diseñado para minimizar el procesamiento del encabezado de paquetes. Debido a que las cabeceras de los paquetes IPv4 e IPv6 son significativamente distintas, los dos protocolos no son interoperables.

Algunos de los cambios de IPv4 a IPv6 más relevantes son:

Capacidad extendida de direccionamiento

El interés de los diseñadores era que direcciones más largas permiten una entrega jerárquica, sistemática y en definitiva mejor de las direcciones y una eficiente agregación de rutas. Con IPv4, se desplegaron complejas técnicas de Classless Interdomain Routing (CIDR) para utilizar de mejor manera el pequeño espacio de direcciones. El esfuerzo requerido para reasignar la numeración de una red existente con prefijos de rutas distintos es muy grande, como se discute en RFC 2071 y RFC 2072. Sin embargo, con IPv6, cambiando el prefijo anunciado por unos pocos routers es posible en principio reasignar la numeración de toda la red, ya que los identificadores de nodos (los 64 bits menos significativos de la dirección) pueden ser auto-configurados independientemente por un nodo.

El tamaño de una subred en IPv6 es de 2⁶⁴ (máscara de subred de 64-bit), el cuadrado del tamaño de la Internet IPv4 entera. Así, las tasas de utilización del espacio de direcciones será probablemente menor en IPv6, pero la administración de las redes y el ruteo serán más eficientes debido a las decisiones de diseño inherentes al mayor tamaño de las subredes y la agregación jerárquica de rutas.

Autoconfiguración de direcciones libres de estado.-

Los nodos IPv6 pueden configurarse a sí mismos automáticamente cuando son conectados a una red ruteada en IPv6 usando los mensajes de descubrimiento de routers de ICMPv6. La primera vez que son conectados a una red, el nodo envía una solicitud de router de link-local usando multicast (router solicitación) pidiendo los parámetros de configuración; y si los routers están configurados para esto, responderán este requerimiento con un "anuncio de router" (router advertisement) que contiene los parámetros de configuración de capa de red.

Si la autoconfiguración de direcciones libres de estado no es adecuada para una aplicación, es posible utilizar Dynamic Host Configuration Protocol para IPv6 (DHCPv6) o bien los nodos pueden ser configurados en forma estática.

Los routers presentan un caso especial de requerimientos para la configuración de direcciones, ya que muchas veces son la fuente para información de autoconfiguración, como anuncios de prefijos de red y anuncios de router. La configuración sin estado para routers se logra con un protocolo especial de renumeración de routers.

Multicast.-

Multicast, la habilidad de enviar un paquete único a destinos múltiples es parte de la especificación base de IPv6. Esto es diferente a IPv4, donde es opcional (aunque usualmente implementado).

IPv6 no implementa broadcast, que es la habilidad de enviar un paquete a todos los nodos del enlace conectado. El mismo efecto puede lograrse enviando un paquete al grupo de multicast de enlace-local todos los nodos (all hosts). Por lo tanto, no existe el concepto de una dirección de broadcast y así la dirección más alta de la red (la dirección de broadcast en una red IPv4) es considerada una dirección normal en IPv6.

Muchos ambientes no tienen, sin embargo, configuradas sus redes para rutear paquetes multicast, por lo que en éstas será posible hacer "multicasting" en la red local, pero no necesariamente en forma global.

El multicast IPv6 comparte protocolos y características comunes con IPv4, pero también incorpora cambios y mejoras. Incluso cuando se le asigne a una organización el más pequeño de los prefijos de ruteo global IPv6, ésta también recibe la posibilidad de usar uno de los 4.2 billones de grupos multicast IPv6 ruteables de fuente específica para asignarlos para aplicaciones multicast intra-dominio o entre-dominios (RFC 3306). En IPv4 era muy difícil para una organización conseguir incluso un único grupo multicast ruteable entre-dominios y la implementación de las soluciones entre-dominios eran anticuadas (RFC 2908). IPv6 también soporta nuevas soluciones multicast, incluyendo Embedded Rendezvous Point (RFC 3956), el que simplifica el despliegue de soluciones entre dominios.

Seguridad de Nivel de Red obligatoria.-

Internet Protocol Security (IPsec), el protocolo para cifrado y autenticación IP forma parte integral del protocolo base en IPv6. El soporte IPsec es obligatorio en IPv6; a diferencia de IPv4, donde es opcional (pero usualmente implementado). Sin embargo, actualmente no se está usando normalmente IPsec excepto para asegurar el tráfico entre routers de BGP IPv6.

Procesamiento simplificado en los routers.-

Se hicieron varias simplificaciones en la cabecera de los paquetes, así como en el proceso de reenvío de paquetes para hacer el procesamiento de los paquetes más simple y por ello más eficiente. En concreto,

• El encabezado del paquete en IPv6 es más simple que el utilizado en IPv4, así los campos que son raramente utilizados han sido movidos a opciones separadas; en efecto, aunque las direcciones en IPv6 son 4 veces más largas, el encabezado IPv6 (sin opciones) es solamente el doble de largo que el encabezado IPv4 (sin opciones).
• Los routers IPv6 no hacen fragmentación. Los nodos IPv6 requieren ya sea hacer descubrimiento de MTU, realizar fragmentación extremo a extremo o enviar paquetes menores al MTU mínimo de IPv6 de 1280 bytes.
• El encabezado IPv6 no está protegido por una suma de comprobación (checksum); la protección de integridad se asume asegurada tanto por el checksum de capa de enlace y por un checksum de nivel superior (TCP, UDP, etc.). En efecto, los routers IPv6 no necesitan recalcular la suma de comprobación cada vez que algún campo del encabezado (como el contador de saltos o Tiempo de Vida) cambian. Esta mejora puede ser menos necesaria en routers que utilizan hardware dedicado para computar este cálculo y así pueden hacerlo a velocidad de línea (wirespeed), pero es relevante para routers por software.
• El campo Tiempo de Vida de IPv4 se llama ahora Límite de Saltos (Hop Limit), reflejando el hecho de que ya no se espera que los routers computen el tiempo que específica para asignarlos para aplicaciones multicast intra-dominio o entre-dominios (RFC 3306). En IPv4 era muy difícil para una organización co el paquete ha pasado en la cola.

Movilidad.-

A diferencia de IPv4 móvil, IPv6 móvil (MIPv6) evita el ruteo triangular y por lo tanto es tan eficiente como el IPv6 normal. Los routers IPv6 pueden soportar también Movilidad de Red (NEMO, por Network Mobility) (RFC 3963), que permite que redes enteras se muevan a nuevos puntos de conexión de routers sin reasignación de numeración. Sin embargo, ni MIPv6 ni MIPv4 o NEMO son ampliamente difundidos hoy, por lo que esta ventaja es más bien teórica.

Soporte mejorado para las extensiones y opciones.-

Los cambios en la manera en que se codifican las opciones de la cabecera IP permiten límites menos rigurosos en la longitud de opciones, y mayor flexibilidad para introducir nuevas opciones en el futuro.

Jumbogramas.-

IPv4 limita los paquetes a 64 KiB de carga útil. IPv6 tiene soporte opcional para que los paquetes puedan superar este límite, los llamados jumbogramas, que pueden ser de hasta 4 GiB. El uso de jumbogramas puede mejorar mucho la eficiencia en redes de altos MTU. El uso de jumbogramas está indicado en el encabezado opcional Jumbo Payload Option.

Direccionamiento IPv6

El cambio más grande de IPv4 a IPv6 es la longitud de las direcciones de red. Las direcciones IPv6, definidas en el RFC 2373 y RFC 2374 pero fue redefinida en Abril de 2003 en la RFC 3513 , son de 128 bits; esto corresponde a 32 dígitos hexadecimales, que se utilizan normalmente para escribir las direcciones IPv6, como se describe en la siguiente sección.

El número de direcciones IPv6 posibles es de 2¹²⁸ ≈ 3.4 x 10³⁸. Este número puede también representarse como 16³², con 32 dígitos hexadecimales, cada uno de los cuales puede tomar 16 valores.

En muchas ocasiones las direcciones IPv6 están compuestas por dos partes lógicas: un prefijo de 64 bits y otra parte de 64 bits que corresponde al identificador de interfaz, que casi siempre se genera automáticamente a partir de la dirección MAC de la interfaz a la que está asignada la dirección.

Notación para las direcciones IPv6.-

Las direcciones IPv6, de 128 bits de longitud, se escriben como ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales. Por ejemplo,

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7334

es una dirección IPv6 válida.

Se puede comprimir un grupo de cuatro dígitos si éste es nulo (es decir, toma el valor "0000"). Por ejemplo,

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344
               ----
  2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344

Siguiendo esta regla, si más de dos grupos consecutivos son nulos, también pueden comprimirse como "::". Si la dirección tiene más de una serie de grupos nulos consecutivos la compresión sólo se permite en uno de ellos. Así, las siguientes son representaciones posibles de una misma dirección:

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab
2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab
2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab
2001:0DB8:0::0:1428:57ab
2001:0DB8::1428:57ab

son todas válidas y significan lo mismo, pero

2001::25de::cade
    --    --

no es válida porque no queda claro cuántos grupos nulos hay en cada lado.

Los ceros iniciales en un grupo también se pueden omitir:

2001:0DB8:02de::0e13
2001:DB8:2de::e13

Si la dirección es una dirección IPv4 empotrada, los últimos 32 bits pueden escribirse en base decimal, así:

::ffff:192.168.89.9
::ffff:c0a8:5909

No se debe confundir con:

::192.168.89.9
::c0a8:5909

El formato ::ffff:1.2.3.4 se denomina dirección IPv4 mapeada, y el formato ::1.2.3.4 dirección IPv4 compatible.

Las direcciones IPv4 pueden ser transformadas fácilmente al formato IPv6. Por ejemplo, si la dirección decimal IPv4 es 135.75.43.52 (en hexadecimal, 0x874B2B34), puede ser convertida a 0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34 o ::874B:2B34. Entonces, uno puede usar la notación mixta dirección IPv4 compatible, en cuyo caso la dirección debería ser ::135.75.43.52. Este tipo de dirección IPv4 compatible casi no está siendo utilizada en la práctica, aunque los estándares no la han declarado obsoleta.

Identificación de los tipos de direcciones.-

Los tipos de direcciones IPv6 pueden identificarse tomando en cuenta los primeros bits de cada dirección.

::

La dirección con todo ceros se utiliza para indicar la ausencia de dirección, y no se asigna ningún nodo.

::1

La dirección de loopback es una dirección que puede usar un nodo para enviarse paquetes a sí mismo (corresponde con 127.0.0.1 de IPv4). No puede asignarse a ninguna interfaz física.

::1.2.3.4

La dirección IPv4 compatible se usa como un mecanismo de transición en las redes duales IPv4/IPv6. Es un mecanismo que no se usa.

::ffff:0:0

La dirección IPv4 mapeada se usa como mecanismo de transición en terminales duales.

fe80::

El prefijo de enlace local (en inglés link local) específica que la dirección sólo es válida en el enlace físico local.

fec0::

El prefijo de emplazamiento local (en inglés site-local prefix) específica que la dirección sólo es válida dentro de una organización local. La RFC 3879 lo declaró obsoleto, estableciendo que los sistemas futuros no deben implementar ningún soporte para este tipo de dirección especial. Se deben sustituir por direcciones Local IPv6 Unicast.

ff00::

El prefijo de multicast. Se usa para las direcciones multicast.

Hay que resaltar que no existen las direcciones de difusión (en inglés broadcast) en IPv6, aunque la funcionalidad que prestan puede emularse utilizando la dirección multicast FF01::1, denominada todos los nodos (en inglés all nodes).

Paquete IPv6.-

Un paquete en IPv6 está compuesto principalmente de dos partes: la cabecera (que tiene una parte fija y otra con las opciones) y la carga útil (los datos).

Cabecera Fija

Los primeros 40 bytes (320 bits) son la cabecera del paquete y contiene los siguientes campos:

• direcciones de origen (128 bits)
• direcciones de destino (128 bits)
• versión del protocolo IP (4 bits)
• clase de tráfico (8 bits, Prioridad del Paquete)
• Etiqueta de flujo (20 bits, manejo de la Calidad de Servicio),
• Longitud del campo de datos (16 bits)
• Cabecera siguiente (8 bits)
• Límite de saltos (8 bits, Tiempo de Vida).

Hay dos versiones de IPv6 levemente diferentes. La ahora obsoleta versión inicial, descrita en el RFC 1883, difiere de la actual versión propuesta de estándar, descrita en el RFC 2460, en dos campos: hay 4 bits que han sido reasignados desde "etiqueta de flujo" (flow label) a "clase de tráfico" (traffic class). El resto de diferencias son menores.

En IPv6 la fragmentación se realiza sólo en el nodo origen del paquete, al contrario que en IPv4 en donde los routers pueden fragmentar un paquete. En IPv6, las opciones también desaparecen de la cabecera estándar y son especificadas por el campo "Cabecera Siguiente" (Next Header), similar en funcionalidad en IPv4 al campo Protocolo. Un ejemplo: en IPv4 uno añadiría la opción "ruta fijada desde origen" (Strict Source and Record Routing) a la cabecera IPv4 si quiere forzar una cierta ruta para el paquete, pero en IPv6 uno modificaría el campo "Cabecera Siguiente" indicando que viene una cabecera de encaminamiento. La cabecera de encaminamiento podrá entonces especificar la información adicional de encaminamiento para el paquete, e indicar que, por ejemplo, la cabecera TCP será la siguiente. Este procedimiento es análogo al de AH y ESP en IPsec para IPv4 (que aplica a IPv6 de igual modo, por supuesto).

Cabeceras de extensión

El uso de un formato flexible de cabeceras de extensión opcionales es una idea innovadora que permite ir añadiendo funcionalidades de forma paulatina. Este diseño aporta gran eficacia y flexibilidad ya que se pueden definir en cualquier momento a medida que se vayan necesitando entre la cabecera fija y la carga útil.

Hasta el momento, existen 8 tipos de cabeceras de extensión, donde la cabecera fija y las de extensión opcionales incluyen el campo de cabecera siguiente que identifica el tipo de cabeceras de extensión que viene a continuación o el identificador del protocolo de nivel superior. Luego las cabeceras de extensión se van encadenando utilizando el campo de cabecera siguiente que aparece tanto en la cabecera fija como en cada una de las citadas cabeceras de extensión. Como resultado de la secuencia anterior, dichas cabeceras de extensión se tienen que procesar en el mismo orden en el que aparecen en el datagrama. La Cabecera principal, tiene a diferencia de la cabecera de la versión IPv4 un tamaño fijo de 40 octetos.specífica para asignarlos para aplicaciones multicast intra-dominio o entre-dominios (RFC 3306). En IPv4 era muy difícil para una organización co

Todas o parte de estas cabeceras de extensión tienen que ubicarse en el datagrama en el orden especificado:

Cada cabecera de extensión debe aparecer como mucho una sola vez, salvo la cabecera de opción destino, que puede aparecer como mucho dos veces, una antes de la cabecera ruteo y otra antes de la cabecera de la capa superior.

Carga Útil

La carga útil del paquete puede tener un tamaño de hasta 64 KB en modo estándar, o mayor con una opción de carga jumbo (jumbo payload) en el encabezado opcional Hop-By-Hop.

La fragmentación es manejada solamente en el host que envía la información en IPv6: los routers nunca fragmentan un paquete y los hosts se espera que utilicen el Path MTU discovery.

IPv6 y el Sistema de Nombres de Dominio.-

Las direcciones IPv6 se representan en el Sistema de Nombres de Dominio (DNS) mediante registros AAAA (también llamados registros de quad-A, por tener una longitud cuatro veces la de los registros A para IPv4)

El concepto de AAAA fue una de las dos propuestas al tiempo que se estaba diseñando la arquitectura IPv6. La otra propuesta utilizaba registros A6 y otras innovaciones como las etiquetas de cadena de bits (bit-string labels) y los registros DNAME.

Mientras que la idea de AAAA es una simple generalización del DNS IPv4, la idea de A6 fue una revisión y puesta a punto del DNS para ser más genérico, y de ahí su complejidad.

La RFC 3363 recomienda utilizar registros AAAA hasta tanto se pruebe y estudie exhaustivamente el uso de registros A6. La RFC 3364 realiza una comparación de las ventajas y desventajas de cada tipo de registro.

Mecanismos de transición a IPv6

Ante el agotamiento de las direcciones IPv4, el cambio a IPv6 ya ha comenzado. Se espera que convivan ambos protocolos durante 20 años y que la implantación de IPv6 sea paulatina. Existe una serie de mecanismos que permitirán la convivencia y la migración progresiva tanto de las redes como de los equipos de usuario. En general, los mecanismos de transición pueden clasificarse en tres grupos:

• Doble pila
• Túneles
• Traducción

• A favor: Fácil de desplegar y extensamente soportado.
• En contra: La topología de red requiere dos tablas de encaminamiento y dos procesos de encaminamiento. Cada nodo en la red necesita tener actualizadas las dos pilas.

Los túneles permiten conectarse a redes IPv6 "saltando" sobre redes IPv4. Estos túneles trabajan encapsulando los paquetes IPv6 en paquetes IPv4 teniendo como siguiente capa IP el protocolo número 41, y de ahí el nombre proto-41. De esta manera, se pueden enviar paquetes IPv6 sobre una infraestructura IPv4. Hay muchas tecnologías de túneles disponibles. La principal diferencia está en el método que usan los nodos encapsuladores para determinar la dirección a la salida del túnel.

La traducción es necesaria cuando un nodo que sólo soporta IPv4 intenta comunicar con un nodo que sólo soporta IPv6. Los mecanismos de traducción se pueden dividir en dos grupos basados en si la información de estado está guardada o no:

• Con estado: NAT-PT (RFC 2766), TCP-UDP Relay (RFC 3142), Socks-based Gateway (RFC 3089)
• Sin estado: Bump-in-the-Stack, Bump-in-the-API (RFC 276)

Despliegue de IPv6.-

Varios de los mecanismos mencionados más arriba se han implementado para acelerar el despliegue de IPv6. Los distintos servicios de control de Internet han ido incorporando soporte para IPv6, así como los controladores de los dominios de nivel superior (o ccTLD, en inglés).

Anuncios importantes sobre IPv6.-

• En 2003, Nihon Keizai Shimbun informa que Japón, China y Corea del Sur han tomado la determinación de convertirse en las naciones líderes en la tecnología de Internet, que conjuntamente han dado forma parcialmente al desarrollo de IPv6, y que lo adoptarán completamente a partir de 2005.
• ICANN anunció el 20 de julio de 2004 que los registros AAAA de IPv6 de código de país para Japón (.jp) y Corea (.kr) ya son visibles en los servidores raíz de DNS. El registro IPv6 para Francia (.fr) fue añadido poco después.
• El 4 de febrero de 2008 se añade a los servidores raíz de la red (Master Address books) direcciones en IP versión 6 (IPv6). Esto significa que por primera vez las máquinas que utilicen IPv6 pueden encontrarse una a la otra sin la participación de toda la tecnología IPv4.
• Desde el 2006 muchos sistemas operativos han estado trabajando en IPv6 paralelamente con IPv4, sistemas como GNU/Linux, Mac, Unix y Windows.
• El 8 de Junio de 2011 los principales proovedores de servicios de Internet (Google, Facebook, Youtube) realizan una prueba para comprobar el funcionamiento de esta tecnología.

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