IPv6: El protocolo del Internet de la nueva generación


Por: Evelio Martínez Martínez
publicado en la Revista RED, Febrero 2004

Introducción

La comunicación en las redes de información no fuera posible sin los protocolos de red. Un protocolo es un paquete de bits con una cierta estructura que permite que uno o más dispositivos se puedan comunicar entre sí. Los protocolos son la parte de software más importante en las telecomunicaciones para que las aplicaciones instaladas en los dispositivos puedan comunicarse con otras a través de una red.

Para que el navegador de Internet (e.g Explorer, Netscape, Opera...) pueda cargar las páginas web, existe detrás un protocolo de comunicación conocido como HTTP; este protocolo se encarga de establecer comunicación entre tu computadora (cliente) y en donde están depositadas las páginas web (servidor). Las aplicaciones de mensajería instantánea, correo electrónico, necesitan estrictamente de protocolos para comunicar clientes con servidores.  

Los protocolos, además son los encargados del establecimiento y la liberación de una comunicación, así mismo el de establecer el flujo de la información entre dos o más nodos. Una parte muy importante de los protocolos es la verificación y control de error de los paquetes que transitan en la red. Esta característica de los protocolos permite que la información que se envía a través de la red llegue sin errores, en caso de suceder esto, la información es reenviada nuevamente por el transmisor, hasta que ésta llegue a su destino libre de error. Los cables y los enlaces son importantes (la parte física), pero sin los protocolos las redes como el Internet, simplemente no funcionarían.

En el mundo de Internet, el protocolo más utilizado es el TCP/IP (Transfer Control Protocol/Internet Protocol). TCP/IP es una pila de protocolos que establecen la comunicación de dispositivos a través de la Internet. TCP/IP hizo posible que computadoras de diferentes arquitecturas se puedan comunicar entre sí (e.g. Macs con PCs, ). El protocolo más conocido de la pila TCP/IP es el IP (Internet Protocol).

Breve historia de TCP/IP
TCP/IP fue diseñado inicialmente para cubrir las necesidades del Departamento de Defensa (DoD) de los EUA. A finales de los 60s la ARPA del DoD empezó a hacer acuerdos con Universidades de los EUA y la comunidad de investigación para diseñar estándares y protocolos abiertos para su red conocida como ARPANET. La inicial ARPANET, la primera red de conmutación de paquetes, empezó su operación en 1969 conectando 4 universidades, 3 en el estado de California y la otra en el estado de Utah. Estos primeros 4 nodos se enlazaron vía circuitos de 56 kbps utilizando el protocolo NCP (el predecesor de TCP/IP). El experimento fue todo un éxito permitiendo a la ARPANET continuar con la generación de proyectos de investigación de interés militar.

Uno de esos primeros proyectos fue la demanda de una aplicación de transferencia de archivos, acceso remoto y correo electrónico. En 1973 se inició un proyecto donde se desarrollarían protocolos de capas inferiores debido a que las capas existentes se volvieron inadecuadas. En 1974, el diseño para un nuevo conjunto de protocolos, para la ARPANET, fue propuesto por Vinton G. Cerf como Robert E. Kahn. El nombre oficial para ese conjunto de protocolos fue TCP/IP, el cual fue tomado de los nombres del protocolo de capa de red (Internet Protocol [IP]) y de unos de los protocolos de la capa de transporte (Transmisión Control Protocol [TCP]). Los protocolos propuestos deberían cumplir con las siguientes especificaciones:

* Independencia subyacente de los mecanismos de la red y de la arquitectura del host
* Conectividad universal a través de la red
* Reconocimientos extremo a extremo
* Protocolos estandarizados

Así nace el protocolo TCP/IP, un conjunto de protocolos que especifican los detalles de cómo las computadoras se comunican, así también las como las convenciones de interconexión de redes y enrutamiento del tráfico. La inicial especificación se fue desarrollando hasta llegar a varias versiones, culminando en la versión 4 en 1979, la cual fue finalmente estandarizada en 1981. El éxito del protocolo TCP/IP en el mundo UNIX fue gracias al hecho de que la Universidad de California en Berkeley emprendió la implementación de TCP/IP en la versión 4.2 de su sistema operativo UNIX BSD en 1983 y de la publicación del código fuente como un software de dominio público. Correcciones y optimizaciones fueron hechas en las versiones posteriores de BSD (BSD 4.3 en 1986 y BSD/Tahoe en 1998).

La versión de IP comúnmente usada es la versión 4 (IPv4), la cual no ha sido substancialmente modificada desde que el RFC 791 fue publicado en 1981. Los RFCs son propuestas que son enviadas a un organismo como el IETF para que éstas sean criticadas, se envíen comentarios o retroalimentación al autor de la propuesta para mejorlas. Desde ese tiempo, IPv4 ha probado ser robusta, fácil de implementar e interoperable, la prueba más real es la red Internet de la actualidad.

Los diseñadores de Internet jamás se imaginaron el crecimiento explosivo del número de nodos conectados a la supercarretera de la información; así que decidieron que las direcciones IP contendrían 32 bits, permitiendo 4 mil millones de direcciones, parecerán muchas, pero no es ni siquiera la población total mundial. A principios de los noventas, con la apertura comercial del Internet, la revolución de las computadoras personales, las redes de área local (LANs), el World Wide Web (www) y aunado a la pésima repartición de las IPs demostraron claramente que los 4 mil millones de direcciones no serian suficientes. Hoy en día muchas personas quieren conectar toda clase de dispositivos a Internet (e.g. refrigeradores, hornos de microondas, dispositivos inalámbricos, etc.). Este crecimiento explosivo de dispositivos que requieren estar conectados a la red requerirá de un nuevo esquema de direccionamiento para mantenerlos en operación. Nadie se imaginó que una red que empezó con fines militares iba a tener tanto éxito en el mundo comercial.

El esquema de direccionamiento de IPv4
Las direcciones IP que conocemos tiene el esquema, 192.168.0.50, en formato decimal; el cual está separado en cuatro campos cada uno de 8 bits, es decir que este valor varía de entre 0 y 255 (28-1). Por lo que la dirección mínima es 0.0.0.0 y la máxima dirección bajo este formato es 255.255.255.255. Esta dirección IP de 32 bits está dividida en dos partes. Una parte le corresponde al identificador de la red y la otra, al identificador del host. Se utilizará con frecuencia el término host en este artículo, por no existir en español una palabra que denote el mismo significado del término en inglés. A menudo se utiliza la traducción al español de host como anfitrión, pero ésta no es muy adecuada; un término más utilizado para host es "nodo". Definiendo formalmente el término, un host se le conoce a cualquier dispositivo (e.g. una computadora, un enrutador, un teléfono celular, un refrigerador, etc.) al que se le puede asignar una dirección IP, ya sea ésta pública o privada. Este esquema de codificación de la dirección IP proporciona flexibilidad al asignar las direcciones y permite una mezcla de tamaños de red en un conjunto de redes.

En particular existen tres clases de direcciones que se pueden asociar a las siguientes condiciones [ver tabla 1 y figura 1]:

Clase A: Utiliza sólo el primer octeto para identificar la red, dejando los 3 octetos (24 bits) restantes para identificar los hosts. La clase A es utilizada por grandes corporaciones y carriers internacionales ya que provee 16,777,214 (224-2) direcciones IP para los hosts, pero está limitada a sólo 127 redes de clase A.

Clase B: utiliza los primeros dos octetos para identificar la red, dejando los 16 bits restantes (2 octetos) para el host. La clase B es utilizada por grandes compañías e instituciones que necesitan un gran número de nodos. Los 2 octetos le dan cabida a 16,384 redes supliendo todas ellas un total de 65,534 (216-2) direcciones IP para los hosts.

Clase C: Usa los primeros 3 octetos para el identificador de red, dejando los 8 bits restantes para el host. La clase C es utilizada por pequeñas redes empresariales, que suman un total de 2,097,152 redes con un máximo de 254 (28-2) hosts cada una.

Tabla 1. Clases de direcciones en IPv4
Clases Rango del 1er octeto Número de redes Número de hosts Ejemplo
A 1-126 127 16,777,214 10.15.121.5
B 128-191 16,384 65,534 130.13.44.52
C 192-223 2,097,152 254 200.15.23.8

La clase A es un esquema de pocas redes (127) y muchísimos hosts (16,777,214), lo que significa que sólo pocas compañías tienen el privilegio de poder asignar más de 16.7 millones de IPs a hosts. ¿Usted cree esto posible? Una corporación por más grande que sea no tiene esa cantidad de hosts, a menos que sea un carrier internacional y las distribuya entre sus clientes. Muchas de estas direcciones están sin uso y por ende desperdiciadas. Que injusta fue la repartición de direcciones IP. La clase B es un poco más justa, aunque tiene sus bemoles. Es un esquema de un número mediado de redes (16,384) con un número mediano de hosts (65,534). Muchas de las universidades por ejemplo, tienen clase B en sus redes. Una universidad por más grande que sea no tiene 65,534 hosts. Por ende, muchas direcciones están desperdiciadas y nadie las puede utilizar más que la entidad a la que fue asignada. La clase C es un esquema de muchísimas redes (2,097,152) y pocos hosts (254). ¿Imagine que Usted quiere instalar una red en su oficina y tiene una red de 10 computadoras y se le asigna una clase C?. Tendrá más de 240 direcciones IP sin usar. Aunque viéndolo por el lado amable, estas direcciones las podría utilizar para un crecimiento futuro de su red. Aún viéndola con ese enfoque, con este esquema se desperdician muchas direcciones IP. Para evitar el desperdicio de direcciones muchas de las corporaciones utilizan una mezcla de clases de direcciones. Otra técnica también muy utilizada para evitar desperdicio de IPs es el direccionamiento sin clases (CIDR). El CIDR permite particionar el número de hosts a valores más adecuados a las necesidades de nuestras redes locales. Además de las clases A, B y C, también existe la clase D y la clase E. La primera se utiliza para multidifusión (broadcast) y la clase E esta reservada para uso futuro. Es decir, no se utiliza por el momento, quedando desperdiciada.

Concluimos que la jerarquización utilizada en el direccionamiento IPv4 ocasiona un gran desperdicio de IPs. Largos bloques de direcciones fueron asignados a grandes compañías y organizaciones para hacer el trabajo más fácil a los enrutadores. Posteriormente, cuando nuevas organizaciones solicitaron bloques grandes de direcciones, ya no había disponibles y se tuvieron que conformar con clases B y C. Muchas organizaciones no necesitaron de todas las direcciones en los bloques asignados, quedando direcciones sin utilizar y por lo tanto desperdiciadas.


Figura 1. Esquema de direccionamiento eb IPv4

Para garantizar direcciones únicas mundialmente, existe una autoridad central, la IANA (The Internet Assigned Numbers Authority, http://www.iana.org/), quien asigna números únicos de red a las organizaciones que lo solicitan. Una vez asignadas, los administradores de red de las corporaciones serán los encargados de asignar direcciones IP a los hosts.

El nacimiento de IPv6
El IETF (http://www.ietf.org/) es una organización que define estándares y la arquitectura del Internet. En 1990, el IETF empezó a estudiar el problema de expandir el número de direcciones de Internet. En 1994 liberó una recomendación oficial para el protocolo de Internet de la siguiente generación o IPng (Internet Protocol next generation). Un hecho destacado en el desarrollo, fue la publicación del RFC 1752 cuya publicación se realizó en enero de 1995. El RFC 1752 describe los requisitos de IPng, especifica el formato de la PDU y señala las técnicas de IPng en las áreas de direccionamiento, enrutamiento y seguridad. Siguiendo los procedimientos formales, la recomendación se convirtió en un borrador de estándar en 1998. El IETF creo un grupo de trabajo de IPv6 para crear los estándares que se requieran y permitir la transición de IPv4 a IPv6. Existen otros documentos que definen los detalles del protocolo, ahora llamado IPv6 (Internet Protocol version 6); éstos incluyen una especificación general de IPv6 (RFC 2460), un RFC que trata con la estructura de direccionamiento de IPv6 (RFC 2373) y una larga lista más.

¿Y que paso con IPv5?
Sabemos que la versión del protocolo IP que se usa actualmente es la 4 (IPv4) y que el IP de nueva generación es el IPv6. Lo que no es tan conocido es porqué se "saltaron" del IPv4 al IPv6 y omitieron el IPv5; de hecho se dice que el IPv5 no existe... Sin embargo, técnicamente el IPv5 si existe... Basta consultar el RFC 1819 [http://www.faqs.org/rfcs/rfc1819.html], el cual describe al protocolo ST2+ (Internet Stream Protocol Version 2) para darnos cuenta de lo siguiente: "ST2 and IP packets differ in the first four bits, which contain the internetwork protocol version number: number 5 is reserved for ST2 (IP itself has version number 4)". O sea, que el valor 5 para el campo "protocol version" lo tomaron para el ST2+, y luego, ya que iban a especificar una nueva versión del protocolo IP tomaron el siguiente número disponible, es decir el 6.

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