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Direccionamiento y enrutamiento de IPv6
El esquema de direccionamiento en IPv6 resuelve muchos problemas críticos de IPv4. IPv6 permitirá a los diseñadores de la dorsal (backbone) de Internet crear una jerarquía de enrutamiento global muy flexible y abierta. Al nivel de la dorsal de Internet, donde la mayoría de las empresas y los ISP se juntan, es necesario mantener el sistema de direccionamiento jerárquico, así como lo hace el IPv4. Sin un direccionamiento jerárquico, los enrutadores de la dorsal forzarían a almacenar la tabla de información de enrutamiento de cada red en el mundo. Debido al número actual de subredes IP en el mundo y al crecimiento del Internet, esto no es factible. Con una jerarquía, los enrutadores pueden usar prefijos de direcciones IP para determinar cuanto tráfico deberá ser enrutado a través de la dorsal. IPv4 utiliza una técnica conocida como CIDR, el cual permite el uso flexible de prefijos de red de longitud variable. Con el uso flexible de prefijos, CIDR permite "agregación de enrutamiento" considerable a varios niveles de la jerarquía de Internet, lo que significa que los enrutadores de la dorsal pueden almacenar una tabla única de enrutamiento que provee alcance a muchas de redes a niveles más bajos. Pero la disponibilidad de enrutamiento CIDR no garantiza una jerarquía eficiente y escalable. En muchos casos, la asignación de direcciones IPv4 legadas que se originaron antes de CIDR no facilitan la agregación.

De hecho, mucho del espacio de direcciones IPv4 fue formado antes de que la jerarquía actual de acceso fuera desarrollada. La falta de uniformidad del sistema jerárquico de la actualidad aunado al racionamiento de las direcciones IPv4, da como resultado que el direccionamiento y enrutamiento en Internet sea inseguro con complicaciones en todos los niveles. Este hecho afecta el nivel de servicio de los proveedores y usuarios finales en todos los tipos de negocios.

El motivo principal que ha conducido la adopción de una nueva versión del protocolo de Internet es la limitación impuesta al campo de dirección de 32 bits en IPv4. IPv6 expande el número de direcciones de 32 bits a 128 bits. Una dirección de 32 bits permite 4 mil millones de direcciones únicas, mientras que 128 bits, permiten más de 340 sixtillones de direcciones (340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456) únicas en Internet. ¿Cuanto es esta cantidad? Pues imagínese que en el 2050 seamos 9 mil millones de personas en el mundo. Bueno, pues nos tocarían 37,809,151,880,104,273,718,152,734,159 direcciones por persona. ¿Son suficientes? desde luego.

Estructura de direccionamiento en IPv6
La estructura de direccionamiento de IPv6 difiere mucho de la estructura de las direcciones IP en la versión 4. En vez de representar las direcciones en cuatro octetos (de 0 a 255 cada uno) separados por puntos, las direcciones IPv6 son una serie de números hexadecimales (de 0 a FFFF cada uno) de 16 bits (palabras) separados por el caracter dos puntos entre ellos. Existe una notación abreviada "::" que representa cualquier número de "cero palabras".

A continuación se muestran algunos ejemplos: * IPv4: 192.168.16.31
* IPv6 (sin palabras en cero): 2001:470:104:20:202:B3FF:FEAD:42BA
* IPv6 (con palabras en cero): 2001:470:104:20:0:0:0:1
* IPv6 (abreviado): 2001:470:104:20::1 (del ejemplo anterior :0:0:0: = ::)
* La dirección IPv6 FE80:0000:0000:0000:02C0:4FFF:FE68:12CB puede ser también representada como fe80::2c0:4fff:fe68:12cb
* El tradicional 127.0.0.1 es en IPv6 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001, o simplemente ::1.

Las direcciones IPv6 están bien estructuradas y pueden ser más sencillas de entender que las direcciones de IPv4. El espacio de direcciones de IPv6 es dividido, basado en el valor de los bits de más alto orden en la dirección. Los bits de mayor orden y sus valores fijos son conocidos como un prefijo de formato (FP, Format Prefix). La siguiente tabla muestra el alojamiento del espacio de direcciones IPv6 por FPs.

Así como en IPV4, los rangos de direcciones pueden ser descritos por el sufijo "/" seguido por el número fijo de bits (e.g. 192.168.50.0/24) en la dirección, así por ejemplo 3FFE::/16 significa un conjunto de direcciones que empiezan con 3FFE.

La transición de IPv4 hacia IPv6
Los diseñadores de IPv6 reconocieron que la transición de IPv4 a IPv6 tomaría muchos años y que habría organizaciones o hosts dentro de organizaciones que continuarían su uso para siempre. A pesar que la migración es a largo plazo, existen ciertas consideraciones que permitirán la coexistencia de ambos protocolos.

Los diseñadores de IPv6 en la especificación original (RFC 1752) definieron los siguientes criterios de transición.

* Los hosts existentes con IPv4 podrán ser actualizados en cualquier momento, independientemente de la actualización de los otros hosts o enrutadores.
* Los nuevos hosts, utilizando sólo IPv6, pueden ser agregados en cualquier momento, sin dependencias de otros hosts u infraestructura de enrutamiento.
* Los hosts existentes con IPv4, con IPv6 instalado, pueden continuar utilizando direcciones IPv4 sin necesitar direcciones adicionales.
* Se requiere de una pequeña preparación ya sea para actualizar de IPv4 a IPv6 o para implementar nuevos nodos IPv6.

La inherente falta de dependencia entre los hosts de IPv4 e IPv6 y la infraestructura de enrutamiento IPv4 e IPv6, requiere de mecanismos que permitirán la coexistencia de los dos protocolos de manera transparente.

Tipos de nodos
Aunado a los criterios de transición de IPv4 a IPv6, en el RFC 2893 se definen los siguientes tipos de nodos:

* Nodo IPv4 puro: Es un nodo con IPv4 y que tiene sólo direcciones IPv4. Este tipo de nodo no soporta IPv6. La mayoría de los hosts y enrutadores instalados hoy en día son IPv4 puros.
* Nodo IPV6 puro: Es un nodo con IPv6 y que tiene sólo direcciones IPv6. Este nodo sólo se puede comunicar con nodos y aplicaciones IPv6. Este tipo de nodo no es muy común hoy en día.
* Nodo IPv6/IPv4: Es un nodo que tiene implementado tanto IPv4 como IPv6. Este nodo permite IPv6 sólo si tiene configurado una Interface IPv6.
* Nodo IPv4: Es un nodo con IPv4, puede enviar y recibir paquetes IPv4. Un nodo IPv4 puede ser un nodo IPv4 puro o un nodo IPv6/IPv4.
* Nodo IPv6: Es un nodo con IPv6, puede enviar y recibir paquetes IPv6. Un nodo IPv6 puede ser un nodo IPv6 puro o un nodo IPv6/IPv6.

Para que ocurra la coexistencia, los nodos en mayor número (IPv4 o IPv6) pueden comunicarse utilizando infraestructura IPv4, una infraestructura IPv6 o una infraestructura que sea una combinación de IPv4 e IPv6. La verdadera migración es realizada cando todos los nodos IPv4 son convertidos a nodos IPv6 puros. Sin embargo, en el futuro, la migración práctica es realizada cuando más nodos IPv4 puros son convertidos a nodos IPv6/IPv4. Los nodos IPv4 puros pueden comunicarse con nodos IPv6 puros solamente utilizando un servidor proxy que haga la traslación IPv4 a IPv6.

La compatibilidad de direcciones
Las siguientes direcciones están definidas para ayudar en la coexistencia de nodos IPv4 e IPv6:
* Direcciones IPv4 compatibles: Las direcciones IPv4 compatibles 0:0:0:0:0:0:w.x.y.z o simplemente ::w.x.y.z (donde w.x.y.z es la representación decimal de una dirección pública IPv4), son utilizadas por nodos IPv6/IPv4 que se comunican con IPv6 sobre una infraestructura IPv4. Cuando la dirección IPv4 compatible es utilizada como un destino IPv6, el tráfico IPv6 es automáticamente encapsulado con un encabezado IPv4 y enviado al destino utilizando la infraestructura Ipv4.
* Direcciones IPv4 mapeadas: Las direcciones IPv4 mapeadas 0:0:0:0:0:FFFF:w.x.y.z o simplemente ::FFFF:w.x.y.z, son utilizadas para representar un nodo IPv4 puro a un nodo IPv6. Es utilizada sólo para representación interna. Las direcciones IPv4 mapeadas nunca son usadas como una dirección fuente o destino de un paquete IPv6.
* Direcciones 6sobre4: las direcciones 6sobre4 están compuestas de prefijos de direcciones unicast válidas de 64 bits y del identificador de la Interface ::WWXX:YYZZ (donde WWXX:YYZZ es la representación hexadecimal de w.x.y.z, una dirección IPv4 unicast asignadas a una Interface) . Un ejemplo de una dirección 6sobre4 de enlace local basada en direcciones IPv4; de 131.107.4.92 es FE80::836B:45C. las direcciones 6sobre4 son utilizadas para representar un host cuando se está usando el mecanismo de túnel automático definidos en el RFC 2529.
* Direcciones 6a4: Las direcciones 6a4 están basadas en el prefijo 2002:WWXX:YYZZ::/48 (donde WWXX:YYZZ es la representación hexadecimal de w.x.y.z, una dirección IPv4 pública asignada a una Interface). Las direcciones 6a4 son utilizadas para representar un sitio cuando es usado el mecanismo de túnel automático definido en el RFC 3056, también conocido como 6a4.
* Direcciones ISATAP: Estas direcciones están compuestas de prefijos de direcciones unicast de 64 bits válidas y un identificador de Interface ::0:5EFE:w.x.y.z (donde w.x.y.z es una dirección IPv4 unicast asignada a una interface). Un ejemplo de una dirección ISATAP de enlace local es FE80::5EFE:131.107.4.92. Las direcciones ISATAP son utilizadas para representar un host cuando es usado por el mecanismo de túnel automático definido en el borrador titulado "Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol (ISATAP)" (http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-ngtrans-isatap-16.txt).

Mecanismos de coexistencia
Para coexistir con una infraestructura IPv4 y proveer migración eventual a una infraestructura IPv6 pura, los siguientes mecanismos son utilizados: * Pila dual IP
* Túnel IPv6 sobre IPv4
* Infraestructura DNS
Capa IP dual
La pila dual IP dual es una implementación de la pila de protocolos TCP/IP que incluyen ambas, una capa de Internet IPv4 y una capa de Internet IPv6. Este es un mecanismo utilizado por nodos IPv6/IPv4 para que nodos IPv4 se puedan comunicar con nodos IPv6. Una pila dual IP contiene una simple implementación de protocolos de capa host-a-host tales como TCP y UDP. Todos los protocolos de capas superiores en una implementación de pila dual IP pueden comunicarse sobre IPv4, IPv6 o IPv6 en túnel en IPv4.

Figura 2. Arquitectura de pila dual IP

Túnel IPv6 sobre IPV4
El túnel IPv6 sobre IPv4 es la encapsulación de paquetes IPv6 con un encabezado IPv4 para que los paquetes IPv6 puedan ser enviados sobre infraestructura IPv4. Dentro del encabezado IPv4:
* El campo de protocolo de IPv4 es puesto a 41 para indicar que es un paquete IPv6 encapsulado.
* Los campos origen y destino son asignados para direcciones IPv4 para los extremos del túnel. Los extremos del túnel son configurados manualmente como parte de la Interface del túnel o están automáticamente derivados desde la interface transmisora, la dirección del próximo salto de la ruta en cuestión o de las direcciones IPv6 fuente y destino en la cabecera IPv4.

Figura 3. Paquetes para túnel IPv6 sobre IPv4

Para el túnel IPv6 sobre IPv4, la unidad de transmisión máxima (MTU) de la trayectoria IPv6 para el destino es típicamente 20 bytes menos que el MTU de la trayectoria IPv4 del destinatario. Sin embargo, si el MTU de la ruta IPv4 no se almacena para cada túnel, existen instancias donde los paquetes IPv4 necesitan ser fragmentados en un enrutador intermedio IPv4. En este caso, el paquete IPv6 sobre IPv4 transmitido sobre el túnel debe ser enviado con la bandera de no fragmentación en la cabecera del encabezado IPv4, es decir esta bandera es puesta a 0.

Figura 4. Túnel IPv6 sobre IPv4

El DNS es algo que los administradores deben considerar antes de implementar IPv6 o nodos de pilas duales. Los servidores de nombres de la actualidad de 32 bits no pueden manipular solicitudes de resolución de nombres para direcciones de 128 bits utilizados para dispositivos IPv6. En respuesta a esta necesidad los diseñadores del IETF definieron un estándar (RFC 1886, DNS Extensions to Support IP Version 6). Esta especificación crea un nuevo tipo de registro DNS nombrado "AAAA" (cuádruple A) que mapeará nombres de dominios a direcciones IPv6. Una vez que el DNS tiene capacidades IPv6, los nodos con pila dual pueden interactuar con otros nodos IPv6. Si un nodo con pilas duales consulta un DNS y recibe una dirección de 32 bits, el protocolo IPv4 será utilizado. Si es recibida una dirección de 128 bits entonces el protocolo IPv6 es utilizado. En sitios donde el DNS no ha sido actualizado a IPv6, los hosts deberán resolver mapeos de nombre a direcciones a través del uso de tablas locales de nombres configuradas manualmente. Las aplicaciones que no tienen acceso directo a la pila de la red no necesitarán ser modificadas para correr en un ambiente de pila dual. Las aplicaciones de red que interactúan directamente con IP y componentes relacionados requerirán actualización si estos utilizan el protocolo IPv6. Por ejemplo, aplicaciones que accedan el DNS deben estar aptas para requerir los nuevos registros de 128 bits. Aplicaciones que explotan la seguridad y la calidad de servicio de IPv6 y otras características necesitarán actualización extensiva.

La infraestructura DNS debe contener los siguientes registros de recursos (alimentados ya sea dinámica o manualmente) para una resolución exitosa de dominios de nombres a direcciones: * Un registro para IPv4 puro y nodos IPv6/IPv4
* Registros AAAA para IPv6 puro y nodos IPv6/IPv4

Beneficios de IPv6
Muchas son las mejoras que IPv6 con respecto a IPv4, algunas de las ventajas y beneficios se listan a continuación:
* Espacio de direcciones ampliado: IPv6 incrementa el espacio de direcciones de 128 bits, contra 32 bits de IPv4. Esto supone un incremento de espacio de direcciones en un factor de 296. Un incremento en las direcciones permitirá que más de 340 sixtillones de dispositivos tengan su propia dirección IP.
* Soporte mejorado para extensiones y opciones: Los cambios en la manera en que se codifican las opciones de la cabecera IP permiten un reenvío más eficiente, límites menos rigurosos y mayor flexibilidad para introducir nuevas opciones en el futuro. La implementación de extensiones de encabezado mejorarán la forma en que los enrutadores procesan los paquetes.
* Formato simplificado del encabezado: El nuevo formato simplificado mejorará la eficiencia en el enrutamiento al procesarse más rápido.
* Etiquetado del tráfico: paquetes relacionados pueden ser tratados como flujos de tráficos, para lo cual, el nodo origen solicita tratamiento especial, como la calidad de servicio (QoS) no estándar o el servicio en tiempo real.
* Autentificación y privacidad mejorada: Medidas de seguridad son implementadas dentro del protocolo IPv6. Se especifican extensiones para utilizar autentificación, integridad de los datos y confidencialidad de los datos. Con IPv4, el protocolo de seguridad IPSec es opcional. Con IPv6, IPSec es obligatorio. Por obligatorio se puede asumir que se puede asegurar la comunicación entre los dispositivos.
* Autoconfiguración "plug and play": Autoconfiguración sin necesidad de servidores y facilidades de reconfiguración. Los dispositivos pueden configurar sus propias direcciones IPv6 basándose en la información que reciban del enrutador más próximo.
* Mecanismos de movilidad más eficientes y robustos: IP móvil soporta dispositivos móviles que cambian dinámicamente sus puntos de acceso a la red. Concretamente IPv6 permite a un host IPv6 dejar su subred de origen mientras mantiene transparentemente todas sus conexiones presentes y sigue siendo alcanzable por el resto de la red. Dado el auge de las redes inalámbricas tanto de telefonía celular como redes inalámbricas de área local (WLAN), la movilidad IP será un punto muy importante.
* Aplicaciones en tiempo real: IPv4 define una red pura orientada a datagramas y, como tal, 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. Por ello, se necesita una extensión que posibilite el envío de tráfico de tiempo real, y así poder hacer frente a las nuevas demandas en este campo.
* Tecnologías de ingeniería de tráfico: IPv6 fue diseñado para permitir soporte a ingeniería de tráfico como diffserv o intserv (RSVP). Aunque no se tenga un estándar de ingeniería de tráfico, la especificación base de IPv6 tiene reservado una campo de 24 bits en la cabecera para esas tecnologías emergentes.
* Multicast: Multicast es obligatorio en IPv6, el cual era opcional en IPv4. Las especificaciones base de IPv6 por si mismas usan extensivamente multicast.
* Mejor soporte para redes ad-hoc: El alcance de las direcciones permiten mejor soporte para rede ad-hoc (o "zeroconf", cero configuración). IPv6 soporta direcciones anycast, las cuales pueden contribuir a descubrimiento de servicios.

Retos de la migración a IPv6
En la actualidad Internet es básicamente una gran nube de IPv4. Cuando se empiece a implementar, existirán pequeñas islas de IPv6. Estas islas se comenzarán a hacer cada vez más grandes y la nube de IPv4 empezará a contraerse. Esto podría incrementar la migración o los problemas de coexistencia. Pero los desarrolladores están trabajando sobre este problema y han desarrollado aplicaciones que permitirán la coexistencia y entender automáticamente cuando se está utilizando IPv4 o IPv6. Las aplicaciones tendrán implementadas pilas duales de IPv4 e IPv6 en el misma pila. Un host que soporte ambos protocolos puede comunicarse con nodos IPv4 o IPv6. Con una pila dual, las aplicaciones IPv4 funcionarán transparentemente con IPv6. Por ejemplo, si un servidor de web con IPv4 falla y el servidor de respaldo que utiliza IPv6 se encuentra en otra localidad, no habrá interrupción en el servicio. La realidad es que las plataformas de administración de las redes de la actualidad no soportan IPv6. Los fabricantes de equipos podrán proveer funcionabilidad libre, en forma de una actualización, asegurando que las versiones posteriores del software de administración de la red soportarán el nuevo esquema. IPv6 está fuera de la fase de desarrollo y ha sido implementado exitosamente. Existen alrededor de 800 sitios mundo que corren IPv6 e interoperan con la nube de IPv4. La implementación comercial está empezando en Japón y la mayoría de los fabricantes de equipos han empezado a soportar el nuevo esquema. Esto es una buena señal para emigrar pronto.