Proceso de Transición de IPv4 a IPv6, bajo Plataformas Windows y Cisco en el Enlace UCA - UNAN en el Departamento de Managua

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1 UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA TECNOLOGÍA Y AMBIENTE DEPARTAMENTO DESARROLLO TECNOLÓGICO INGENIERÍA EN SISTEMAS Y TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Proceso de Transición de IPv4 a IPv6, bajo Plataformas Windows y Cisco en el Enlace UCA - UNAN en el Departamento de Managua Monografía para obtener el Título de Ingeniería en Sistemas y Tecnologías de la Información Autores: Br. Karina de Jesús Mejía Benítez carné Br. Brenda Elena García Gutiérrez carné Tutor: Msc. Derman Zepeda Vega Managua, Nicaragua Noviembre 2009

2 PÁGINA DE ACEPTACIÒN Esta Monografía fue aprobada por el tribunal examinador de la Facultad de Ciencia, Tecnología y Ambiente de la Universidad Centroamérica como requisito para optar al título de Ingeniero (a) en Sistemas y tecnologías de la información. Lic. Jorge Luís Espinoza Lira Presidente del Tribunal Lic. José Mercedes Tórres Gómez Secretario Msc. Derman Jazzer Zepeda Vega Tutor Bra. García Gutiérrez Brenda Elena Egresada Bra. Mejía Benítez Karina de Jesús Egresada

3 Dedicatoria Dedicamos el presente trabajo investigativo en primera instancia a Dios, a nuestros padres, familiares y amigos que lo han hecho posible.

4 Agradecimientos Lic. Jorge Luis Espinoza Lira, por su apoyo incondicional en todo el proceso de desarrollo de este trabajo investigativo. Ing. Félix Eduardo Sovalbarro Rojas, por su orientación técnica en la fase de implementación de este trabajo investigativo. Ing. Mario Galo Padilla por apoyo incondicional en el proceso de desarrollo de esta investigación. Msc. Derman Zepeda Vega, por ser el tutor y guía de este trabajo investigativo.

5 ÍNDICE DE CONTENIDO ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS RESUMEN I. Introducción II. Objetivos 2.1. Objetivo General 2.2. Objetivos Específicos III. MARCO TEÓRICO 3.1. REDES DE COMPUTADORAS CLASIFICACIÓN DE LAS REDES 3.2. MODELO DE REFERENCIA: OSI PROTOCOLO IP PROTOCOLO TCP/IP PROTOCOLO IPV DIRECCIONAMIENTO IPV RUTEO EN IPV PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO INTERNO PROTOCOLO DE ENRUTAMIENTOS EXTERNOS 3.5. PROTOCOLO IPV ESTRUCTURA DE PAQUETE IPV MODELO DE NUMERACIÓN ARQUITECTURA DE DIRECCIONES A. DIRECCIONES UNICAST IPV6 GLOBALES B. DIRECCIONES UNICAST LOCALES DE ENLACE (LINK-LOCAL) C. DIRECCIONES ANYCAST IPV6 A. Direcciones Multicast IPv RUTEO IPV6 A. RIPV2 B. OSPFv6 C. EIGRP D. BGP MECANISMOS DE TRANSICIÓN DE IPV4 A IPV6 A. Dual Stack B. Túneles C. PROXY IV. METODOLOGÍA V. DESARROLLO 5.1. EQUIPOS DE REDES EN ENLACE WAN 5.2. EVALUACIÓN DE LOS MECANISMOS DE TRANSICIÓN DUAL STACK TUNNELING PROXY

6 5.3. MECANISMO DE TRANSICIÓN RECOMENDADO PARA LA IMPLEMENTACIÓN MANUALES GLOSARIO ANEXOS COMANDOS BÁSICOS DE IOS DE CISCO VI. CONCLUSIONES140 VII. RECOMENDACIONES VIII. BIBLIOGRAFÍA IX. GLOSARIO X. ANEXOS

7 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Encabezado IPv4 Figura 2. Encabezado IPV6 Figura 3. Calculo de Dirección IPv6 utilizando MAC Figura 4. Encapsulación de Paquetes IPv6 sobre IPv4 Figura 5. Diagrama Mecanismo de Transición Dual Stack Figura 6. Ping en IPV4 desde PC M1 al ROUTER2 Figura 7. Ping en IPV6 desde la PC M1 Hasta el ROUTER2 Figura 8. Ping desde ROUTER1a ROUTER2 en IPV4 Figura 9. Ping desde ROUTER1 a ROUTER2 en IPV6 Figura 10. Ping desde ROUTER1 a ROUTER2 en IPV6 Figura 11. Ping en IPv6 desde ROUTER UNAN a ROUTER UCA Figura 12. Ping en IPv6 desde ROUTER UCA a ROUTER UNAN Figura 13. Diagrama Mecanismo de Transición Proxy

8 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Ámbito de Direcciones Multicast IPv6 Tabla 2. Servicios Brindados por Campus Universitarios UCA y UNAN Tabla 3. Distribución del ancho de banda de la Universidad Centroamericana Tabla 4. Distribución del ancho de banda de la Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua

9 RESUMEN La Internet actual utiliza un protocolo de comunicaciones, conocido como IPv4; el cual ha funcionado con éxito pero actualmente está al límite de su diseño, principalmente por el agotamiento de la cantidad de direcciones IP disponible. En 1995 el Internet Engineering Task Force (IETF) desarrolló un nuevo protocolo de Internet para su reemplazo. Este nuevo protocolo, denominado IPv6, fundamentalmente incrementa el espacio de direcciones, aunque también agrega nuevas funcionalidades requeridas. El objetivo general de este trabajo investigativo fue la creación de un Manual que permitiera la implementación de un mecanismo de transición de IPv4 a IPv6 bajo plataformas Windows y Cisco en el enlace WAN UNAN UCA en el departamento de Managua. El estudio incluyo un diseño y la implementación final del mecanismo de transición más viable en correspondencia con la infraestructura y equipos de red WAN de los campus universitarios. En la primera etapa se realizo un estudio de campo con el objetivo de identificar las capacidades de infraestructura de red y enlace WAN existentes en la Universidad Centroamericana y Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua. En la segunda etapa se evaluaron los mecanismos de transición de IPv4 a IPv6: Dual Stack, Tunneling y Proxy, para optar por el más viable en implementación.

10 En la tercera etapa se propuso un diseño para el mecanismo de transición de IPv4 a IPv6 determinado por la evaluación. Y en la etapa final se efectuaron pruebas de configuración e implementación del mecanismo propuesto en las que se demostraron los resultados obtenidos del proceso de transición de IPv4 a IPv6 establecido.

11 I. Introducción El protocolo de Internet versión 4 conocido como IPv4 históricamente surgió como un proyecto investigativo, que no predijo, que este se convirtiera en la primera versión de un protocolo de Internet de uso masivo y todavía utilizado en la mayoría del trafico real de Internet. Actualmente IPv4 presenta grandes limitaciones debido al reducido espacio de direccionamiento y al hecho de falta de coordinación para su asignación, sin ningún tipo de optimización, dejando incluso espacios de direcciones discontinuos. Las limitaciones de IPv4 han estimulado el impulso a IPv6 que se ha convertido en la mejor opción para superar las restricciones reales de IPv4 ante el crecimiento incesante de las redes e Internet. La nueva versión 6 del Protocolo de Internet está diseñada para ser el sucesor de IPv4 aunque ambos protocolos coexistirán aun a corto y mediano plazo; debido a que no es factible para ninguna empresa u organización hacer una restructuración completa de su infraestructura de red. La idea es dar respuesta inmediata a las necesidades de los diferentes servicios que los usuarios demandan. IPv6 ha sido diseñado pensando en la transición, y es conocido como el protocolo de Internet de la nueva generación, el cual esta completamente listo para su implementación y explotación en redes productivas, y ofrece nuevos servicios y aplicaciones entre los cuales están: espacio de direcciones prácticamente infinito, seguridad e integridad de los datos. La finalidad de esta investigación fue crear un manual que describa el proceso que permita la implementación de un mecanismo de transición de IPv4 a IPv6 bajo plataformas Windows y Cisco, siguiendo un orden cronológico en el que se inicio con el análisis de equipos, configuración y características de red WAN de la

12 Universidad Centroamericana y la Universidad Autónoma de Nicaragua, para luego determinar los mecanismos de transición más óptimos conforme a las capacidades técnicas y a continuación empezar la elaboración de la propuesta de diseño e implementación para el mecanismo de transición determinado, finalmente realizamos las pruebas de configuración que demostraron la validez de los diseños propuestos con resultados exitosos. El material final de este estudio servirá como manual o guía de referencia para aquellas empresas o instituciones que deseen realizar su migración de IPv4 a IPv6 mediante los mecanismos de transición propuestos y así beneficiarse con la gama de ventajas y nuevos servicios que ofrece el protocolo de la nueva generación, IPv6.

13 II. Objetivos 2.1. Objetivo General Crear un Manual que permita la implementación de un mecanismo de transición de IPv4 a IPv6 bajo plataformas Windows y Cisco en el enlace UCA -UNAN en el departamento de Managua Objetivos Específicos Identificar las capacidades de equipos de redes y enlace WAN existentes en la Universidad Centroamericana y Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua. Determinar la solución más viable a implementar en los campus universitarios según la evaluación de los mecanismos de transición de IPv4 a IPv6: Dual Stack, Tunneling y Proxy. Proponer un diseño para el mecanismo de transición de IPv4 a IPv6 más adecuado para las universidades. Efectuar pruebas en las que se demuestren los resultados obtenidos del proceso de transición de IPv4 a IPv6 con el mecanismo seleccionado.

14 III. MARCO TEÓRICO 3.1. Redes de Computadoras En la actualidad el uso de redes de comunicación es casi indispensable en las organizaciones porque constituyen un sistema de interconexión entre computadoras lo cual permite compartir recursos e información. Para estar interconectado a una red es necesario contar, además de con los computadores correspondientes, con las tarjetas de red, los cables de conexión, los dispositivos periféricos y el software conveniente según lo citado por Tanembaum (2009). Las redes de información o datos varían en tamaño y capacidad, pero todas tienen cuatro elementos básicos en común: reglas y acuerdos para regular cómo se envían, redireccionan, reciben e interpretan los mensajes o unidades de información que viajan de un dispositivo a otro, una forma de interconectar esos dispositivos, un medio que puede transportar los mensajes de un dispositivo a otro, y los dispositivos de la red que cambian mensajes entre sí. La estandarización de los distintos elementos de la red permite el funcionamiento conjunto de equipos y dispositivos creados por diferentes compañías. Para que funcione una red, los dispositivos deben estar interconectados. Las conexiones de red pueden ser con cables o inalámbricas. En las conexiones con cables, el medio puede ser cobre, que transmite señales eléctricas, o fibra óptica, que transmite señales de luz. En las conexiones inalámbricas, el medio es la atmósfera de la tierra o espacio y las señales son microondas. Los dispositivos interconectados a través de medios para proporcionar servicios deben estar gobernados por reglas o protocolos.

15 Un protocolo es una descripción formal de un conjunto de reglas y convenciones que rigen un aspecto particular de cómo los dispositivos de una red se comunican entre sí. Los protocolos posibilitan la comunicación de red desde un host, a través de la red, hacia otro host. Y determinan el formato, la sincronización, la secuenciación y el control de errores en la comunicación de datos. Sin protocolos, el computador no puede armar o reconstruir el formato original del flujo de bits entrantes desde otro computador. Actualmente el estándar de la industria en redes es un conjunto de protocolos denominado TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet). TCP/IP es el protocolo primario de Internet. Y especifican los mecanismos de formateo, de direccionamiento y de enrutamiento que garantizan que nuestros mensajes sean entregados a los destinatarios correctos Clasificación de las redes Las redes deben admitir una amplia variedad de aplicaciones y servicios, también funcionar con diferentes tipos de infraestructuras físicas. El término arquitectura de red, en este contexto, se refiere a las tecnologías que admiten la infraestructura y a los servicios y protocolos programados que pueden trasladar los mensajes en toda esa infraestructura. Debido a la evolución de las redes e internet, existen cuatro características básicas que la arquitectura subyacente necesita para cumplir con las expectativas de los usuarios: tolerancia a fallas, escalabilidad, calidad del servicio y seguridad. Las redes se pueden clasificar y configurar en base a diferentes puntos: tecnologías de transmisión, tamaño, y topología.

16 La topología lógica de una red es la forma en que los hosts se comunican a través del medio, los dos tipos más comunes de topologías lógicas son broadcast y transmisión de tokens. La topología broadcast significa que cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts del medio de red. No existe una orden que las estaciones deban seguir para utilizar la red. Es por orden de llegada. La segunda topología lógica es la transmisión de tokens, esta controla el acceso a la red mediante la transmisión de un token electrónico a cada host de forma secuencial. Cuando un host recibe el token, ese host puede enviar datos a través de la red. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el token al siguiente host y el proceso se vuelve a repetir. Según el tamaño, las más implementadas y utilizadas son las Redes de Área Local o LAN y las Redes de Área Extendida o WAN. Una LAN es una red de propiedad privada comprendida dentro de un solo edificio o campus de hasta unos cuantos kilómetros de extensión, y generalmente se utilizan con el objeto de compartir recursos e intercambiar información.. Una red WAN (Wide Área Network), es la que se extiende sobre un área geográfica extensa, interconectando las LAN, que a su vez proporcionan acceso a los computadores o a los servidores de archivos ubicados en otros lugares. Las WAN conectan redes de usuarios dentro de un área geográfica extensa y permiten que las organizaciones se comuniquen entre sí a través de grandes distancias. La internetworking más conocida, ampliamente utilizada y a la que accede el público en general es Internet. Internet se crea por la interconexión de redes que pertenecen a los Proveedores de Servicios de Internet (ISP). Estas redes ISP se conectan entre sí para proporcionar acceso a millones de usuarios en todo el mundo. Citando al material proveído por Cisco System (2004).

17 3.2. Modelo de referencia: OSI El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) lanzado en 1984 fue el modelo de red descriptivo creado por ISO. Proporcionó a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de red producidos por las empresas a nivel mundial. El modelo de referencia OSI es un marco que se puede utilizar para comprender cómo viaja la información a través de una red. El modelo de referencia OSI explica de qué manera los paquetes de datos viajan a través de varias capas a otro dispositivo de una red, aun cuando el remitente y el destinatario poseen diferentes tipos de medios de red. En el modelo de referencia OSI, hay siete capas numeradas, cada una de las cuales ilustra una función de red específica. La división de la red en siete capas permite obtener las siguientes ventajas: Capa 1: Física. Transmisión binaria (cable, conectores, voltajes, velocidades de transmisión de datos) Capa 2: Enlace de datos. Control directo de enlaces, acceso a los medios. Es decir provee transferencia confiable de datos a través de los medios, conectividad y selección de rutas entre sistemas, entrega de mejor esfuerzo. Capa 3: Red. Dirección de red y determinación de mejor ruta (provee transferencia confiable de datos a través de los medios, conectividad y selección de ruta entre sistemas). Capa 4: Transporte. Conexiones de extremo a extremo Capa 5: Sesión. Comunicación entre host (establece, administra y termina sesiones entre aplicaciones)

18 Capa 6: Presentación. Representación de datos, esta garantiza que los datos sean legibles para el sistema receptor, formato de los datos, estructuras de datos, y la sintaxis de transferencia de datos para la capa de aplicación. Capa 7: Aplicación. Procesos de red a aplicaciones. Suministra servicios de red a los procesos de aplicaciones (correo electrónico, transferencia de archivos y emulación de terminales) Protocolo IP El Protocolo Internet está específicamente limitado a proporcionar las funciones necesarias para enviar un paquete de bits (un datagrama internet) desde un origen a un destino a través de un sistema de redes interconectadas. El Protocolo Internet está diseñado para su uso en sistemas interconectados de redes de comunicación de ordenadores por intercambio de paquetes. Proporciona los medios necesarios para la transmisión de bloques de datos llamados datagramas desde el origen al destino, donde origen y destino son hosts identificados por direcciones de longitud fija. El protocolo internet también se encarga, si es necesario, de la fragmentación y reensamblado de grandes datagramas para su transmisión a través de redes de trama pequeña Protocolo TCP/IP El protocolo de red más común y de mayor difusión es TCP/IP, este no es un protocolo, si no un conjunto de protocolos, que toma su nombre de los dos más conocidos. TCP (Transmisión Control Protocol, Protocolo de Control de Transmisión) e IP (Internet Protocol). Esta familia de protocolos es la base de la red Internet, la mayor red del mundo. Por lo cual, se ha convertido en el más extendido.

19 El modelo TCP/IP tiene cuatro capas: la Capa de Aplicación, la Capa de Transporte, la Capa de Internet y la Capa de Acceso de Red. La capa de aplicación del modelo TCP/IP maneja protocolos de alto nivel, aspectos de representación, codificación y control de diálogo. TCP/IP tiene protocolos que soportan la transferencia de archivos, , y conexión remota, además de los siguientes: Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP), es un servicio confiable orientado a conexión que utiliza TCP para transferir archivos entre sistemas que admiten la transferencia FTP. Sistema de Archivos de Red (NFS), es un conjunto de protocolos para un sistema de archivos distribuido, que permite acceso a los archivos de un dispositivo de almacenamiento remoto. Protocolo Simple de Transferencia de Correo (SMTP), administra la transmisión de correo electrónico a través de las redes informáticas. No admite la transmisión de datos que no sea en forma de texto simple. Emulación de Terminal (Telnet), Telnet tiene la capacidad de acceder de forma remota a otro computador. Protocolo Simple de Administración de Red (SNMP), es un protocolo que provee una manera de monitorear y controlar los dispositivos de red y de administrar las configuraciones, la recolección de estadísticas, el desempeño y la seguridad. Sistema de Denominación de Dominio (DNS), es un sistema que se utiliza en Internet para convertir los nombres de los dominios y de sus nodos de red publicados abiertamente en direcciones IP. La Capa de Transporte proporciona servicios de transporte desde el host origen hacia el host destino. Esta capa forma una conexión lógica entre los puntos finales de la red, el host transmisor y el host receptor. Los protocolos de transporte segmentan y re ensamblan los datos mandados por las capas superiores en el

20 mismo flujo de datos, o conexión lógica entre los extremos. La corriente de datos de la capa de transporte brinda transporte de extremo a extremo entre las aplicaciones de los hosts. En esta capa se incluyen los siguientes servicios: UDP se encarga de la segmentación de los datos de capa superior y el envío de los segmentos desde un dispositivo en un extremo a otro dispositivo en otro extremo y TCP es responsable del establecimiento de operaciones de punta a punta, control de flujo proporcionado por ventanas deslizantes, confiabilidad proporcionada por los números de secuencia y los acuses de recibo. El propósito de la capa de Internet es seleccionar la mejor ruta para enviar paquetes por la red. El protocolo principal que funciona en esta capa es el Protocolo de Internet (IP). La determinación de la mejor ruta y la conmutación de los paquetes ocurren en esta capa. Los protocolos que operan en la capa de Internet TCP/IP son: Protocolo IP: proporciona un enrutamiento de paquetes no orientado a conexión de máximo esfuerzo. El IP no se ve afectado por el contenido de los paquetes, sino que busca una ruta hacia el destino. Protocolo de Mensajes de Control en Internet (ICMP): suministra capacidades de control y envío de mensajes. Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP): determina la dirección de la capa de enlace de datos, la dirección MAC, para las direcciones IP conocidas. Protocolo de Resolución Inversa de Direcciones (RARP): determina las direcciones IP cuando se conoce la dirección MAC. La Capa de Acceso de Red es la capa que maneja todos los aspectos que un paquete IP requiere para efectuar un enlace físico real con los medios de la red.

21 Esta capa incluye los detalles de la tecnología LAN y WAN y todos los detalles de la capa física y de enlace de datos del modelo OSI. Las funciones de la capa de acceso de red incluyen la asignación de direcciones IP a las direcciones físicas y el encapsulamiento de los paquetes IP en tramas. Basándose en el tipo de hardware y la interfaz de la red, la capa de acceso de red definirá la conexión con los medios físicos de la misma. Todos los incisos citados según material proveído por Cisco System (2004) Protocolo IPv4 La versión 4 del protocolo de Internet utiliza un direccionamiento al momento de envió de los paquetes por internet. Los paquetes deben incluir un identificador tanto para la red origen como para la red destino, estas direcciones IPv4, miden 32 bits de longitud y se escriben en números decimales separados por puntos. Este direccionamiento consta de dos partes: una que identifica la red y la segunda identifica el sistema en particular de la red. El protocolo IPv4 define campos diferentes en el encabezado del paquete. Estos campos contienen valores binarios que los servicios IPv4 toman como referencia a medida que envían paquetes a través de la red. Figura 1. Encabezado IPv4

22 El campo de Dirección IP destino contiene un valor binario de 32 bits que representa la dirección de host de capa de red de destino del paquete. Así mismo el campo de Dirección IP fuente contiene un valor binario de 32 bits que representa la dirección de host de capa de red de origen del paquete. El Tiempo de Vida (TTL) es un valor binario de 8 bits que indica el tiempo remanente de "vida" del paquete. El valor TTL disminuye al menos en uno cada vez que el paquete es procesado por un router (en cada salto). Disminuyendo el valor TTL en cada salto se asegura que eventualmente se vuelva cero y que se descartará el paquete con el campo TTL vencido. El campo de Tipo de Servicio contiene un valor binario de 8 bits que se usa para determinar la prioridad de cada paquete. Este valor permite aplicar un mecanismo de Calidad del Servicio (QoS) a paquetes de alta prioridad. El router que procesa los paquetes puede ser configurado para decidir qué paquete es enviado primero basado en el valor del Tipo de servicio. Cuando se produce una fragmentación, el paquete IPv4 utiliza el campo Desplazamiento de fragmento y el señalizador MF en el encabezado IP para reconstruir el paquete cuando llega al host destino. Material de este capítulo citado de Cisco System (2004) Direccionamiento IPv4 El direccionamiento es una función clave de los protocolos de capa de Red que permite la transmisión de datos entre hosts de la misma red o en redes diferentes. El Protocolo de Internet versión 4 (IPv4) ofrece direccionamiento jerárquico para paquetes que transportan datos. En la capa de red es necesario identificar los paquetes de la transmisión con las direcciones de origen y de destino. En IPv4, cada paquete posee una dirección de

23 origen de 32 bits y una dirección de destino de 32 bits en el encabezado de Capa tres. Estas direcciones se usan en la red de datos como patrones binarios. Una serie de 32 bits es difícil de interpretar e incluso más difícil de recordar. Por lo tanto, representamos direcciones IPv4 utilizando el formato decimal punteada. Los patrones binarios que representan direcciones IPv4 son expresados con puntos decimales separando cada byte del patrón binario, llamado octeto, con un punto. Se le llama octeto debido a que cada número decimal representa un byte u 8 bits. En cada dirección IPv4, alguna porción de los bits de orden superior representa la dirección de red. A pesar de que los 32 bits definen la dirección host IPv4, existe una cantidad variable de bits que conforman la porción de host de la dirección. El número de bits usado en esta porción del host determina el número de hosts que podemos tener dentro de la red. El proceso de conversión binaria de 8 bits a valores decimales de 0 a 255, porque nuestra representación de direcciones está limitada a valores decimales para un solo octeto. Dentro del rango de direcciones de cada red IPv4, existen tres tipos de direcciones: Dirección de red: dirección en la que se hace referencia a la red. Dirección de broadcast: dirección especial utilizada para enviar datos a todos los hosts de la red. Direcciones host: direcciones asignadas a los dispositivos finales de la red.

24 Al expresar una dirección de red IPv4, se agrega una longitud de prefijo a la dirección de red. La longitud de prefijo es la cantidad de bits en la dirección que conforma la porción de red. Otra entidad que se utiliza para especificar la porción de red de una dirección IPv4 en los dispositivos de red, se llama máscara de subred. La máscara de subred consta de 32 bits, al igual que la dirección, y utiliza unos y ceros para indicar cuáles bits de la dirección son bits de red y cuáles son bits de host. El prefijo asignado puede variar de acuerdo con la cantidad de hosts de la red. El número de prefijo cambia el rango de host y la dirección de broadcast para cada red. En una red IPv4, los hosts pueden comunicarse de tres maneras diferentes: Unicast: La comunicación unicast se usa para una comunicación normal de host a host, tanto en una red de cliente/servidor como en una red punto a punto. Los paquetes unicast utilizan la dirección host del dispositivo de destino como la dirección de destino y pueden enrutarse a través de una internetwork. Broadcast: La transmisión de broadcast se usa para ubicar servicios/dispositivos especiales para los cuales no se conoce la dirección o cuando un host debe brindar información a todos los hosts de la red. Multicast: La comunicación multicast está diseñada para conservar el ancho de banda de la red IPv4. Ésta reduce el tráfico al permitir que un host envíe un único paquete a un conjunto seleccionado de hosts. Con multicast, el host de origen puede enviar un único paquete que llegue a miles de hosts de destino. Aunque la mayoría de las direcciones IPv4 de host son direcciones públicas designadas para uso en redes a las que se accede desde Internet, existen bloques de direcciones que se utilizan en redes que requieren o no acceso limitado a Internet. A estas direcciones se las denomina direcciones privadas.

25 Los bloques de direcciones privadas son: a ( /8) a ( /12) a ( /16) Con servicios para traducir las direcciones privadas a direcciones públicas, los hosts en una red direccionada en forma privada pueden tener acceso a recursos a través de Internet. Estos servicios, llamados Traducción de Dirección de Red (NAT), pueden ser implementados en un dispositivo en un extremo de la red privada. NAT permite a los hosts de la red "pedir prestada" una dirección pública para comunicarse con redes externas. Hay determinadas direcciones que no pueden ser asignadas a los hosts. También hay direcciones especiales que pueden ser asignadas a los hosts pero con restricciones en la interacción de dichos hosts dentro de la red. Una de estas direcciones reservadas es la dirección IPv4 de loopback La dirección de loopback es una dirección especial que los hosts utilizan para dirigir el tráfico hacia ellos mismos. Esta crea un método de acceso directo para las aplicaciones y servicios TCP/IP que se ejecutan en el mismo dispositivo para comunicarse entre sí. Al utilizar la dirección de loopback en lugar de la dirección host IPv4 asignada, dos servicios en el mismo host pueden desviar las capas inferiores del stack de TCP/IP. También es posible hacer ping a la dirección de loopback para probar la configuración de TCP/IP en el host local. Las direcciones unicast de clases A, B y C definían redes de tamaños específicos, así como bloques de direcciones específicos para estas redes. Este uso de espacio de dirección es denominado direccionamiento con clase.

26 Se diseñó un bloque de direcciones de clase A para admitir redes extremadamente grandes con más de 16 millones de direcciones host. Las direcciones IPv4 de clase A usaban un prefijo /8 fijo, donde el primer octeto indicaba la dirección de red. Los tres octetos restantes se usaban para las direcciones host. El espacio de direcciones de clase B fue diseñado para satisfacer las necesidades de las redes de tamaño moderado a grande con más de hosts. Una dirección IP de clase B usaba los dos octetos de orden superior para indicar la dirección de red. Los dos octetos restantes especificaban las direcciones host. Al igual que con la clase A, debía reservarse espacio de direcciones para las clases de direcciones restantes. El espacio de direcciones de clase C es la clase de direcciones antiguas más comúnmente disponible. Este espacio de direcciones tiene el propósito de proporcionar direcciones para redes pequeñas con un máximo de 254 hosts. Los bloques de direcciones de clase C utilizan el prefijo /24. Esto significa que una red de clase C usa sólo el último octeto como direcciones host, con los tres octetos de orden superior para indicar la dirección de red. Los bloques de direcciones de clase C reservaban espacio de direcciones para la clase D (multicast) y la clase E (experimental) mediante el uso de un valor fijo de 110 para los tres bits más significativos del octeto de orden superior. El sistema que utilizamos actualmente se denomina direccionamiento sin clase. Con el sistema classless, se asignan los bloques de direcciones adecuados para la cantidad de hosts a las compañías u organizaciones sin tener en cuenta la clase de unicast. Las direcciones IP pueden asignarse de manera estática o dinámica. En las direcciones estáticas, se configura manualmente la información de red para un

27 host. Esto implica ingresar la dirección IP del host, la máscara de subred y el gateway por defecto. La asignación estática de información de direccionamiento puede proporcionar un mayor control de los recursos de red. La administración de direcciones estáticas, los dispositivos de usuarios finales a menudo poseen direcciones dinámicamente asignadas, utilizando el Protocolo de Configuración Dinámica de Host (DHCP). El DHCP permite la asignación automática de información de direccionamiento como la dirección IP, la máscara de subred, el gateway por defecto y otra información de configuración. La configuración del servidor DHCP requiere que un bloque de direcciones, llamado conjunto de direcciones, sea definido para ser asignado a los clientes DHCP en una red. DHCP no asigna de manera permanente una dirección a un host, sino que sólo se la "alquila" durante un tiempo. Si el host se apaga o se desconecta de la red, la dirección regresa al pool para utilizarse. Debido al rápido crecimiento de Internet, las direcciones IP públicas comenzaron a escasear. Se desarrollaron nuevos esquemas de direccionamiento, tales como el enrutamiento entre dominios sin clase (CIDR) IPv6, para resolver este problema. Con la introducción de CIDR (enrutamiento entre dominios sin clase) y VLSM (Máscaras de subred de longitud variable), los ISP (Proveedores de Servicio de Internet) pueden asignar una parte de una red con clase a un cliente y otra parte diferente a otro cliente. Esta asignación no contigua de direcciones de los ISP era análoga al desarrollo de los protocolos de enrutamiento sin clase. Los administradores de red tuvieron que usar habilidades relacionadas con la división en subredes adicionales. VLSM (Máscaras de subred de longitud variable)

28 simplemente subdivide una subred. Las subredes, a su vez, se pueden dividir en subredes en varios niveles. CIDR permite, el uso más eficiente del espacio de dirección IPv4, la agregación de prefijo, lo que reduce el tamaño de las tablas de enrutamiento. CIDR usa Máscaras de subred de longitud variable (VLSM) para asignar direcciones IP a subredes de acuerdo con la necesidad individual en lugar de hacerlo por la clase. CIDR permite la creación de superredes, grupo de direcciones de red principal resumidas en una única dirección de red con una máscara menor que la de la máscara con clase predeterminada. Fundamentos de este capitulo citados de Cisco System (2004) Ruteo en IPv4 Los Protocolos de enrutamiento de Gateway interior (IGP) y los Protocolos de enrutamiento de Gateway exterior (EGP) son dos tipos de protocolos de enrutamiento. Los IGP pueden a su vez clasificarse en protocolos de vectordistancia o de estado de enlace. El enrutamiento por vector-distancia determina la dirección y la distancia (vector) hacia cualquier enlace en la internetworks. La distancia puede ser el número de saltos hasta el enlace. Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace se diseñaron para superar las limitaciones de los protocolos de enrutamiento vector distancia. Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace responden rápidamente a las modificaciones en la red, enviando actualizaciones sólo cuando se producen las modificaciones, realizando así actualizaciones periódicas.

29 Un protocolo de enrutamiento es el esquema de comunicación entre routers. Permite que un router comparta información con otros routers, acerca de las redes que conoce así como de su proximidad a otros routers. El objetivo de un protocolo de enrutamiento es crear y mantener una tabla de enrutamiento. Esta tabla contiene las redes conocidas y los puertos asociados a dichas redes. Los routers utilizan protocolos de enrutamiento para administrar la información recibida de otros routers, los protocolos de enrutamiento aprenden todas las rutas disponibles, incluyen las mejores rutas en las tablas de enrutamiento y descartan las rutas que ya no son válidas. Según el material de Cisco System (2004) Protocolos de Enrutamiento Interno RIP RIP (Routing Information Protocol, Protocolo de Información de Encaminamiento), es un protocolo de enrutamiento vector-distancia que utiliza el número de saltos como métrica para determinar la dirección y la distancia a cualquier enlace en internetwork. Si existen varias rutas hasta un destino, RIP elige la ruta con el menor número de saltos. Sin embargo, debido a que el número de saltos es la única métrica de enrutamiento que RIP utiliza, no siempre elige el camino más rápido hacia el destino. RIP no puede enrutar un paquete más allá de los 15 saltos. RIP Versión 1 (RIPv1) necesita que todos los dispositivos de la red utilicen la misma máscara de subred, debido a que no incluye la información de la máscara en sus actualizaciones de enrutamiento.

30 La porción de datos de un mensaje de RIP se encapsula en un segmento UDP, con los números de puerto de origen y destino establecidos en 520. El encabezado IP y los encabezados de enlace de datos agregan direcciones de destino de broadcast antes de enviar el mensaje a todas las interfaces configuradas con RIP. RIP utiliza dos tipos de mensajes especificados en el campo Comando: Mensaje de solicitud y Mensaje de respuesta, cada interfaz configurada con RIP envía un mensaje de solicitud durante el inicio y solicita que todos los RIP vecinos envíen sus tablas de enrutamiento completas. Se envía de regreso un mensaje de respuesta por parte de los vecinos habilitados con RIP. Cuando el router que realiza la solicitud recibe las respuestas, evalúa cada entrada de ruta. Si una entrada de ruta es nueva, el router receptor instala la ruta en la tabla de enrutamiento. Si la ruta ya se encuentra en la tabla, la entrada existente se reemplaza si la nueva entrada tiene un mejor conteo de saltos. El router de inicio luego envía un update disparado a todas las interfaces habilitadas con RIP que incluyen su propia tabla de enrutamiento para que los RIP vecinos puedan recibir la información acerca de todas las nuevas rutas. OSPF Open Shortest Path First (OSPF), es un protocolo de enrutamiento de estado de enlace desarrollado como reemplazo del protocolo de enrutamiento por vector de distancia: RIP. RIP constituyó un protocolo de enrutamiento aceptable en los comienzos del networking y de Internet; sin embargo, su dependencia en el conteo de saltos como la única medida para elegir el mejor camino rápidamente se volvió inaceptable en redes mayores que necesitan una solución de enrutamiento más sólida. OSPF es un protocolo de enrutamiento sin clase que utiliza el concepto de áreas para realizar la escalabilidad.

31 El encabezado del paquete OSPF se incluye con cada paquete OSPF, independientemente de su tipo. El encabezado del paquete OSPF y los datos específicos según el tipo de paquete específico se encapsulan luego en un paquete IP. En el encabezado del paquete IP, el campo Protocolo se establece en 89 para indicar el OSPF y la dirección de destino se establece para una de dos direcciones multicast: ó Si el paquete OSPF se encapsula en una trama de Ethernet, la dirección MAC de destino es también una dirección multicast: E ó E Cada router OSPF mantiene una base de datos de estado de enlace que contiene las LSA (Notificación de estado de enlace) recibidas por parte de todos los demás routers. Una vez que un router recibió todas las LAS y creó su base de datos de estado de enlace local, OSPF utiliza el algoritmo shortest path first (SPF) de Dijkstra para crear un árbol SPF. El árbol SPF luego se utiliza para completar la tabla de enrutamiento IP con las mejores rutas para cada red. Capitulo referenciado de Cisco System (2004). IGRP IGRP (Protocolo de Enrutamiento de Gateway Interior), es un protocolo de enrutamiento por vector-distancia desarrollado por Cisco. IGRP se desarrolló específicamente para ocuparse de los problemas relacionados con el enrutamiento de grandes redes que no se podían administrar con protocolos como, RIP. IGRP puede elegir la ruta disponible más rápida basándose en el retardo, el ancho de banda, la carga y la confiabilidad. IGRP también posee un límite máximo de número de saltos mucho mayor que RIP. Posee versatilidad para manejar automáticamente topologías indefinidas y complejas, considera el ancho de

32 banda, la carga, el retardo y la confiabilidad para crear una métrica compuesta, por defecto, se envía un broadcast de las actualizaciones de enrutamiento cada 90 segundos. IGRP ofrece una serie de funciones diseñadas para mejorar su estabilidad: Lapsos de espera que se utilizan para evitar que los mensajes periódicos de actualización puedan reinstalarse erróneamente en una ruta que podría estar fuera de servicio. Horizontes divididos, estos se originan en la premisa que dice que no es útil enviar información acerca de una ruta de vuelta a la dirección desde donde se originó. La técnica del horizonte dividido ayuda a prevenir los bucles de enrutamiento entre router adyacentes. Actualizaciones inversas envenenadas son necesarias para romper los bucles de enrutamiento de mayor envergadura. En general, los aumentos en las métricas de enrutamiento señalan la presencia de bucles. Entonces, se envían actualizaciones inversas envenenadas para eliminar la ruta y colocarla en espera. En IGRP, las actualizaciones inversas envenenadas se envían sólo si la métrica de la ruta ha aumentado en un factor de 1,1 o más. Cisco System (2004) Protocolo de Enrutamientos Externos BGP El Protocolo de Gateway Fronterizo (BGP) es un ejemplo de protocolo de Gateway exterior (EGP). BGP intercambia información de enrutamiento entre sistemas autónomos a la vez que garantiza una elección de ruta libre de loops. BGP es el protocolo principal de publicación de rutas utilizado por las compañías más importantes e ISP en la Internet. BGP4 es la primera versión de BGP que admite enrutamiento entre dominios sin clase (CIDR) y agregado de rutas. A diferencia de los protocolos de Gateway

33 internos (IGP), como RIP, OSPF y EIGRP, BGP no usa métricas como número de saltos, ancho de banda, o retardo. En cambio, BGP toma decisiones de enrutamiento basándose en políticas de la red, o reglas que utilizan varios. Tomado del material Cisco System (2004).

34 3.5. PROTOCOLO IPv6 A principios de la década de los 90 s, en Julio de 1991, el Internet Engineering Task Force (IETF) comenzó a trabajar para desarrollar un nuevo protocolo que resolviera en primer lugar el problema de saturación de direcciones de IPv4 y además adicionar a este nuevo protocolo algunas características que no se contemplaron en el diseño de IPv4. En noviembre de 1992 surgió una nueva área de investigación llamada Internet Protocol Next Generation (IPng) para formalmente estudiar las diferentes propuestas para el desarrollo de este nuevo protocolo. En diciembre de 1993 fue distribuido el RFC 1550, el cual invitaba a todas las partes interesadas a participar dando sus comentarios acerca de cualquier requerimiento específico que consideraran pertinente incluir durante el proceso de selección de IPng, se recibieron veintiuna respuestas las cuales contenían puntos de vista de diferentes tipos de industrias. En el RFC 1726, el grupo de investigación IPng definió un conjunto de 17 criterios que serían usados para el proceso de evaluación del IPng: 1. Escalabilidad: El nuevo protocolo debería ser capaz de identificar y direccionar por lo menos 1,012 sistemas finales y 109 redes individuales. 2. Flexibilidad topológica: La arquitectura de enrutamiento y protocolos debían permitir utilizar muchas topologías distintas de red. 3. Rendimiento: Los host deberían ser capaces de transferir datos a tasas comparables a las alcanzadas con IPv4 utilizando niveles similares de recursos. 4. Servicio robusto: El servicio de red junto con los protocolos de control y enrutamiento deberían ser suficientemente robustos.

35 5. Transición: Debían existir mecanismos para realizar la transición de IPv4 hacia el IPng de manera transparente para los protocolos y aplicaciones de las capas superiores. 6. Independencia del medio: Este nuevo protocolo debía trabajar a través de Internet con diferentes medios LAN, WAN y MAN, así como distintas velocidades de conexión. 7. Servicio de datagramas no confiables: El nuevo protocolo debía soportar un servicio no confiable de entrega de datagramas. 8. Configuración, Operación y Administración: Este nuevo protocolo también debía permitir conexiones fáciles, además de operación y configuración ampliamente distribuida. También debía permitir la configuración automática de host y enrutadores. 9. Operación segura: Debía proveer una capa de red segura (IPSec). 10. Acceso y documentación: Los protocolos que lo definieran, sus protocolos asociados y protocolos de enrutamiento deberían ser publicados en los RFC s, así como estar disponible libremente y no requerir licencia para su implementación. 11. Nombrado único: Debía asignar a todos los objetos de la capa IP de manera global nombres de Internet únicos. 12. Multicast: Debía soportar transmisión de paquetes Unicast y Multicast. 13. Extensibilidad: Debía ser capaz de evolucionar para cubrir las necesidades futuras del Internet. Así mismo, conforme esta evolucione, debería permitir diferentes versiones que puedan coexistir sobre la misma red. 14. Servicio de red: Debía permitirle a la red asociar paquetes con clases de servicio en particular y proveerlas con los servicios especificados por esas clases. 15. Movilidad: El protocolo debía soportar huéspedes, redes e Inter redes móviles.

36 16. Protocolo de control: El protocolo debía incluir soporte elemental para probar y depurar redes. 17. Redes privadas: Debía permitir a los usuarios construir redes privadas sobre la infraestructura básica de red, soportando ambas, redes basadas ó no basadas en IP. En base a este criterio varias propuestas fueron revisadas y en enero de En él se resumían las evaluaciones hechas a tres propuestas para el Internet Protocol Next Generation: Arquitectura Común para el Protocolo de Internet de la Siguiente Generación (CATNIP). Protocolo de Internet Simple Plus (SIPP). TCP/IP con Direcciones más Grandes (TUBA). CATNIP proponía una concordancia entre Internet, OSI y los protocolos Novell. Para lograrlo integraba protocolos de red tales como IP, Novell s Internetwork Packet Exchance (IPX) e ISO Connectionless Network Protocol (CLNP). El diseño de CATNIP permitía un gran número de protocolos de transporte, tales como el ISO Transport Protocol, class 4 (TP4), Connectionless Transport Protocol (CLTP), TCP, UDP, y Novell s Sequenced Packet Exchange (SPX), sin embargo los revisores de esta propuesta apreciaron que CATNIP solo cumplía con cinco de los criterios establecidos, dos más no eran cumplidos y no tenían una conclusión acerca de los criterios restantes. SIPP, por su parte proponía una evolución a IPv4, por esto, todas las funciones de IPv4 que les parecieron buenas fueron mantenidas en su nueva propuesta, también fue aumentado el tamaño de las direcciones de 32 a 64 bits de longitud y lo mejor de todo, su instalación sería como una actualización de software. SIPP además sería interoperable con IPv4. En cuanto a esta propuesta, los revisores

37 decidieron que SIPP cumplía con diez de los criterios clave, dos criterios no eran cumplidos y no tenían una conclusión acerca de los criterios restantes. TUBA proponía remplazar IPv4 con CLNP, lo cual traía consigo dos beneficios inmediatos: incremento en el espacio de direcciones y permitir a protocolos de la capa de transporte operar de manera transparente. Los revisores de TUBA determinaron que esta propuesta cumplía con cinco de los criterios clave, no cumplía un criterio y no tenían una conclusión acerca de los criterios restantes. Como resultado de las revisiones a estas tres propuestas se decidió elegir a SIPP, incorporarle direcciones de 128 bits de longitud y hacer algunas otras modificaciones. El resultado final a todas estas modificaciones es lo que se conoce actualmente como IPv6 ó IPng. Material de capitulo referenciado al autor Moreno A. (2004) Estructura de paquete IPv6 Según el autor Moreno A. (2004).El encabezado IPv6 tiene una longitud de 40 octetos y tal como se aprecia consta de los siguientes campos: Figura 2. Encabezado IPV6 Versión: 4 bits de longitud, sirve para identificar la versión del protocolo IP, ya sea IPv4 ó IPv6.

38 Clase de tráfico: 8 bits de longitud, está diseñado para que enrutadores de envío y nodos originados de paquetes identifiquen y distingan entre diferentes clases ó prioridades de paquetes IPv6. Etiquetado de Flujos: 20 bits de longitud, puede ser utilizado por un huésped para solicitar un trato especial a ciertos paquetes, tales como aquellos que requieran una calidad de servicio no por defecto ó una calidad de servicio de tiempo real. Longitud de Carga: 16 bits de longitud, se encarga de medir, dado en octetos, la longitud de la carga del paquete, la cual consta de todo lo que sigue después del encabezado IPv6, incluyendo los encabezados opcionales y protocolos de nivel superior; longitud de carga solo mide los datos después del encabezado. Siguiente Encabezado: 8 bits de longitud, sirve para identificar al encabezado que sigue inmediatamente después del encabezado IPv6. Un paquete IPv6 además puede incluir cero, uno o más encabezados opcionales, por lo que dependiendo del número de encabezados que se contengan será el número de siguientes encabezados más uno extra que también deberá incluir. Límite de Saltos: 8 bits de longitud, expresa el número de saltos y no de segundos que un paquete puede permanecer en la red antes de ser destruido. Cada nodo que reenvíe el paquete decrementa este número en uno. Dirección fuente: Con 128 bits de longitud, contiene la dirección IPv6 del nodo que originó el paquete.

39 Dirección destino: Con 128 bits de longitud, contiene la dirección IPv6 del nodo que se espera sea el destino final del paquete. La dirección destino puede no ser el último destino del paquete si está presente un encabezado de enrutamiento Modelo de Numeración El siguiente Modelo de Numeración esta referenciado al autor Jordi Palet Martínez (01/11/2003). Tutorial de IPv6. Consultado en línea 07/10/09 en La representación de las direcciones IPv6 tiene un esquema particular: 1. x:x:x:x:x:x:x:x, donde x es un valor hexadecimal de 16 bits, de la porción correspondiente a la dirección IPv6. FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654: :0:0:0:8:800:200C:417ª 2. En este direccionamiento pueden existir largas cadenas de bits cero por lo cual se permite la escritura de su abreviación, mediante el uso de ::, que representa múltiples grupos consecutivos de 16 bits cero. Este símbolo sólo puede aparecer una vez en la dirección IPv6. TIPO DIRECCIÓN REPRESENTACIÓN UNICAST 1080:0:0:0:8:800:200C:417A 1080::8:800:200C:417A MULTICAST FF01:0:0:0:0:0:0:101 FF01::101 LOOPBACK 0:0:0:0:0:0:0:1 ::1 NO ESPECIFICADA 0:0:0:0:0:0:0:0 ::

40 3. En un entorno mixto IPv4 e IPv6 la representación es x:x:x:x:x:x:d:d:d:d, donde x representa valores hexadecimales de 16 bits, y d representa valores decimales de las 4 porciones de 8 bits de la representación estándar IPv4. DIRECCIÓN REPRESENTACIÓN 0:0:0:0:0:0: :: :0:0:0:0:FFFF: ::FFFF: Representación de los prefijos IPv6 Dirección IPv6 / Longitud del prefijo: Dirección IPv6: una dirección IPv6 en cualquiera de las notaciones válidas. Longitud del prefijo: valor decimal indicando cuantos bits contiguos de la parte izquierda de la dirección componen el prefijo Ejemplo: Representaciones válidas del prefijo de 60 bits 12AB CD3: 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 12AB::CD30:0:0:0:0/60 12AB:0:0:CD30::/60 La dirección completa, indicando la subred, seria: 12AB:0:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF/60