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El mundo de la IP. Del IPv4 hacia el IPv6 y el Internet de las cosas IoT

Publicado en 5 abril, 2013, por en Redes.

En esta entrada repasaré aspectos relacionados con la IP, desde lo genérico hacia lo más específico.

Por otro lado veremos conceptos como el IPV4, IPv6 y el Internet de las Cosas.

Comencemos…

El mundo de la IP

Una dirección IP es un número que identifica de manera lógica y jerárquica a una interfaz de un dispositivo (habitualmente un ordenador) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red o nivel 3 del modelo de referencia OSI de ISO.

Dicho número no debe confundirse con la dirección MAC que es otro identificador hexadecimal fijo que es asignado a la tarjeta o dispositivo de red por el fabricante. El MAC no se «puede» cambiar, mientras que la dirección IP sí.

Cuando nos conectamos desde casa a Internet, usamos una dirección IP. Esta dirección puede cambiar al reconectarse, siendo la IP en este caso dinámica.

Los sitios en Internet por su naturaleza necesitan estar permanentemente conectados, por lo que generalmente poseen una IP fija, constante en el tiempo.

Los servidores de correo, DNS, FTP y servidores web necesariamente deben contar una IP estática, ya que de esta forma se posibilita su localización en la red.

A través de Internet, los ordenadores se conectan entre sí mediante sus respectivas direcciones IP. Sin embargo, a los seres humanos nos es más  cómodo utilizar otra notación más fácil de recordar y memorizar. Es en este caso donde entra en juego los nombres de dominio: la traducción de direcciones IP a nombres se lleva a cabo por los servidores de nombres o DNS.

Por otro lado, existe un protocolo para asignar direcciones IP dinámicas denominado DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

Del IPv4 hacia el IPv6

IPv4

En su versión 4, una dirección IP se representa mediante un número binario de 32 bits.
Las direcciones IP se pueden expresar como números de notación decimal: se dividen los 32 bis en cuatro octetos.

XXX.XXX.XXX.XXX

El valor decimal de cada octeto puede estar comprendido entre 0 y 255.

Cada octeto se separa con un «.», Los ceros iniciales se pueden obviar.
Ejemplo IPv4: 164.34.23.65

Existen diferentes clases de direcciones IP que una organización puede recibir de parte de ICANN (Internet Corporation Assigned Names and Numbers).

Estas clases son la Clase A, Clase B y Clase C

ICANN reserva las direcciones de clase A para los gobiernos de todo el mundo (aunque en el pasado se hayan otorgado a empresas de gran envergadura como, Hewlett Packard).

Las direcciones de clase B, han sido reservadas para medianas empresas. Las de clase C para todos los demás solicitantes.

Cada clase de red permite una cantidad fija de equipos (hosts).

Clase A

En una red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los 3 últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los host, de modo que la cantidad máxima de hosts es de 2 elevado a 24. De esta cantidad, existen 2 direcciones reservadas de broadcast, la 0.0.0 y la 255.255.255, por lo que el total es de 16.777.216 hosts posibles.

Clase B

En este tipo de clase, se asignan dos primeros octetos para identificar la red XXX.XXX, reservando los dos finales XXX.XXX (16 bits) para que sean asignados a los host, de modo que la cantidad máxima de host es de 2 a la 16, menos dos de broadcast, por lo que hacen un total de 65.536

Clase C

En una red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red XXX.XXX.XXX, reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a hosts, de modo que la cantidad máxima de host es 254.

Existen otras de tipo D y E pero que no voy a tratar

Ejemplo

En una dirección del tipo 164.2.123.65

El 123 representa el segmento o área que cubre la red, el 65 o último octeto el número de máquina.

Por lo que la clase A puede disponer de 126 redes, la B 16.382 y la C 2.097.150.

Por ende el numero de host es inverso, la A 16 millones, la B 65.534 Mil y la C 254

La dirección IP 0.0.0.0

Es utilizada por las máquinas cuando están arrancando o no se les ha asignado dirección.

IPs restringidas

La dirección que tiene su parte de hosts a unos es para comunicar con todos los hosts de la red en la que se ubica. Esta dirección es la dirección de broadcast. En el ejemplo anterior la dirección de broadcast sería 164.2.123.1

Las direcciones 127.X.X.X se reservan para pruebas de retroalimentación. Se denomina dirección de bucle local, localhost o loopback.

Las direcciones privadas.

Existen ciertas direcciones en cada clase de dirección IP que no están asignadas y que se denominan direcciones privadas. En una misma red no pueden existir dos direcciones iguales.

Las direcciones privadas son:

Clase A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255 ( 8 bits de red, 24 bits de hosts)
Clase B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255 (16 bits de red, 16 bits de hosts)
Clase C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255 ( 24 bits de red, 8 bits de hosts)

Continuemos …

Desde 1993 ante la previsible futura escasez de direcciones IP versión 4, debido al crecimiento exponencial de host en Internet, se empezó a introducir el sistema CIDR

Este sistema pretende establecer una distribución de direcciones más fina y granulada, calculando direcciones necesarias y «desperdiciando» las mínimas posibles, para rodear el problema de la distribución por clases  existente.

Este sistema es, de hecho, el empleado actualmente para la delegación de direcciones.

Muchas aplicaciones requieren conectividad dentro de una sola red, y no necesitan conectividad externa. En las redes de gran tamaño a menudo se usa TCP/IP. Por ejemplo, los bancos pueden utilizar este protocolo para conectar cajeros automáticos que no se conectan a la red pública, de manera que las direcciones privadas son ideales para estas entidades.

Hacia la IPv6

La función de la dirección IPv6 es exactamente la misma que su predecesor IPv4, pero dentro del protocolo IPv6.

Se compone por 8 segmentos de 2 bytes cada uno, por lo que suman 128 bits, el equivalente a unos 3.4×1038 hosts direccionables.

Como podemos apreciar, la ventaja respecto a IPv4 es obvia, en cuanto a su capacidad de direccionamiento.

Su representación suele ser hexadecimal y para la separación de cada par de octetos se emplea el «:».  Un bloque abarca desde 0000 hasta el FFFF.

Ejemplo de direccion IPv6

2001:0123:0004:00ab:0cde:3403:0001:0063  (vemos que esta formada por 8 grupos de 2 bytes cada uno)

Los ceros iniciales del ejemplo anterior se pueden obviar por lo que la dirección se es equivalente a esta:

2001:123:4:ab:cde:3403:1:63

Por otro lado, los bloques continuos de ceros se pueden comprimir empleando «::». Pero esta operación sólo se puede realizar una sola vez:

Ejemplo: 2001:0.0.0.0.0.4 -> podemos apreciar que no hemos puesto los ceros delante de cada grupo.

Se simplifica a: 2001::4

¿ Fácil no ?

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.
Cuando lo que se desea es identificar un rango de direcciones diferenciable por medio de los primeros bits, se añade este número de bits tras el carácter de barra «/».

Por ejemplo:
2001:0DB8::1428:57AB/96 sería equivalente a 2001:0DB8::
2001:0DB8::874B:2B34/96 sería equivalente a 2001:0DB8:: y por supuesto también a 2001:0DB8::1428:57AB/96

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).

La red no podrá aguantar mucho más sin el cambio, y de no realizarse pronto este las consecuencias podrían ser muy graves.

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 3 grupos:
Doble pila
Túneles
Traducción

La doble pila hace referencia a una solución de nivel IP con doble pila (RFC 4213), que implementa las pilas de ambos protocolos, IPv4 e IPv6, en cada nodo de la red. Cada nodo con doble pila en la red tendrá dos direcciones de red, una IPv4 y otra IPv6.

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)

gr_ipv6_tunneling

 

Convivencia entre el actual sistema IPv4 e IPv6

La Internet6 (así es como se conoce a su adopción a IPv6) se encuentra creciendo rápidamente y de forma paralela a Internet4. Es necesario puesto que cada vez existen más dispositivos móviles conectados a Internet las 24 horas.

Ante el agotamiento de las direcciones IPv4, y los problemas que este está ocasionando ya, sobre todo en los países emergentes de Asia como India o China, el cambio a IPv6 ya ha comenzado.

IPv6 también proporcionará una mejor seguridad para los usuarios de Internet en el futuro. El actual sistema IPv4 deja varias cuestiones de seguridad «opcionales» a los ISP, el nuevo IPv6 hace que estas opciones de seguridad obligatorias y por lo tanto una relación un poco más segura para los usuarios de los ISP.

Para poder usar sistemas IPV6 es necesario adaptar dispositivos que soporten dicho protocolo. Ejemplo los routers deben estar preparados.

La primera posible consecuencia de este incremento es no es necesario el uso de sistemas NAT, ya que hay direcciones suficientes como para que todas las máquinas se conecten entre sí directamente, volviendo a ser una verdadera red entre extremos.

Otra consecuencia de este cambio de versión es la de permitir una conexión mucho más eficaz, ya que utilizan una cabecera de paquete diferente, añadiendo a los datos actuales (origen, tamaño, etc.) otros datos tales como etiquetas de contenido, lo que a su vez va a permitir optimizar las trasferencias al poder dar prioridad a tipos determinados de archivos (por ejemplo, dar prioridad a los archivos del tipo multimedia o de voz), haciendo a la vez posible que sea el usuario el que decida estas prioridades, lo que hará posible unas comunicaciones del tipo VoIP o videoconferencias de calidad, sin saltos e interrupciones.

IPv6_vs_IPv4

Teredo, 6to4, Miredo son sistemas que ofrecen convivencia entre IPv4 y 6

La Internet de las Cosas

Al existir más direcciones disponibles podremos conectar más dispositivos.

La Internet de las Cosas supone conectar a millones de nuevos dispositivos autónomos a la red de Internet. Estos dispositivos pueden ser de diferentes tipos, desde ordenadores, hasta electrodomésticos. El acrónimo es IoT (Internet of Things). Un concepto que nació en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT)

Se trata una revolución en las relaciones entre los objetos y personas, incluso entre los objetos directamente, que se conectaran entre ellos y con la Red y ofrecerán datos en tiempo real.  Dicho de otro forma, se acerca la digitalización del mundo físico.

Mediante el sistema RFID (Radio Fequency Identification) bastará con integrar un chip de pocos milímetros en cualquier objeto del hogar, del trabajo o de la ciudad para poder procesar y transmitir información a partir de él constantemente. Se calcula que en 2020, entre 22.000 y 50.000 millones de dispositivos se conectarán a Internet con el fin de proporcionar a los ciudadanos una serie de servicios y aplicaciones inteligentes sin precedentes.

Por lo que el paso de IPv4 a IPv6 tiene sus metas ya establecidas.

Dirección excelente para realizar cálculos y conversiones IP

http://www.subnetonline.com/pages/subnet-calculators.php

Trucos

Para hacer un ping a una dirección ip v6, desde línea de comandos:

ping -6 {host.name}
ping -6 ipv6.google.com

ping

Para convertir direcciones IPv6 hacia 4 siendo encapsuladas mediante túnel, se pueden emplear varias reglas.

Método 1:

La IP 192.168.25.234
192 / 16  = 12, resto 0
168/16 = 10 , resto 8
25/16 = 1, resto 9
234/16 = 14, resto 10

La dirección se convierte en 12-0-10-8-1-9-14-10
En hexadecimal: C0-A8-19-EA

El proceso inverso es multiplicar
C0 (12×16) + 0 = 192
A8 (10×16) + 8 = 168
19 (1×16) + 9 = 25
EA (14×16) +10=234

Método 2

192.168.25.234
Se convierte cada octeto a binario
1100 0000   (12 = C)
1010 1000
0001 1001
1110  1010
Se Forma el hexadecimal: C0A819EA

 

Est4 es tod6  … 🙂

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