Conexiones de Red: Comparativa entre Modelos y Evolución a IPv6

Diferencias entre Conexiones Orientadas y No Orientadas

Conexiones No Orientadas

1. Cada paquete cuenta con dirección de origen y destino.
2. Los routers no necesitan mantener información sobre el estado de las conexiones.
3. Las tablas de enrutamiento cambian dinámicamente dependiendo del tráfico de la red.
4. Dificulta la calidad del servicio y el control de errores.

Conexiones Orientadas

1. Llevan un número identificativo por el circuito virtual.
2. Cada circuito virtual requiere un espacio en la tabla de enrutamiento.
3. Se define un camino virtual y se sigue hasta que se pierde o se satura.
4. Facilita la gestión si hay suficientes recursos para cada circuito virtual.

Internet: Definición

Interconexión de redes con aplicaciones, con una interfaz común independiente de la estructura física de la red subyacente.

Enrutamiento IP en un Host

Los paquetes entrantes se analizan para ver si el host local es el destinatario:

• Si es así, el paquete se procesa y sirve a la capa superior.
• Si no:
  • Si el equipo es un router, el paquete se trata como un paquete para enviar y se envía al próximo salto según el algoritmo de enrutamiento.
  • Si no, el paquete se descarta.

Cabecera IPv4

• Versión (4 bits): Permite que convivan la versión IPv4 e IPv6.
• IHL (4 bits): Longitud de la cabecera. Número de palabras de 32 bits. El valor máximo del campo es 15, entonces la longitud máxima de la cabecera es de 60 bytes. La longitud mínima de la cabecera es de 20 bytes.
• Tipo de servicio (8 bits): Es una indicación de la calidad del servicio solicitado para este datagrama IP.
• Longitud (16 bits): Define la longitud del paquete IP. Longitud máxima 2¹⁶ = 65.535.
• Campo de identificación (16 bits): Determina a qué datagrama pertenece en el caso de fragmentación.
• Bit sin uso.
• Bit DF (Don't Fragment): Indica que el paquete no se puede fragmentar. El host de destino no es capaz de juntar los fragmentos. 1: no se puede fragmentar.
• Bit MF (More Fragment): Indica que hay más fragmentos. 1: más fragmentos, 0: último fragmento.
• Fragment Offset (13 bits): Utilizado con datagramas fragmentados para ayudar al reensamblado. El valor es el número de partes de 64 bits contenidas en fragmentos anteriores (no se tienen en cuenta los bytes de la cabecera).
• Tiempo de vida (8 bits): Especifica el tiempo en segundos que el paquete viajará por la red. En realidad, se refiere al número de saltos. Cada enrutador quitará un segundo en el tiempo de vida, cuando este valor llegue a 0 el paquete se descartará.
• Protocolo: Indica el protocolo de la capa superior.
• Suma de verificación de la cabecera (16 bits):
  • Verifica sólo la cabecera.
  • Detecta errores.
  • Suma de las palabras de 16 bits de la cabecera en complemento a 1.
  • Hay que recalcular por cada salto (el tiempo de vida cambia).
• Dirección de origen y dirección de destino (32 bits cada una).
• Opciones: Las opciones son de longitud variable, cada opción comienza con un código de 1 byte que indica la opción.

Multicast: Funcionamiento

Un proceso activo en un host debe informar a las tarjetas de red que desea ser parte de un grupo específico.

El propio software debe mapear la dirección de multicast a una dirección física para permitir la recepción de paquetes en esa dirección.

Para que un router decida si debe reenviar un paquete multicast a otra red utiliza el protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol).

Solución CIDR

Asignar las direcciones IP restantes en bloques de tamaño variable independiente de las clases.

CIDR usa la técnica VLSM (Variable Length Subnet Masking - Máscara de Subred de Longitud Variable), para hacer posible la asignación de prefijos de longitud variable.

CIDR usa la agregación de múltiples prefijos continuos en superredes, reduciendo el número de entradas en las tablas de ruta globales.

Direcciones IP Privadas

Relaja la regla de que las direcciones IP deben ser unívocas globalmente al reservar parte del espacio de direcciones para redes que se usan exclusivamente dentro de una organización y que no requieren conectividad IP con Internet (RFC 1597).

Las direcciones reservadas para el NAT son:

• Clase A: 10.0.0.0 hasta 10.255.255.255
• Clase B: 172.16.0.0 hasta 172.31.255.255
• Clase C: 192.168.0.0 hasta 192.168.255.255

Los hosts con dirección IP privada no tienen conexión con Internet. Toda la conectividad con hosts externos de Internet la deben proporcionar pasarelas de aplicación tipo NAT.

Objeciones a NAT

1. Una dirección IP pública no identifica una máquina globalmente.
2. Red orientada a conexión.
3. Hay que guardar información de la conexión en las tablas NAT.
4. Si el NAT cae, se pierden todas las conexiones.
5. La capa de red supone que se utilizarán determinados protocolos en la capa de transporte. NAT destruye la independencia de las capas.
6. Internet no exige la utilización de TCP/UDP. La utilización de otro protocolo fallaría.
7. Algunas aplicaciones insertan direcciones IP en el cuerpo del mensaje. Si no se cambian, estas aplicaciones fallarán (por ejemplo, FTP).
8. Por una dirección IP pública sólo se podrán hacer 65.536 conexiones, de estas se han de quitar 4096 por estar reservadas.
9. El RFC 2993 se explican estos y otros problemas con el NAT.

Objetivos de IPv6

1. Gestionar millones de hosts.
2. Reducir el tamaño de las tablas de enrutamiento.
3. Simplificar el protocolo.
4. Mejorar la seguridad (autenticación y confidencialidad).
5. Tipos de servicio.
6. Posibilidad de host móvil.
7. Permitir que el protocolo evolucione.
8. Coexistencia del viejo protocolo y el nuevo.

Cabecera IPv6

La cabecera está en los primeros 40 bytes del paquete, contiene los siguientes datos:

• Versión (4 bits).
• Clase de tráfico (8 bits): Prioridad del paquete.
• Etiqueta de flujo (20 bits): Mantener la calidad de servicio. Permitirá establecer entre el origen y el destino una pseudoconexión.
• Longitud del campo de datos (16 bits).
• Cabecera siguiente (8 bits).
• Límite de saltos (8 bits).
• Dirección de origen y dirección de destino (128 bits cada una).

Después viene seguida por los datos. Hay que indicar que la cabecera es flexible y puede contener información adicional que se explica seguidamente.

Cabecera de Extensión IPv6

Las cabeceras de extensión permiten un uso flexible de la cabecera IPv6, ya que permiten ir añadiendo funcionalidades de forma paulatina y eficaz.

El campo "Cabecera Siguiente" indica el tipo de cabecera siguiente, se pueden añadir tantos tipos de cabeceras como se quieran.

Hasta el momento existen 8 tipos de cabecera.

La cabecera principal tiene un tamaño fijo de 40 bytes, después se pueden añadir cabeceras de extensión de longitud variable.

Tipos de Direcciones IPv6

• Las direcciones Unicast identifican una sola interfaz de red.
• Las direcciones Multicast identifican un conjunto de interfaces de red generalmente de nodos diferentes. Cuando se envía un paquete a una dirección multicast, todas las interfaces identificadas con la dirección reciben el paquete.
• Las direcciones Anycast también identifican un conjunto de interfaces de red generalmente de nodos diferentes. Cuando se envía un paquete a una dirección anycast, sólo una interfaz del grupo recibe el paquete, generalmente la más cercana.

Mecanismos de Transición a IPv6

Existen una serie de mecanismos que permitirían la convivencia y la migración progresiva tanto de las redes como los equipos de usuario. En general, los mecanismos de transición pueden clasificarse en tres grupos:

1. La pila dual hace referencia a una solución de nivel IP con pila dual (RFC 2893), que implementa las pilas de ambos protocolos, IPv4 e IPv6, en cada nodo de la red. Cada nodo de la pila dual en la red tendrá dos direcciones de red, una IPv4 y otra IPv6.
   • Pros: Fácil de desplegar y extensamente soportado.
   • Contras: La topología de red requiere dos tablas de enrutamiento y dos procesos de encaminamiento. Cada nodo en la red necesita tener actualizadas las dos pilas.
2. Los túneles permiten conectarse a redes IPv6 a través de redes IPv4. Estos túneles trabajan encapsulando los paquetes IPv6 en paquetes IPv4 teniendo como siguiente capa IP el protocolo. De esta forma, los paquetes IPv6 pueden ser enviados sobre una infraestructura IPv4. Hay muchas tecnologías de túneles disponibles.
3. La traducción es necesaria cuando un nodo solo IPv4 intenta comunicar con un nodo solo IPv6. Los mecanismos de traducción pueden ser divididos en dos grupos basados en si la información de estado está guardada o no.