IPv6 - Internet Protocol version 6 v2

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Gianpietro Lavado

Systems Engineer

Internet Protocol version 6Introducción al protocolo y carácterísticas

• Tendencias

• Introducción a la tecnología

• Detalles funcionales

• Mecanismos de transición

• Opciones de despliegue en Proveedores de Servicios hacia sus clientes

• Conclusiones

Agenda

IPv6 - Tendencias

Fuente: http://www.potaroo.net/tools/ipv4/rir.jpg

APNIC AGOTADO EN ABRIL 2011

RIPENCC AGOTADO EN SEPTIEMBRE 2012

Agotamiento de direcciones IPv4

Estadísticas en el mundo

http://6lab.cisco.com/stats/index.php





IPv6 – Introducción a la tecnología

¿Qué es IPv6?

¿Qué es IPv6?

La creciente utilización del protocolo IPv4 en el entorno de redes, ha resaltado algunas deficiencias en el mismo, siendo uno de los más importantes el agotamiento de las direcciones disponibles.

IPv6 (RFC 2460 – Diciembre 1998) busca resolver estas deficiencias e implementar algunas mejoras adicionales con el fin de disponer de un protocolo de comunicaciones más estable y escalable.

Cantidad de direcciones disponibles

Al modificarse la cabecera IP para que soporte direcciones de 128 bits, las demás capas del modelo OSI continúan utilizándose con normalidad, por ejemplo TCP y UDP.

0-255

8 bits 8 bits 8 bits 8 bits

0-255 0-255 0-255

232 = 4294967296 direcciones disponibles

“Casi 2 direcciones IP por cada 3 personas*”

0000-FFFF

16 bits

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

16 bits 16 bits 16 bits 16 bits 16 bits 16 bits 16 bits

2128 = 3.4028236692093846346337460743177e+38 dir. disponibles

“4.86e+28 direcciones IP por persona*” (48611766702991209066196372490.253)

* Población 2011: ~7 billones

Características generales

Conectividad global directa

Gracias a la cantidad de direcciones, IPv6 permite que los dispositivos electrónicos cuenten con direccionamiento único a nivel mundial. Los fabricantes de PDAs, cámaras, teléfonos IP, computadoras, celulares, vehículos, etc. empezaron hace unos años a diseñar sus equipos con soporte de IPv6.

Red IPv6


Direcciones múltiples por cliente

En clientes sin prefijo propio, que tienen dos o más proveedores simultáneos, no es posible utilizar un solo prefijo ya que se rompería el esquema de sumarización de direcciones. En esos casos cada proveedor asigna un prefijo al cliente.

Cliente IPv6

ISP A

ISP B

2001:0450:b1::/48

2001:0520:b1::/48

2001:0450::/35

2001:0520::/35


Eficiencia en la cabecera IPv6

La cabecera de IPv6 es más grande que la de IPv4 por la longitud de las direcciones, pero al tener menos campos consume menos recursos de CPU. Igual dependerá mucho de la implementación de hardware poder lograr una ventaja significativa en relación a IPv4.

HDR IPv4 HDR IPv6

Longitud

Campos

~20 bytes* 40 bytes

12 8

Campos adicionales

Flow Label: Campo controlado por los hosts (end stations) que permite solicitar a los routers de la red un tratamiento especial de QoS por flujo, de manera similar a RSVP, pero quitando de los routers la tarea de analizar en capa 4.

Next Header: Campo que permite extender el paquete IPv6 para otra funciones, de manera más eficiente que usando el campo ‘options’ de IPv4.

* El campo ‘options’ hace que el tamaño sea variable


Movilidad

La movilidad es cada vez más requerida, sobre todo por dispositivos inalámbricos, en los cuales no es deseable un corte en la comunicación al trasladarse. En IP se utiliza MobileIP, y si bien esta función es implementable en IPv4, en IPv6 forma parte del protocolo en capa 3.

RED IPv6 A RED IPv6 B

RED IPv6 C

El campo ‘Next-Header’ permite extender la cabecera IPv6 para el soporte de MobileIP en capa 3.


Seguridad

Dado que la conectividad en IPv6 es directa por naturaleza entre los hosts, es decir, sin el uso de NAT, la seguridad es un tema que se debe tener más en cuenta que en IPv4. Una implementación completa de IPv6 incluye IPSec (AH/ESP).

Red IPv6

El campo ‘Next-Header’ permite extender la cabecera IPv6 para el soporte de IPSec en capa 3.


Calidad de servicio

IPv6 soporta el mismo byte TOS usado para QoS en IPv4, incorporado como “Traffic Class” en la cabecera IPv6. Adicionalmente existe un campo de 20 bits llamado “Flow Label” con el cual se espera distinguir un flujo de otro, sin tener que revisar las direcciones IP y puertos TCP/UDP, para requerimientos especiales de calidad de servicio.


VersionTraffic Class

Flow Label

Payload LengthNext

HeaderHop Limit

Source Address

Destination Address

El ‘Flow Label’ no puede ser remarcado por los nodos intermedios, sólo puede ser marcado por la fuente del paquete.

IPv6 – Detalles funcionales

Formato de direccionamiento

Direccionamiento IPv6

• 8 cifras hexadecimales de 16 bits cada una, separadas por “:”

2001:

16 bits

ABCD: 0000: 0000: 12E5: FDA0: 43BE: 0000


• No se hace diferencia entre mayúsculas y minúsculas

2001: abcd: 0000: 0000: 10e5: fda1: 43be: 0000

• Bloques continuos de 0’s puede reemplazarse por “::” hasta una vez *, bloques adicionales deben llevar al menos un cero.

2001: abcd :: 10e5: fda1: 43be: 0

• Los prefijos con máscara se representan igual que en IPv4

2001: abcd :: /48

0:0:0: 0:0:0:0:1 --> ::1 (equivalente a 127.0.0.1 de IPv4)

• La dirección con la que un equipo se representa a sí mismo es:

• Las direcciones son asignadas a las interfaces.

• Cada interfaz siempre tiene múltiples direcciones IPv6

• Las direcciones tienen un alcance (scope)

– Link Local

– Unique Local

– Global

• Las direcciones tienen un tiempo de vida

– Tiempo de vida “válido” y “preferido”

Link LocalUnique LocalGlobal


Modelo de direccionamiento

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

Tipos de direccionamiento


TIPO SUB-TIPO DESCRIPCIÓN BLOQUE ASIGNADO

UNICAST Aggregatable

Global

Uso genérico de IPv6, con estructura

para agregación

Tres primeros bits son 001

(bloques empezando en 2 ó 3)

Link Local • Mandatorio para comunicación entre

dos equipos IPv6 (como ARP en capa 3)

• Usado para next-hop en protocolos de

enrutamiento

Primeros bits son 1111 1110

10, lo cual equivale a

FE80::/10

Unique Local • Comunicación local, privada, no enrutable

a Internet

Primeros bits son 1111 110, lo

cual equivale a FC00::/7

ANYCAST Subnet Router

Anycast

Address

• Utilizadas para destinos con subred

común en base a cercanía de métricas de

enrutamiento.

• Uso limitado a aplicaciones específicas

como Mobile IPv6

Equivalente a la dirección de

subred de un bloque Unicast.

Reserved

Subnet Anycast

Address

Equivalente a la dirección de

subred con un identificador

especial en el Interface ID

MULTICAST Varios sub-

tipos en base

al tiempo de

vida y alcance

• Comunicación de uno a muchos. Primeros bits son 1111 1111, lo

cual equivale a FF00::/8

Direcciones Unicast


F C 0 0 : 1 0 1 0 : 0 0 0 a : 0 0 0 1 : 0 2 c 0 : 5 4 f f : f e a a : a a a a / 8

GLOBAL IDSUBNET

IDINTERFACE ID

ORGANIZATION HOST

40 bits 16 bits 64 bits8 bits

1111 110X

SUBNET

• Unique Local

GLOBAL ROUTING PREFIXSUBNET

IDINTERFACE ID

PROVIDER SITE HOST

45 bits 16 bits 64 bits3 bits

001

• Aggregatable Global

2 0 0 1 : A B B E : 4 5 0 0 : 0 0 0 1 : 0 2 c 0 : 5 4 f f : f e a a : a a a a / 6 4

ceros o modificable INTERFACE ID

LINK HOST

54 bits 64 bits10 bits

1111 1110 10

• Link Local

F E 8 0 : 0 0 0 0 : 0 0 0 0 : 0 0 0 0 : 0 2 c 0 : 5 4 f f : f e a a : a a a a / 1 0

INTERNET

VPNs

ENLACES

Direcciones Multicast


1111 1111 0RPT 000x GROUP ID – 112 bits

Flags 0 1

RRendez Vous Point

no embebidoRendez Vous Point

embebido

PDirección no basadaen prefijo unicast

Dirección basada en prefijo unicast

T Permanente Temporal

Scope

1 Node

2 Link

5 Site

8 Organization

E Global

Address Scope Meaning

FF01::1 Node-Local All Nodes

FF02::1 Link-Local All Nodes

FF01::2 Node-Local All Routers

FF02::2 Link-Local All Routers

FF05::2 Site-Local All Routers

FF02::1:FFXX:XXXX Link-Local Solicited-Node

• Estructura

• Direcciones conocidas

F F 0 0 : : x

Direcciones Multicast


• Mapeo de IPv6 a Ethernet

FF 17 FC 0F

Se toman los últimos 32 bits de la dirección IPv6 Multicast, y se añade el

prefijo 33:33 para formar la dirección MAC.

FF02 0000 0000 0000 0000 0001 FF17 FC0F

IPv6 Multicast Address

33 33

Ethernet MAC Address

• Direcciones ‘Solicited Node Multicast’

Cada dirección Unicast tiene un equivalente Multicast usado para el

reemplazo de ARP y para DAD (Duplicate Address Detection). Se toman

los últimos 24 bits de la dirección unicast, y se añade el prefijo FF02::1:FF:

2001 0000 0000 0000 0000 0001 17 FC0F

IPv6 Unicast Address

FF

FF02 0000 0000 0000 0000 0001 17 FC0F

IPv6 Solicited Node Multicast Address

FF

Niveles de jerarquía y sumarización

0000-FFFF

16 bits

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF

0000-FFFF


Proveedores y Ent. Educativas

• TIGO BOL /32• Telefónica PER /32• RAAP PER /32• Comsat ARG /28• URP PER /32

~ /28 - /32

Registradores

• IANA• ARIN• RIPE NCC• APNIC• LACNIC• AfriNIC

~ /12 - /23

Clientes

• CABASE ARG /48• Ca. Comercio COL /48 • Comité Gestión de Internet BRA /48

• PUCP /48

~ /48 - /64

InternetIPv6

2001:0420::/35ISP 1

ISP 2

C1

C2

C32001:0410::/35

2001:0420:b3::/48

2001:0420:b4::/48

2001:0410:a1::/48


Provisionamiento de direcciones en IPv6

El provisionamiento de direcciones cambia en IPv6 con respecto a IPv4, de acuerdo a la siguiente tabla:


Función IPv4 IPv6

Asignación de direcciones

DHCPv4DHCPv6, SLAAC, Reconfiguration

Resolución de direcciones

ARP, RARPNS, NA (ICMPv6)

Neighbor Solicitation & Advertisement

Descubrimiento de routers

ICMP Router

Discovery

RS, RA (ICMPv6)Router Solicitation & Advertisement

Resolución de nombres

DNSv4 DNSv6

Asignación de direcciones automática

Los direcciones de host en una red se autoconfiguran según la información recibida por un router IPv6 en la red. El método es conocido como “IPv6 State-Less Address Auto-Configuration” (SLAAC)

La parte de host es derivada de la dirección MAC usando el formato EUI-64.

MAC: 00c0:54aa:aaaa

MAC: 00c0:54bb:bbbb

2001:0520:b1:1:02c0:54ff:febb:bbbb/64

2001:0520:b1:1::02c0:54ff:feaa:aaaa/64

2001:0520:b1:1::/64(vía Multicast)


Mensajes ICMPv6relacionados- Router

Advertisement(dirigido por Multicast a AllNodes)

- Router Solicitation(dirigido por Multicast a AllRouters)

Resolución de direcciones con Multicast

En IPv4 los hosts intercambian ARP broadcasts en capa 2 para conocer la dirección física de cada uno e iniciar la comunicación local. Esto es eliminado en IPv6, donde se usa multicast para el mismo fin.

192.168.1.2

¿192.168.1.10?

192.168.1.10

ARP

ARP

ARP ARP

ARP

ARP

ARPMAC

Global: 2001:a:b:c::a1Link-Local: fe80::EUI-64S.Multicast: ff02::1:ff:00a1

¿2001:a:b:c::aa? Global: 2001:a:b:c::aaLink-Local: fe80::EUI-64S.Multicast: ff02::1:ff:00aa

MCAST

MCAST•Global•L.Local

1. ARP Request

2. ARP Reply

Comunicación

unidireccional

1. Neighbor Solicitation

2. Neighbor Advertisement

Comunicación

bidireccional


Protocolos de enrutamiento en IPv6

Además del enrutamiento estático, se dispone de los siguientes protocolos de enrutamiento dinámicos:

IGP

- RIPng (RFC 2080)

- Cisco EIGRP para IPv6

- Integrated IS-ISv6 (draft-ietf-isis-ipv6-07)

- OSPFv3 (RFC 5340)

EGP

- MP-BGP4 (RFC 2858 & RFC 2545)

Protocolos de enrutamiento

IPv6 – Mecanismos de transición

Introducción

Los mecanismos disponibles durante la transición de IPv4 a IPv6 son los siguientes:

Mecanismos de transición

• Técnicas Dual-stack, que permiten que IPv6 conviva con

IPv4 utilizando los mismos recursos de red.

• Técnicas de Tunelizado, que permiten transportar IPv6 sobre

una red IPv4 existente sin hacer mayores modificaciones.

• Técnicas de Traslación, que permiten la comunicación entre

equipos que sólo soportan IPv6 con equipos que sólo

soportan IPv4.

Dual-Stack

En este escenario, IPv4 e IPv6 conviven soportando nativamente todos los servicios, con las consideraciones de memoria que esto requiere.


CoreIPv4/IPv6

CE

IPv6IPv4

PE P P PE CE

IPv4

IPv6

Interfaz configurada en IPv6

Interfaz configurada en IPv4

Todas o algunas interfaces configuradas como dual-stack

CoreIPv6 + IPv4

BordeIPv4 + IPv6

BordeIPv4 y/o IPv6

AplicaciónDual Stack

ipv6 unicast-routing

interface Ethernet0

ip address 192.168.99.1 255.255.255.0

ipv6 address 2001:db8:213:1::1/64

* En cuanto a la resolución de nombres, los servidores DNS entregan las direcciones IPv4e IPv6, mientras que la aplicación escoge entre una u otra (por defecto suele ser IPv6)

GRE/IPv6IP

Consiste en transportar IPv6 sobre un túnel IPv4, basado ya sea en encapsulaciones GRE o IPv6IP.


IPv4

Red IPv6

Dual-Stack

Router1

TÚNEL MANUAL Red IPv6

Dual-Stack

Router2

interface Tunnel0

ipv6 enable

ipv6 address 2001:db8:c18:1::3/128

tunnel source 192.168.99.1

tunnel destination 192.168.30.1

tunnel mode [gre ip]/[ipv6ip]

interface Tunnel0

ipv6 enable

ipv6 address 2001:db8:c18:1::2/128

tunnel source 192.168.30.1

tunnel destination 192.168.99.1

tunnel mode [gre ip]/[ipv6ip]

6to4

Los túneles automáticos 6to4 permiten tener un full-mesh entre redes IPv6 aisladas, usando la red 2002:[IPv4]::/48, donde [IPv4] es una interfaz IPv4 del router (en Internet no se puede usar una IP privada).


IPv62002:c80b:0b01

IPv4Backbone Network

CE

IPv62002:c80f:0f01

PE

P P

PE

6 to 4 Tunnel

CE

PaqueteIPv4

PaqueteIPv6

PaqueteIPv6

PaqueteIPv6

Backbone IPv4Red IPv6 Red IPv6

200.11.11.1 (e0/0)200.15.15.1 (e0/0)

2002:c80f:0f01:100::1 2002:c80b:0b01:100::1

Se requiere un túnel configurado como 6to4, con dirección IPv6 de alguna interfaz en la red 2002:[IPv4]::/48 (o propia), cuya fuente debe ser la interfaz IPv4 escogida. Finalmente se debe enrutar toda la red 2002::/16 hacia el túnel.

ISATAP

Los túneles automáticos ISATAP se forman a partir de un host con soporte de ISATAP, el cual descubre vía DNS a un router ISATAP que lo conecte con la red IPv6 requerida. Es normalmente usado en entornos empresariales.


RedIPv6

IPv4 CorporateNetwork

PE

P P

PE

PaqueteIPv6

Red IPv4 EmpresarialRed IPv4 Red IPv6

192.168.4.12001:db8:face:2::5efe:c0a8:0401

192.168.2.1

CabeceraIPv4

PaqueteIPv6

ISATAPHost

ISATAP Tunnel

ISATAPRouter

PaqueteIPv6

CabeceraIPv4

Unicast Prefix C0A8:02010000:5EFE:

ISATAP ID Dirección IPv4Link-local o Global

Manual MPLS

Estos túneles son bastante similares a los túneles manuales vistos anteriormente, con las siguientes diferencias:

- Los túneles van de PE a PE, por lo que los paquetes del túnel son encapsulados además en MPLS.

- Se levanta una sesión MP-BGP sobre el túnel para intercambiar las redes IPv6.


IPv4

MPLS

CE

IPv6

IPv6

PE P P PE CE

IPv6

IPv6

Túnel manual sobre LSP

Paquete

IPv6

Backbone MPLS IPv4Red IPv6 Red IPv6

IPv4Paquete

IPv6

LDP

LBL

Túnel manual sobre LSP

Paquete

IPv6

CECEPE P P PE

6PE

Los túneles 6PE se forman automáticamente entre dos PEs para unir las tablas globales IPv6, de la siguiente forma:

- La arquitectura es similar a MPLS L3VPN, donde la 1ra etiqueta es para mapear al PE destino y la 2da etiqueta para el prefijo IPv6 destino.- Se utiliza un direccionamiento especial para los next-hops IPv6, derivado de los next-hops IPv4 (::FFFF:[IPv4 loopback])


IPv4

MPLS

CE3

IPv6

IPv6

6PE3 P P 6PE4 CE

4 IPv6

IPv6


Paquete

IPv6

LDP

Label

CE1 CE26PE1 P P 6PE2

200.10.10.1 200.11.11.1

2001:db8::2001:f00d::

Paquete

IPv6

Paquete

IPv6

iBGP

exchange IPv6

BGP

Label

6VPE

6VPE es muy similar a 6PE, pero no para unir tablas globales sino para unir VRFs IPv6 entre ambos PEs formando VPNs IPv6.

- La arquitectura es similar a MPLS L3VPN, donde la 1ra etiqueta es para mapear al PE destino y la 2da etiqueta para el prefijo VPNv6 destino.- Se utiliza un direccionamiento especial para los next-hops IPv6, derivado de los next-hops IPv4 (::FFFF:[IPv4 loopback])


IPv4

MPLS

CE3

IPv6

IPv6

6PE3 P P 6PE4 CE

4 IPv6

IPv6


Paquete

IPv6

LDP

Label

CE1 CE26PE1 P P 6PE2

200.10.10.1 200.11.11.1

2001:db8::2001:f00d::

Paquete

IPv6

Paquete

IPv6

iBGP

exchange IPv6

BGP

Label

6rd+

6rd consiste en asignar un prefijo IPv6 derivado del prefijo IPv4adquirido por el suscriptor, haciendo un túnel (tipo 6to4) de este tráfico entre el cliente (Residential Gateway) y el ISP (6rd Border Router)


RG

NAT44

+ IPv6NAT

IPv4-only AAA

and/or DHCP

BNG

(IPv4)

6rd BR

IPv4 PrivadaInternet

IPv6 + IPv4

Configuración simple en el

BR; Encap & Decap

IPv6/IPv4 automático

IPv4 Privada +

IPv6 Nativo

(Dual Stack)

Dirección IPv6 derivada de IPv4

asignada; Encap & Decap

IPv6/IPv4 automáticoInfraestructura de

autenticación y acceso sin

cambios

Nodo de

Acceso

(IPv4)

DS-Lite

Consiste en mantener Dual-Stack en el cliente e ISP, salvo en la red de acceso que es IPv6 solamente. La idea es que un túnel termine el tráfico IPv4 del cliente en un equipo que haga NAT44.


IPv4

Privado

IPv6

Público

ISP Borde

IPv4/v6ISP

Internet

IPv4

Acceso IPv6

NAT44 para

paquetes

IPv4

Túnel V4 sobre V6

Internet

IPv6

IPv6 – Opciones de desplieguetípicos en el Proveedor de Servicioshacia los clientes

Dual-Stack

DualStack CE

Red

Sólo IPv4


compartido

Internet

IPv4Internet

IPv6

Internet

IPv4Internet

IPv6

6rd CE CE

IPv4IPv6IPv4IPv6

HOY FUTURO

CGN* +

6rd

DS Lite,

4rd, MAP-T

Segmento residencial

Red

Dual-Stack

IPv4 /IPv6

ó

sólo IPv6

* CGN = Carrier Grade NAT

Red

Sólo IPv4


compartido

Internet

IPv4

Internet

IPv4Internet

IPv6

IPv4 IPv4

Red

Dual-Stack

IPv4 /IPv6

IPv4IPv6 /

IPv4

Internet

IPv4Internet

IPv6

IPv6 IPv6

HOY FUTURO

CGN* NAT64CGN*

FUTURO

Segmento móvil

Red

Dual-Stack

IPv4 /IPv6

ó

sólo IPv6


DualStack CE

Internet

IPv4Internet

IPv6

IPv4IPv6

DualStack CE

Red

Sólo IPv4

Internet

IPv4Internet

IPv6

IPv4IPv6

NAT646PE

+ CGN*

HOY FUTURO

Segmento corporativo

DualStack CE

6vPE

DualStack CE

6vPE / VPNv6

Red

Dual-Stack

IPv4 /IPv6

ó

sólo IPv6


IPv6 – Conclusiones

Conclusiones

• IPv6 no sólo brinda una mayor capacidad de

direccionamiento sino además funcionalidades embebidas

en el mismo protocolo (seguridad, movilidad, etc)

• Los protocolos de enrutamiento mantienen sus características

principales.

• Existen muchos mecanismos de transición disponibles, la

decisión de escoger uno u otro depende de las características,

recursos y necesidades propias de cada red.

Bibliografía y recursos

Libros y otros recursos

“Deploying IPv6 Broadband Networks” Adeel Ahmed, Salman Asadullah – ISBN0470193387, John Wiley & Sons Publications®

“Deploying IPv6 Networks” Ciprian Popoviciu, Patrick Grossetete, Eric Levy-Abegnoli, ISBN1587052105- Cisco Press®

“IPv6 Security” Scott Hogg, Eric Vyncke, ISBN1587055945 – Cisco Press®

“Understanding IPv6” by Joseph Davies - Microsoft Press

“IPv6 Essentials” by Silvia Hagen - O’Reilly & Associates Press

www.cisco.com/go/ipv6 - CCO IPv6 main page

www.cisco.com/go/srnd - CISCO NETWORK DESIGN CENTRAL

www.cisco.com/go/fn

www.ietf.org

www.ipv6forum.com

www.ipv6.org

www.nav6tf.org/

www.6net.org

http://www.cisco.com/go/ipv6

http://www.cisco.com/go/srnd

http://www.cisco.com/go/fn

http://www.ietf.org/

http://www.ipv6forum.com/

http://www.ipv6.org/

http://www.nav6tf.org/

http://www.6net.org/

Gracias.

Contacto acerca de esta presentación:Gianpietro Lavado Chiarella

Systems Engineer

Cisco Systems

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mailto:[email protected]

Technology

IPv6 - Internet Protocol version 6 v2