Implementación de IPv6 sobre redes WLAN IEEE 802 11 para la movilidad

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(1)·\. ,, ,.._. .'- ..:'-\ ''t ." :; : .,,. ~·-)t)i\··. , ' ' ; '¡ ' ..... t"1I .--.¡-_ .. ~ ! ~. ,. -~. l.··. .... ...... TECNOLOGICO. DE MONTERREY Campus Ciudad de México Escuela de Graduados en Ingeniería y Arquitectura Tesis. IMPLEMENTACION DE 1Pv6 SOBRE REDES WLAN IEEE 802.11 PARA LA MOVILIDAD. para la obtención del grado de. Maestro en Administración de las Telecomunicaciones Autor: José Juan Solano Medina. Director:. Dr. José Ramón Alvarez Bada. Sinodales: Dr. Martín Rogelio Bustamante Bello Dr. Jesús Arturo Pérez Díaz. Agosto 2009. ',. ,,,.. ..,._.,.

(2) RESUMEN El presente trabajo de tesis se realizó con la finalidad de mostrar la implementación del protocolo 1Pv6 en redes locales móviles, comparándolo con la movilidad existente que utiliza actualmente el protocolo 1Pv4. Existen diferencias entre los protocolos 1Pv4 e Ipv6, que sugieren mejorías en el desempeño de las redes al usar el nuevo protocolo, pero hasta que se haga una migración total, se han desarrollado fonnas de transición que van desde el uso de túneles, o protocolos de traducción de direcciones. El protocolo 1Pv6 tiene diferentes características de calidad de servicio y seguridad, que mejoran su desempeño con respecto a 1Pv4, además de que fue desarrollado especialmente para la movilidad permitiendo un direccionamiento ilimitado, que da la posibilidad de asignar direcciones a cualquier dispositivo fijo o móvil en el mundo. Se implementan escenarios de prueba para evaluar el desempeño de 1Pv6 en contraste con 1Pv4, se configura una red móvil usando enrutadores y puntos de acceso marca cisco. La primera de las pruebas se hace realizando una serie de transmisiones donde se transfieren archivos desde un servidor y hasta el cliente en otro segmento de la red, pasando por los enrutadores. El servidor utilizado es un servidor de Microsoft 2008 y el cliente utilizó como sistema operativo Windows vista. Cada prueba se hace tanto para el protocolo 1Pv6 como para 1Pv4 y se presenta un análisis del desempeño, midiendo tiempos de transmisión, perdida de paquetes y anchos de banda resultantes, todo con el uso de un programa de monitoreo de redes llamado wireshark. La segunda de las pruebas permite medir el tiempo de asociación (hando.ff) cuando un nodo móvil se desplaza entre distintos puntos de acceso. Para esta prueba se instaló un servidor de video VLC en el servidor de Windows 2008 y los clientes acceden a él, por medio de conexiones usando el protocolo MMS. El equipo móvil es desplazado entre los puntos de acceso observándose los cambios de canal de frecuencia y el tiempo de asociación con el nuevo punto de acceso. Los resultados de las pruebas y las aportaciones se describen en el contenido del presente trabajo de tesis.. 11.

(3) CONTENIDO RESUMEN .................................................................................................................. 11 LISTA DE FIGURAS .....................•.....................................•...•.............•..............•.....V CAPÍTULO 1............................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1 1.1 Antecedentes ........................................................................................................... 1 1.2 Definición del problema ............................................................................................ 2 1.3 Objetivos .................................................................................................................. 3 1.4 Justificación ............................................................................................................. 3 1.5 Metodología ............................................................................................................. 4 1.6 Organización de la tesis ........................................................................................... 4. CAPITULO 2............................................................................................................... 6 ANTECEDENTES DE 1Pv6 ............................................................................................ 6 2.1 Descripción de 1Pv4 ................................................................................................. 6 2.1.1 Estructura de una datagrama 1Pv4 .................................................................................... 6 2.1.2 Direccionamiento de 1Pv4 .................................................................................................. 8. 2.2 Descripción de 1Pv6 ............................................................................................... 10 2.2.1 Estructura de un datagrama 1Pv6 .................................................................................... 11 2.2.2 Direccionamiento en 1Pv6 ............................................... ................................................. 13. 2.3 Transición de 1Pv4 a 1Pv6 ...................................................................................... 15 2.3.1 Mecanismos de coexistencia entre 1Pv4 e 1Pv6 .............................................................. 15 2.3.2 Avances recientes relacionados con la transición a 1Pv6 ............................................... 19. 2.4 Asignación de direcciones 1Pv6 .............................................................................. 20 2.4.1 Asignación de direcciones ............................................... ... .... ....... .... ....... .... ... .... ............ 20 2.4.2 Trabajos relacionados con la autoconfiguración ............. ................................................ 24. CAPITULO 3............................................................................................................. 26 REDES WLAN PARA LA MOVILIDAD .......................................................................... 26 3.1 Redes inalámbricas ................................................................................................ 26 3.1.1 Redes inalámbricas personales ...................................................................................... 26 3.1.2 Redes inalámbricas locales ............................................................................................. 28 3.1.3 Redes inalámbricas metropolitanas ................................................................................ 29 3.1.4. Redes inalámbricas de área amplia (WWan) ................................................................. 30. 3.2 Redes LAN inalámbricas ........................................................................................ 31 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5. Capa física ........................................................ ....... ....... .... .. ..... ........ ....... .... ... .... ... ......... 31 Control de acceso al medio (MAC) ............ ....... .............. ................................................. 35 Estándar IEEE 802.11 ..................................................................................................... 38 Arquitectura de implementación ...................................................................................... 39 Avances recientes en el diseño de WLAN ...................................................................... 42. 3.3 1Pv6 para la movilidad ............................................................................................ 43 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4. Movilidad .......................................................................................................................... 43 Movilidad en 1Pv6 ............................................................................................................ 44 Proceso de movilidad en 1Pv6 ........................................................................................ 45 Avances recientes en la implementación de MIPv6 ........................................................ 46. CAPITULO 4 ............................................................................................................. 48 IMPLEMENTACIÓN DE LA RED IPV6 SOBRE IEEE 802.11 ............................................ 48 4.1 Red 1Pv6 en comparación con red 1Pv4 sobre WLAN ............................................ 48 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6. Objetivos .......................................................................................................................... 48 Diseño de la red .................................................................... ..... ........... .... .... ... .... ... ......... 48 Equipamiento ........................... .. .. .................................................................................... 49 Direccionamiento 1Pv6 .................................................................................. ....... ............ 49 Desarrollo ................................... ..... ... ....... ....... .... .......... ................................................. 50 Herramientas de prueba .................................................................................. .... ............ 56 lll.

(4) 4.1.7 Parámetros de prueba ..................................................................................................... 58. 4.2 Movilidad de 1Pv6 en un segmento de red IEEE 802.119 ....................................... 59 4.2.1 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7. Objetivos .......................................................................................................................... 59 Equipamiento ................................................................................................................... 60 Direccionamiento 1Pv6 ..................................................................................................... 60 Desarrollo ........................................................................................................................ 61 Herramientas de prueba .................................................................................................. 63 Parámetros de prueba ..................................................................................................... 64. CAPITULO 5............................................................................................................. 66 RESULTADOS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA RED IPV6 SOBRE IEEE 802.11 .............. 66 5.1 5.2 5.3 5.4. Comparación del rendimiento de 1Pv6 contra 1Pv4 ................................................. 66 Medición de potencia en la movilidad ..................................................................... 70 Transmisión de video en tiempo real. ..................................................................... 71 Análisis de resultados .................................................... ......................... ......... ...... 73. CAPITULO 6............................................................................................................. 75 CONCLUSIONES ....................................................................................................... 75 6.1 6.2 6.3 6.4. Del protocolo 1Pv6 .................................................................................................. 75 1Pv6 configurado en una red LAN inalámbrica ....................................................... 76 Movilidad con 1Pv6 ................................................................................................. 76 Recomendaciones ................................................................................................. 77. ANEXOS ................................................................................................................... 79 A) Configuración de enrutadores red 1Pv6 nativa .................................................................... 79 B) Estadísticas de transmisión de las redes 1Pv4 e 1Pv6 ......................................................... 80 C) Fotos de laboratorio físico ................................................................................................... 86. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 87 ACRÓNIMOS ............................................................................................................ 91 GLOSARIO ............................................................................................................... 94. IV.

(5) LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 - Estructura de un datagrama 1Pv4.. 7. Figura 2.2 - Clases de direcciones 1Pv4.. 9. Figura 2.3 - Estructura de un datagrama 1Pv6.. 12. Figura 2.4 - Encabezados de extensión de 1Pv6.. 13. Figura 2.5 - Tipos de direcciones de 1Pv6.. 13. Figura 2.6 - Arquitectura de las direcciones Unicast.. 14. Figura 2.7 -Arquitectura de dual stack.. 16. Figura 2.8 - Túnel entre redes 1Pv6 a través de la infraestructura de 1Pv4.. 17. Figura 2.9 - Escenarios para la creación de un túnel.. 18. Figura 2.10 - Mecanismo de traducción de protocolos.. 18. Figura 2.11 - Arquitectura de direccionamiento 1Pv6.. 21. Figura 2.12 - Direcciones unicast de agregación global.. 21. Figura 3.1 - Principios del sistema DSSS.. 32. Figura 3.2 - Adopción mundial de frecuencias DSSS.. 33. Figura 3.3 - Sistema FHSS.. 34. Figura 3.4 - Secuencias de salto de frecuencias de IEEE 802.11 por área geográfica.. 35. Figura 3.5 - Técnicas de modulación IEEE 802.11a.. 35. Figura 3.6 - Estándar 802.11 desde la perspectiva de las capas inferiores del modelo de referencia OSI.. 36. Figura 3.7 - Interfaces de la capa MAC y física.. 37. Figura 3.8 - Conjunto de servicio básico (BSS).. 39. Figura 3.9 - Conjunto de servicio básico independiente (IBSS).. 40. Figura 3.1 O- Conjunto de servicio extendido (ESS) y sistema de distribución (DS).. 40. Figura 3.11 - Asignación de canales.. 42. Figura 4.1- Diseño de red 1Pv6 nativa.. 48. Figura 4.2 - Direccionamiento del diseño de red la 1Pv6 nativa.. 50. Figura 4.3 - Asignación estática de configuración 1Pv6 en el servidor.. 51. Figura 4.4 - Configuración de un alias www en el servidor.. 52. Figura 4.5 - Configuración de un host 1Pv6 en el servidor.. 52. Figura 4.6 - Configuración de servidor IIS 7 en el servidor Windows 2008.. 53. Figura 4.7 - Página de descarga de archivos para prueba.. 53. Figura 4.8 - Configuración 1Pv6 del Nodo 1.. 54. Figura 4.9 - Configuración de acceso inalámbrico en el Nodo 1.. 54. Figura 4.1 O- Configuración del AP1 protocolo 802.11 g.. 55. Figura 4.11 - Configuración del AP2 protocolo 802.11 g.. 55. Figura 4.12 - Inicio de descarga desde el cliente 1Pv6.. 56. Figura 4.13 - Captura de paquetes con wireshark.. 57. Figura 4.14 - Estadísticas de la transmisión.. 57. Figura 4.15 - Filtro de paquetes perdidos.. 58. Figura 4.16 - Diseño de red lpv6 para la movilidad.. 59. Figura 4.17 - Direccionamiento de la red móvil lpv6.. 60. Figura 4.18 - Apertura del video a trasmitir.. 61. V.

(6) Figura 4.19 - Configuración del servidor VLC.. 62. Figura 4.20 - Servidor VLC funcionando en Windows Server 2008. 62. Figura 4.21 - Herramienta Xirrus Wi-Fi inspector.. 63. Figura 4.22 - Conexión vía WEB al servidor de video VLC.. 64. Figura 4.22 - Nodo móvil para pruebas.. 64. Figura 5.1 - Desempeño de la transmisión en 1Pv6.. 66. Figura 5.2 - Desempeño de la transmisión en 1Pv4.. 67. Figura 5.3 - Tamaño de PDU en cada capa del OSI.. 67. Figura 5.4 - Comparativo de tiempos de transmisión entre 1Pv4 e 1Pv6.. 68. Figura 5.5 - Comparativo de ancho de banda entre 1Pv4 e 1Pv6.. 68. Figura 5.6 - Comparativo de segmentos perdidos.. 69. Figura 5.7 - Total de paquetes transmitidos.. 69. Figura 5.8 - Pantallas de la herramienta Xirrus.. 70. Figura 5.9 - Medición de potencia de AP.. 70. Figura 5.10 - Cambio de conexión entre dos AP.. 71. Figura 5.11 - Igualando la potencia de la señal de dos AP para un mismo nodo inalámbrico mientras se mueve.. 71. Figura 5.12- ltinerancia en el nodo móvil por interferencias en la señal del AP.. 72. Figura 5.13 - Cambio de canal 4 al canal 8. Video sin problemas.. 72. Figura 5.14 - Cambio de canal del 8 al 4. Video sin problemas.. 73. vi.

(7) CAPÍTULO 1 Introducción 1.1 Antecedentes Desde tiempos muy remotos, el hombre ha buscado comunicarse en una forma cada vez más eficiente empleando, para tal fin, diferentes métodos y formas de comunicación. De esta manera y, desde el siglo pasado, ha recurrido a la tecnología, con la cual se ha buscado implementar dispositivos que ayuden a la humanidad a comunicarse con rapidez, y de modo económico y seguro pero, sobre todo, adecuándose a las necesidades del individuo. Esto es, la persona puede requerir comunicarse desde un lugar fijo o en movimiento, siéndole además necesario compartir o adquirir información por algún medio electrónico; es por eso que se deben proponer e implementar métodos innovadores de comunicación para satisfacer las necesidades de las personas. Entre las diversas alternativas de interconexión que se han propuesto e implementado, han destacado las comunicaciones inalámbricas. A pesar de su limitación en el ancho de banda al compararlo, por ejemplo, con la transmisión por fibra óptica, el espectro inalámbrico le permite al usuario la capacidad de comunicarse en movimiento. Lo anterior ha generado que este tipo de servicios tenga un crecimiento muy destacado, como ha sido el caso de la tecnología Wi-Fi. El funcionamiento de Wi-Fi se basa en el estándar IEEE 802.11, que se divide en 802.11 b (el más popular, funcionando a una velocidad de 11 Mbps), 802.1 la (a una velocidad de 54 Mbps, aunque el rango de cobertura es menor) y 802.1 lg (combina las velocidades de "a" y "b"). Wi-Fi da a los usuarios una comunicación eficiente en ambientes LAN. Sin embargo, si se requiere que la interconexión sea adecuada fuera de esos espacios, se debe pensar en combinar esta tecnología con otras, ya sea utilizando fibra óptica o cobre, resultando una red híbrida. El uso más frecuente de las WLAN es como extensión de las redes cableadas, de modo que se da una conexión a un usuario final móvil. Otro uso que empieza a tener gran aceptación es como punto de acceso a Internet en lugares públicos como aeropuertos, estaciones, campus universitarios, hoteles, playas. En pocos años, las WLAN se utilizarán como punto de entrada a las redes 30 de las compañías de telefonía móvil, empleando terminales de voz y datos. Los puntos de acceso, son áreas que contienen equipo que permite acceso a los usuarios a servicios de red. Estos lugares no requieren cables para conexión, utilizando comunicación inalámbrica para los clientes. La tecnología está avanzando muy rápido y ahora las organizaciones deben ser capaces de adecuarse a los cambios a través de la competitividad tecnológica, así como acceder a los servicios de comunicaciones, desde canales de televisión hasta comunicaciones con dispositivos móviles que generen valor de negocio. Para estar a la vanguardia en tecnología de comunicación en dispositivos móviles, es necesario que las organizaciones cuenten con una referencia para la implementación de redes de convergencia, que incluya acceso a los usuarios y que soporte capacidades de conexión ilimitadas y seguridad en la transferencia de datos en tiempo real.. 1.

(8) CAPÍTULO 1 Introducción. 2. Ahora que las empresas se reinventan a sí mismas para sacar ventajas de la nuevas oportunidades que ofrecen Internet y las comunicaciones móviles, las tecnologías de información y las comunicaciones se han convertido en la clave de esta revolución comercial y estratégica. El hecho de migrar de aplicaciones de escritorio a aplicaciones móviles puede aumentar las ventas y disminuir los costos de operación. (HUIOS) El rápido desarrollo de la tecnología inalámbrica, tal como Wi-Fi, hace posible que los usuarios se comuniquen mientras están moviéndose. Estas redes LAN inalámbricas ofrecen buen rendimiento, confiabilidad y seguridad en la transmisión de datos sensibles y tráfico en tiempo real. El área cubierta por puntos de acceso inalámbrico públicos o comerciales, está creciendo y hace más atractiva la posibilidad de comunicarse de manera móvil. Esta movilidad se refiere a la capacidad que tiene un equipo de una red para mantener su dirección IP a pesar de que se desplace a otra red, manteniendo siempre el acceso a los servicios. Sin esta capacidad, los paquetes destinados a un equipo móvil no podrían llegar a su destino. Esta característica ha resultado benéfica y atractiva para los usuarios a pesar de algunos problemas que se han presentado, como el de la seguridad. Para lograr la movilidad en redes IP, se requiere de protocolos que permitan el acceso a servicios sin importar la ubicación de la conexión. 1Pv4 móvil e 1Pv6 móvil son dos protocolos que permiten la movilidad entre las tecnologías inalámbricas. Gracias al avance de la tecnología, ahora es posible enviar información (voz, datos y video) por diversos canales y recibirla en cualquier dispositivo en cualquier lugar. (HUIOS) Para que exista movilidad deben hacerse algunos cambios, como por ejemplo que los dispositivos móviles operen con baterías que permitan más tiempo sin alimentación eléctrica y que los protocolos MAC incorporen procedimientos de administración de energía cuando intenten corunutar datos y enviar o recibir señales de ubicación de acceso. Los protocolos necesitan ser desarrollados para habilitar el descubrimiento de vecinos en la red y proveer conexiones eficientes con otros usuarios. (LE004). 1.2 Definición del problema La mayoría de las organizaciones tienen redes con esquemas de direccionamiento basados en 1Pv4 y su capacidad para la conexión de dispositivos móviles se ve afectada por el número de equipos ya instalados. El problema está en que las organizaciones instalan sus WLAN colocando los puntos de acceso de tal manera que exista comunicación, pero no se aseguran de que la posición y configuración de estos, permitan un buen handover para la movilidad. Además, el direccionamiento 1Pv4 establecido no permite agregar más dispositivos a la red. Estas organizaciones están teniendo problemas para lograr que sus servicios sean accesibles de manera móvil. Por lo anterior, se observa la necesidad que tienen las organizaciones con redes LAN cableadas de entender cómo se hace una instalación basada en estándares de una red inalámbrica, además de una migración óptima de 1Pv4 a 1Pv6, tomando en cuenta que se deben permitir conexiones.

(9) CAPÍTULO 1 Introducción. 3. móviles con eficiencia, disponibilidad, seguridad y que permitan la transferencia rápida de información entre los equipos de la red.. 1.3 Objetivos Considerando un escenario donde una organización tiene instalada una red inalámbrica que no cuenta con capacidades para proporcionar movilidad a ciertas aplicaciones sin perder conexión y donde la organización no tiene claro cómo efectuar la migración de una red basada en IPv4 hacia una red basada en IPv6, se plantean los siguientes objetivos: Objetivo general: Definir un modelo de implementación de IPv6 sobres redes WLAN basadas en el estándar 802.11 que permita la movilidad de dispositivos de manera confiable, ilimitada y segura, evitando la vulnerabilidad de las transmisiones entre los nodos móviles y los que contienen las aplicaciones accedidas por la red. Objetivos específicos: • • • • •. Investigar y documentar los estándares que existen para la implementación segura de IPv6. Investigar y documentar el estándar IEEE 802.11 para la instalación de redes inalámbricas. Analizar la conectividad a través de la implementación del protocolo IPv6 en contraste con IPv4. Crear un esquema de direccionamiento a través de la asignación de prefijos desde un enrutador. Diseñar y probar un esquema de implementación de IPv6 sobre redes WLAN.. 1.4 Justificación A principios del año 2002, la Asociación Mexicana de Directivos de la Investigación Aplicada y el Desarrollo Tecnológico A.C. (ADIAT), propuso al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, (CONACYT), iniciar un proyecto sobre prospectiva tecnológica de mediano plazo. Se propuso y se elaboró el tema titulado "Prospectiva Tecnológica Industrial de México: 2002-2015". (CON04) Para el sector de telecomunicaciones, se desarrolló el documento titulado "Prospectiva Tecnológica Industrial de México 2002-2015, Sector 5 Tecnologías de Información y Comunicación". (CON04) Las respuestas a las encuestas aplicadas, sugieren que la percepción de los actores de telecomunicaciones es que las aplicaciones con mayor impacto en el sector industrial son aquéllas relacionadas con aplicaciones informáticas integradas al Internet y que sirvan para aumentar la competitividad de las industrias. (CON04).

(10) CAPÍTULO 1 Introducción. 4. En base a los resultados generados en la investigación de "Prospectiva Tecnológica Industrial de México 2002-2015", se ve una tendencia de crecimiento del mercado en la parte móvil (los celulares); es un sector que continuará creciendo en su penetración y se pueden observar dos áreas importantes: conectividad y métodos de acceso. Se hablan de diferentes ritmos de crecimiento de la tecnología fija, la parte móvil, la fibra óptica, el cable y el inalámbrico, ya sea a través de Wi-Fi o WiMax. Por lo anterior, es importante que las organizaciones estén preparadas para esta nueva era de cambios tecnológicos donde la información está siendo parte crucial para la existencia y desarrollo de nuevas oportunidades de negocio. Ahora las empresas deben acceder a servicios de comunicac10n móvil para mantenerse en competitividad tecnológica teniendo comunicación con clientes proveedores y empleados. Una de las formas de lograrlo consiste en permitir el acceso a servicios móviles donde los usuarios, sin importar donde se encuentren, tengan acceso a la red a través de una dirección IP única e irrepetible.. 1.5 Metodología La naturaleza de la tesis es de investigación y de adaptación de tecnología. Para dar solución al problema planteado en el presente trabajo se realizaron las siguientes actividades. • •. •. •. • • •. Se analizaron diferentes escenarios mostrados en pruebas de funcionamiento de la movilidad y que están documentadas en artículos de la IEEE. Se mencionan características y condiciones de redes WLAN que permiten una eficiente comunicación evitando el empalme de frecuencias entre distintos canales en una red de infraestructura. Se describe la colocación de puntos de acceso para nodos móviles, que garantiza un enlace permanente con un mínimo de pérdida cuando hay movimiento entre diferentes puntos de acceso. Se documentó el protocolo 1Pv6 para la movilidad, que define las funciones de cada nodo participante, asegurando la eficiente entrega de información para la autoconfiguración de los nodos móviles. Se presenta un esquema de direccionamiento de IPv6 para redes WLAN que hace que los nodos móviles reciban valores que ayuden a su autoconfiguración de direccionamiento. Se construye una topología de red con enrutadores, puntos de acceso y nodos móviles, con la finalidad de hacer pruebas de desempeño. Se hicieron pruebas de laboratorio y se analizarán transmisiones inalámbricas usando los protocolos 1Pv4 e 1Pv6 bajo las mismas condiciones y la misma estructura de red comparando y presentando los resultados. Para esto se uso un software de monitoreo de redes.. 1.6 Organización de la tesis Cuando se pretende introducir una nueva tecnología se debe entender el problema que se quiere resolver y las diferentes ventajas que ofrece. El capítulo 2 explica el por qué de la aparición del protocolo 1Pv6 y todas las características que lo hacen diferente y mejor a versiones anteriores del.

(11) CAPÍTULO 1 Introducción. 5. protocolo. Incluye un comparativo con el protocolo Ipv4 y las formas en que se puede lograr una transición cómoda. Presenta la asignación del nuevo direccionamiento y como logarlo de varias maneras. El capítulo 3 describe las formas de transmisión por medios inalámbricos ya sea infrarrojo o radiofrecuencia y como proporcionan flexibilidad para operar dentro de edificios sin cables, interconectando equipos por medio de un espectro de radio frecuencia, reservado para dispositivos móviles sin licencia. Permite conocer los diferentes tipos de redes inalámbricas enfocándose principalmente en el estándar IEEE 802.11. Finalmente describe el proceso requerido para obtener la movilidad por medio del protocolo 1Pv6 móvil. El capítulo 4 describe la parte experimental de la implementación del protocolo 1Pv6 sobre redes inalámbricas 802.11. La implementación se hace en escenarios de prueba donde se encuentran resultados de transmisión de paquetes sobre redes 1Pv4 e 1Pv6. También se muestran escenarios de pruebas de transmisión de estos protocolos cuando trabajan en conjunto en una de las técnicas de transición llamada dual stack. Otro de los escenarios es la transmisión de video en tiempo real desde un servidor y hacia un cliente móvil a través de diferentes segmentos conectados por enrutadores. El capítulo 5 presenta los resultados de las pruebas realizadas en el capítulo 4, así como la descripción de los mismos y las condiciones en que fueron obtenidos y el análisis de resultados. Servirá para aquellas personas que quieran replicar el presente trabajo de tesis y probar con otras condiciones si se quiere. La última parte denominada Conclusiones, explica de manera general el resultado y la contribución que se obtiene del presente trabajo. Se menciona el alcance de los resultados y la necesidad de seguir experimentando, modificando la infinidad de factores que seguramente quedaron fuera del alcance de este documento..

(12) CAPITUL02 Antecedentes de 1Pv6 Antes de introducir una nueva tecnología, es importante entender que problemas podrá resolver y que nuevas ventajas proveerá. Este capítulo explicará las razones para usar el Protocolo de Internet versión 6 (1Pv6), así como sus características y beneficios. Incluirá también un comparativo entre los protocolos IPv4 e IPv6, una descripción del encabezado de un paquete IPv6, la estructura de direcciones y la forma de asignación de esas direcciones usando el protocolo DHCPv6 y los prefijos desde un enrutador.. 2.1 Descripción de IPv4 El protocolo IPv4 fue diseñado para proveer las capacidades necesarias de entrega de paquetes de información de un equipo origen a un equipo destino, pasando a través de varias redes interconectadas. Esta versión 4 del protocolo de TCP/IP debía cumplir dos requisitos básicos: Ser únicas e irrepetibles y estar formadas por números de 32 bits (4 bytes) y representadas por números decimales separadas por un punto. Este protocolo IP es parte importante de una familia de protocolos llamada TCP/IP, de quien depende el funcionamiento en la transmisión de datos en Internet. IPv4 tiene su especificación en el RFC791. La unidad de datos del protocolo IP es el datagrama, que contiene información que permite a las redes comunicarse entre sí, para llevarlos de un equipo origen a otro destino. Este datagrama contiene en su encabezado las direcciones IP origen y destino que ayudan a los enrutadores en una red a definir las mejores rutas para su entrega. Estos paquetes pueden viajar por redes de área local o de área amplia y cada una tiene definido el tamaño del paquete que puede manejar. Para estos casos utiliza la fragmentación del paquete que es realizada por los enrutadores con base en la información del encabezado en el datagrama de IP. 2.1.1 Estructura de una datagrama IPv4 Como se muestra en la Figura 2.1, 'un protocolo IPv4 define muchos 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.. 6.

(13) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6 Byte 1. 7 Byte 2. Byte 3. Byte 4 1. IHL. Versión. Tipo de servicio. Longitud del paquete. 1. Identificación Periodo de vida. Señalizador Protocolo. I Desplazamiento de fragmentos. Suma de verificación del encabezado. Dirección de origen Dirección de destino Opciones. Relleno 1. Figura 2.1 - Estructura de un datagrama 1Pv4. Fuente: DES05, Pp.42. El encabezado se compone de 20 octetos de información de control, divididos en segmentos de 32 bits, donde cada campo proporciona la siguiente información: • • •. •. •. •. •. Dirección IP destino. 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. Dirección IP origen. El campo de Dirección IP origen contiene un valor binario de 32 bits que representa la dirección de host de capa de red de origen del paquete. Tiempo de vida. El tiempo de vida es un valor binario de 8 bits que indica el tiempo remanente de "vida" del paquete. El valor de tiempo de vida disminuye al menos en uno cada vez que el paquete es procesado por un enrutador (es decir, en cada salto). Cuando el valor se vuelve cero, el enrutador descarta o elimina el paquete y es eliminado del flujo de datos de la red. Protocolo. Este valor binario de 8 bits indica el tipo de relleno de carga que el paquete traslada. El campo de protocolo permite a la capa de red pasar los datos al protocolo apropiado de la capa superior. Tipo de servicio. 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 de servicio (QoS), a paquetes de alta prioridad, como aquellos que llevan datos de voz en telefonía. El enrutador que procesa los paquetes puede ser configurado para decidir, qué paquete es enviado primero basado en el valor del tipo de serv1c10. Desplazamiento de fragmentos. Un enrutador puede tener que fragmentar un paquete cuando lo envía desde un medio a otro medio que tiene una MTU más pequeña. Cuando se produce una fragmentación, el paquete 1Pv4 utiliza el campo Desplazamiento de fragmento y el campo señalizador de más fragmentos en el encabezado IP para reconstruir el paquete, cuando llega al host destino. El campo de desplazamiento del fragmento identifica el orden en el cual ubicar el fragmento del paquete en la reconstrucción. Señalizador de más fragmentos. Es un único bit en el campo del señalizador usado con el campo desplazamiento de fragmentos para la fragmentación y reconstrucción de paquetes. Cuando está configurado el señalizador más fragmentos, significa que no es el último fragmento de un paquete. Cuando un host receptor ve un paquete que llega con MF=l, analiza el desplazamiento de fragmentos para ver dónde ha de colocar este fragmento en el paquete reconstruido..

(14) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. •. • • • • • •. 8. Señalizador de no fragmentar. Es un solo bit en el campo del señalizador que indica que no se permite la fragmentación del paquete. Si se establece el bit del señalizador No Fragmentar, entonces la fragmentación de este paquete no está permitida. Versión. Contiene el número IP de la versión 4. Longitud del encabezado. Especifica el tamaño del encabezado del paquete. Longitud del Paquete. Este campo muestra el tamaño completo del paquete en bytes, incluyendo el encabezado y los datos. Identificación. Este campo es principalmente utilizado para identificar únicamente fragmentos de un paquete IP original. Suma de verificación del encabezado. Este campo se utiliza para controlar errores del encabezado del paquete. Opciones. Existen medidas para campos adicionales en el encabezado IPv4 para proveer otros servicios pero éstos son rara vez utilizados.. 2.1.2 Direccionamiento de IPv4 Cada dispositivo de una red debe ser definido en forma exclusiva. En la capa de red es necesario identificar los paquetes de la transmisión con las direcciones de origen y de destino de los dos sistemas finales. La representación de una dirección IPv4, se hace dividiendo los 32 bits en grupos de 8, llamados octetos, utilizando un punto decimal para separarlos y cada octeto es convertido en un número decimal. De esa manera el valor de cada octeto esta en el rango de O a 255. Esta representación se usa para que sea sencillo a las personas el manejo de múltiples direcciones. Por ejemplo la dirección 110000001O1O10000000000100000001 es expresada por 192.168.1.1 después de ser dividida en octetos. En cada dirección IPv4, existen dos porciones utilizadas por los enrutadores para la búsqueda de rutas y entrega de paquetes. La primera porción se conoce como red y la segunda como host. 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. Cada sección de una dirección IPv4 (red id y host id) jerarquiza las direcciones y las divide en 5 formatos diferentes donde los números de host y red, tienen tamaños diferentes dependiendo del número de bits destinado para su representación como se muestra en la figura 2.2. La dirección de host id se refiere a la dirección asignada a un equipo específico dentro de la red y la dirección de red id, se refiere a la identificación de una red que está disponible en Internet donde el envío de paquetes a través de Internet se hace de una red a otra sin tomar en cuenta la dirección de host que será utilizada por los enrutadores locales para su entrega final. La clase A inicia con un valor de O en su bit más significativo y utiliza los otros siete para la identificación de la red, los siguientes 3 octetos los usa para asignar direcciones a los host de la red. De esa manera solo existen 128 direcciones clase A con un número de 16777216 hosts. La clase B es identificada por sus dos primeros bits en 1 y O. Los siguientes 14 bits se utilizan para la identificación de la red y los restantes 16 para asignar direcciones a los hosts. Existen.

(15) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. 9. 16384 redes clase By cada una tiene 65534 direcciones para los host. Esta clase de dirección es utilizada en su mayoría por los proveedores de servicio de intemet (ISP). La clase C contiene 3 bits fijos en su parte más significativa (1, 1, y O). Esto permite que haya 2097152 redes y cada una con un número de 254 direcciones para host. Estas redes son utilizadas por empresas que requieren un pequeño número de hosts.. o. 31. 78. Red ID. Host ID. a) Dirección Clase A. o. 31. 15 16 Red ID. Host ID. b) Dirección Clase B. o. 31. 23 24. Red ID. Host ID. c) Dirección Clase C. o 1. 31 1. 1. 1. °. Dirección de multidifusión 1. d) Dirección Clase D. o. 31 Reservado. 1. 1. 1. 1. 1. e) Dirección Clase E. Figura 2.2 - Clases de direcciones 1Pv4.. La clase D es diferente a las anteriores ya que, no cuenta con campos destinados para red y host. Su propósito es de multidifusión, mientras que la clase E está reservada para propósitos de investigación. Dentro del rango de direcciones de cada red 1Pv4, existen tres tipos de direcciones: •. •. Dirección de red. Es la primera dirección del grupo de direcciones de una red completa. Es el valor que representa a la red durante la transmisión de paquetes. Esta dirección contiene ceros en la parte host. Dirección de difusión. La dirección de difusión 1Pv4 es una dirección especial para cada red que permite la comunicación a todos los host en esa red. Para enviar datos a todos los hosts de una red, un host puede enviar un solo paquete dirigido a la dirección de difusión de la red. Utiliza la dirección más alta del grupo de direcciones de una red y contiene unos en la parte de host..

(16) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. •. 10. Dirección de host. Cada dispositivo final requiere una dirección única para enviar y recibir paquetes dirigidos. En las direcciones IPv4, se asignan los valores entre la dirección de red y la dirección de difusión a los dispositivos en dicha red.. IPv4 se ha visto mermado por el crecimiento exponencial que ha tenido el Internet desde la década pasada y está lleno de carencias en su diseño, la principal es el número de direcciones que pueden ser utilizadas. El ARIN establece que el total de las direcciones de la clase A, el 62% de la clase B y el 37% de las direcciones de la clase C ya han sido asignadas, desde 1996 y que para el 2011 las direcciones se agotarán. En una búsqueda por mantener en funcionamiento el protocolo IPv4, han aparecido algunas alternativas de solución que solo han ido aplazando la sustitución por el protocolo IPv6. Aparece entonces la división de subredes IP en conjunto con el enrutamiento sin clase entre dominios, como un método que permite dividir direcciones de red en subredes, que pueden ser asignadas como redes independientes dentro del Internet, permitiendo a más organizaciones contar con direccionamiento IP usando un mismo número de red. Otras alternativas son el uso de servidores proxy y del protocolo de traducción de direcciones de red llamado NAT, que usando direcciones IP privadas, requieren solo de una porción de direcciones de una red pública, para enviar paquetes de redes locales hacia Internet. Las direcciones IP privadas son definidas en el RFC 1918 como direcciones que solo se pueden usar en redes locales, pues no están definidas en el protocolo IP para permitir el enrutamiento entre redes de área amplia.. 2.2 Descripción de 1Pv6 Debido a las limitaciones que existen para IPv4 en términos de direccionamiento, enrutamiento y seguridad, una nueva versión del protocolo de Internet fue diseñada por la IETF (1Pv6). El propósito principal del nuevo protocolo es incrementar el espacio de direcciones IP disponibles. (ALJ08) A principios de la década de los 90' s, la IETF comenzó a trabajar para desarrollar el nuevo protocolo que resolviera en primer lugar el problema de saturación de direcciones y además adicionar a este nuevo protocolo algunas características que no se contemplaron en el diseño de IPv4. Sus metas principales eran: • • • • • • • • •. Manejar miles de millones de hosts aunque la asignación de espacios de direcciones fuera ineficiente. Reducir el tamaño de las tablas de enrutamiento. Simplificar el protocolo para un procesamiento más rápido en los enrutadores. Proporcionar mayor seguridad (autenticidad y confiabilidad). Mayor atención al tipo de servicio especialmente en tiempo real. Ayudar a la multidifusión permitiendo la especificación de alcances. Movilidad de host sin necesidad de cambiar de dirección IP. Permitir la evolución del protocolo. Permitir la coexistencia durante años del protocolo anterior con el nuevo..

(17) CAPÍTULO 2 Antecedentes de 1Pv6. 11. Para lograr encontrar el nuevo protocolo, la IETF en diciembre de 1993, distribuyó el RFC 1550, el cual invitaba a todas las partes interesadas a participar dando sus comentarios a cerca de cualquier requerimiento específico que considerarán pertinente incluir durante el proceso de selección del IPng. Se recibieron 21 respuestas las cuales contenían puntos de vista de diferentes industrias. En el RFCl 726, el grupo de investigación IPng definió un conjunto de 17 criterios que serían utilizados para el proceso de evaluación. En base a estos criterios las propuestas fueron revisadas y en enero de 1995, el RFC 1752 presentaba un resumen de las evaluaciones hechas a tres propuestas para el IPng: • • •. Arquitectura Común para el Protocolo de Internet de la Siguiente Generación (CA TNIP). Protocolo de Internet Simple Plus (SIPP). TCP/IP con Direcciones más Grandes (TUBA).. 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.. 2.2.1 Estructura de un datagrama IPv6 Una de las mejoras en el protocolo IPv6, es el incremento en el tamaño de las direcciones. La segunda mejora se refiere a la simplificación del formato del encabezado, donde se eliminan algunos campos y otros se hacen opcionales, lo que permite la reducción de las tablas de enrutamiento y mejora el rendimiento de los enrutadores, al ocupar menos tiempo analizando los campos de los encabezados. Con IPv6 se mantienen bajos los costos de ancho de banda a pesar de que se acrecentaron las direcciones. La tercera mejora es el soporte para extensiones y opciones del encabezado que permitirá agregar nuevas características sin que sea rediseñada la estructura del paquete IP. La cuarta mejora es la capacidad en la calidad de servicio que permite etiquetar paquetes de un flujo en particular y darle un trato especial al momento del enrutamiento. La quinta mejora es la autenticación y privacidad gracias a dos encabezados opcionales que en conjunto nos brindan autenticación, integridad de datos y confidencialidad. El encabezado de IPv6 es solo una evolución de la versión anterior. Se han suprimido algunos campos redundantes u obsoletos y se han ampliado algunas características para hacer frente a las nuevas necesidades de comunicación de paquetes. La nueva estructura de la cabecera del protocolo IP versión 6 se caracteriza principalmente por dos cosas: La primera es que las direcciones ahora son de 128 bits debido al aumento que ha sufrido Internet en los últimos años y la segunda es que con el objetivo de minimizar el tiempo de procesamiento en los enrutadores se adoptan campos de longitud fija. El encabezado IPv6 tiene una longitud de 40 octetos y tal como se ve en la figura 2.3, consta de los siguientes campos: •. Versión. Con 4 bits de longitud, este campo sirve para identificar la versión del protocolo IP, es decir IPv4 ó IPv6..

(18) CAPÍTULO 2 Antecedentes de 1Pv6 Byte 1. 12. Byte 2. Byte 3. Byte 4. 1. Versión. Clase (Class). Tipo de flujo (Flow label). Tamaño de los datos (Payload Length). Siguiente cabecera (Next header). Alcance del datagrama (Hop limit). 40 Bytes. Dirección de origen 128 bits (Source Address) Dirección de destino 128 bits (Destination Address) Datos. Figura 2.3 - Estructura de un datagrama IPv6. Fuente: DES05, Pp.45. •. Clase. Con 8 bits de longitud, este campo está diseñado para que enrutadores de envío y nodos originadores de paquetes identifiquen y distingan entre diferentes clases ó prioridades de paquetes IPv6. • Tipo de flujo. Con 20 bits de longitud, este campo 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. • Tamaño de los datos. Con 16 bits de longitud, este campo 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, tales como TCP, FTP, entre otros. Este campo es similar al llamado longitud total en IPv4, pero a diferencia de este, solo mide los datos después del encabezado. • Siguiente cabecera. Con 8 bits de longitud, sirve para identificar al encabezado que sigue después del encabezado 1Pv6. Un paquete 1Pv6 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. • Alcance del datagrama. Con 8 bits de longitud, este campo es análogo al campo tiempo de vida en 1Pv4, pero a diferencia de este, 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 de origen. Con 128 bits de longitud, este campo contiene la dirección 1Pv6 del nodo que originó el paquete. • Dirección de destino. Con 128 bits de longitud, este campo contiene la dirección 1Pv6 del nodo que se espera sea el destino final del paquete. Este diseño de Ipv6 es más simple que el encabezado de Ipv4 y coloca muchos de los campos actuales en la parte del encabezado opcional evitando así el procesamiento de todas las opciones, lo cual permite una reducción en el encabezado del paquete. El paquete puede contener una o varias extensiones. El orden en que se colocan las extensiones está sugerido en el RFC2460 y se muestra en la Figura 2.4..

(19) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. 13. Byte 1. Byte 2. Byte 3. Byte4. 1. Versión. Clase (Class). Tipo de flujo (Flow label). Tamaño de los datos (Payload Length). Siguiente cabecera (Next header). Alcance del datagrama (Hop limit). Dirección de origen 128 bits (Source Address) Dirección de destino 128 bits (Destination Address) Encabezado de opciones nodo-por-nodo Encabezado de opciones destino Encabezado de ruteo Encabezado de fraamentación Fnr.::1hP7::1rln rlP ::111t?ntir.::1r.inn. Encabezado de seguridad y encapsulación de Payload Encabezado de opciones destino 2 Encabezado de capas superiores. Figura 2.4 - Encabezados de extensión de 1Pv6.. 2.2.2 Direccionamiento en 1Pv6 De acuerdo como está definido en el RFC 1884 existen tres tipos de direcciones 1Pv6 (Figura 2.5) y son los siguientes:. 1. Direccionamiento 1Pv6. Multidifusión. 1. Difusión de grupo. Unidifusión. 1. 1. 1. 1. 1. Agregable Global. Sollcitud de nodo. Enlace local. Agregable Global. Sitio Local. FE80::/10. 2001::/16 2002::/16 3FFE::/16. FEC0::/10. FE00::/8. FE02:: 1:FF00:0000/104. 1. 1. 1 Dirección loopback. Enlace local. Agregable Global. Sitio Local. Compatible 1Pv4. ::/128 ::1/128. FE80::/10. 2001::/16 2002::/16 3FFE::/16. FEC0::/10. 0:0:0:0:0:0::/96. Figura 2.5 - Tipos de direcciones de 1Pv6. Fuente: DES05, Pp.61..

(20) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. 14. Unidifusión. Definidas en el RFC 1887 identifican una sola interfaz. Cuando un paquete es enviado a una dirección de unidifusión, este solamente es entregado a la interfaz que tenga dicha dirección. Existen tres tipos de direcciones y estos son:. •. • •. Global: Las direcciones unidifusión globales son direcciones de Internet, es decir, tienen significado y pueden ser enrutadas por Internet, ya sea de manera nativa si así lo permite la infraestructura de red, ó por medio de túneles. Sitio: Este tipo de direcciones identifica una interfaz dentro de un dominio IPv6, pero no pueden ser enrutadas fuera de él, ya que pierden significado. Local: Este tipo de direcciones sirven para identificar una interfaz únicamente dentro de un mismo segmento de red local, fuera de él pierden totalmente su valor.. La figura 2.6 presenta la arquitectura de las direcciones unidifusión, así como un ejemplo de ellas. Existen también algunos prefijos ya establecidos para las direcciones unidifusión como los que se muestran a continuación: • • •. 2001::/16 utilizado en redes de producción y en Internet 6 2002::/16 utilizado para configurar túneles 6to4 3FFE: :/16 utilizado en la red principal de pruebas 6Bone. Multidifusión: Identifica a un conjunto de interfaces. Este tipo de direcciones son muy parecidas a las direcciones de difusión amplia que maneja IPv4, es decir, un paquete que es enviado a una dirección multidifusión es entregado a todas las interfaces identificadas por dicha dirección. 3 bits. 45 bits. 16 bits. 64 bits. SLA. ID Interface. +---+ - - - - - - - 001. Prefijo de ruteo global. Direcciones Locales Fe80:230:84ff:fe87:cca4/1 O l l 8-n bits. n bits. 10 bits 11i. 1111. o. 1111111010. ID Interface. Direcciones de Sitio Fec0::e7b6:0207:e9ff:fe90:8461 1Obits 1111. 38 bits lli. 1111111011. 16 bits lli. 1111. o. I. 64 bits lli - - - - - - - - - - - - .. 1111. ID Subred. I. ID Interface. Figura 2.6 - Arquitectura de las direcciones Unicast.. Difusión de grupo: Identifica a un conjunto de interfaces. A diferencia de las direcciones multidifusión, un paquete que es enviado a una dirección difusión de grupo, es entregado a una de las interfaces identificadas por dicha dirección (la más cercana de acuerdo al protocolo de.

(21) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. 15. enrutamiento ). El RFC 1884 da una referencia sobre posibles usos para este tipo de direcciones, entre ellos están: • • •. Identificación de un conjunto de enrutadores pertenecientes a un ISP. Identificación de un conjunto de enrutadores agregados a una subred particular. Identificación de un grupo de enrutadores que sirven como entrada a un dominio en particular.. La representación de direcciones de 1Pv6 RFC2373, ahora se hace con números de 128 bits. El formato se compone de 8 campos de 16 bits cada uno y separados cada uno por el signo de 2 puntos (:). Ahora la dirección se escribe convirtiéndola en su valor hexadecimal, con lo que es más sencillo manejar las direcciones de 32 dígitos hexadecimales que las direcciones de 128 dígitos binarios. Existe un método de compresión para representar estas direcciones y que sean más fáciles de manejar por las personas, tomando en cuenta que pudieran existir varios ceros consecutivos en una dirección Por ejemplo: La dirección 3FFE:OBOO:OC18:0001 :0000:1234:AB34:0002 Se comprime en 3FFF:BOO:C 18: 1:O: 1234:AB34:2. 2.3 Transición de 1Pv4 a 1Pv6 La IETF ha trabajado en el desarrollo de 1Pv6 para remplazar al actual Protocolo 1Pv4. Las motivaciones para esto, se describen en el subtema 2.1. Uno de los grandes cambios en el desarrollo de 1Pv6 es la migración de la infraestructura de 1Pv4 para que soporte el nuevo protocolo. Para asegurar una migración completa el grupo para la transición de 1Pv6 de la IETF ha trabajado en varias estrategias, herramientas y mecanismos. Esta transición llevará algún tiempo, por lo que se han diseñado mecanismos de coexistencia y comunicación entre ambos protocolos, además de trabajos y estrategias emergentes para el trabajo conjunto de los protocolos IPV4 e 1Pv6. En general los mecanismos de transición encapsulan paquetes de 1Pv6 en paquetes de 1Pv4 y son transportados sobre la infraestructura de 1Pv4, lo que durará solo el tiempo que tarde la transición. (RAI03). 2.3.1 Mecanismos de coexistencia entre 1Pv4 e 1Pv6 Los mecanismos de transición que son la solución al problema de coexistencia de ambos protocolos se dividen en tres clases principales (dual stack, túneles y traducción de protocolos):. Dual stack. Este mecanismo de transición permite a un enrutador, host o servidor utilizar el protocolo 1Pv4 y el protocolo 1Pv6 simultáneamente, lo que trae consigo dos grandes ventajas: por un lado un nodo con doble protocolo puede comunicarse con nodos que solo tienen un protocolo 1Pv4 de manera nativa y por el otro también puede comunicarse con nodos que solo tengan habilitado el protocolo 1Pv6 de manera nativa. Su principal desventaja es la necesidad de contar con una infraestructura de red que soporte el tráfico 1Pv6 de manera nativa..

(22) CAPÍTULO 2 Antecedentes de 1Pv6. 16. Antes de que poder utilizar la capacidad del dual stack sobre un nodo, es necesario modificar las aplicaciones basadas en 1Pv4 para que éstas también soporten 1Pv6, ya que el API de las aplicaciones basadas en 1Pv4, está codificado para utilizar únicamente direcciones de 32 bits. Como se muestra en la Figura 2. 7(a).. Aplicaciones. Aplicaciones. TCP. ( (. Stack 1Pv4. J. Red Local SS,XJJ. UDP. 4%At:;;14)lkil. ]. (a). Aplicaciones que solo utilizan el Stack 1Pv4 para enviar paquetes. [. 44>&4 z. Red Local qa. $U. l#AtHUU. ). (b) Aplicaciones que soportan ambos Stack para enviar paquetes. Figura 2. 7 - Arquitectura de dual stack.. Las aplicaciones que soportan únicamente el protocolo 1Pv4 pueden utilizar TCP o UDP como capa de transporte para entregar los datos, después estos datos llegan al protocolo 1Pv4, en donde son puestos dentro de paquetes 1Pv4. Estos paquetes 1Pv4 más tarde son llevados a la interfaz de red. Cuando las aplicaciones son modificadas para soportar 1Pv6 tal como se ve en la Figura 2. 7 (b), éstas pueden llamar la función del API correcta que pueda manejar direcciones de 128 bits. Así los datos que llegan al dual stack pueden seleccionar cuál de ellos utilizar para generar los paquetes. La selección se puede hacer de dos formas: •. •. Manual. Cuando el usuario conoce la dirección 1Pv6 del nodo destino. Para aplicaciones web es necesario utilizar el formato para direcciones en un URL tal como está definido en el RFC2732. El uso de direcciones manualmente establecidas solo es recomendable para propósitos de depuración, en lo posible debe utilizarse un servicio de nombrado. Utilizando un servicio de nombrado. Se puede configurar un Nombre de Dominio Completamente Calificado (FQDN) en un servidor de nombrado DNS con ambas direcciones 1Pv4 e 1Pv6 y eventualmente este puede ser consultado para proveer información acerca de la disponibilidad de un nodo sobre 1Pv4 o 1Pv6. Una aplicación que soporta ambos protocolos 1Pv4 e 1Pv6, solicitará al servicio de nombrado le resuelva ambos tipos de direcciones, pero generalmente dará preferencia a las direcciones 1Pv6..

(23) 17. CAPÍTULO 2 Antecedentes de 1Pv6. Túneles. Este mecanismo de transición permite a un enrutador 1Pv6, host 1Pv6 o servidor 1Pv6 comunicarse con otras redes 1Pv6 a través de la infraestructura 1Pv4 actual. Esta técnica consiste en encapsular los paquetes 1Pv6 dentro de paquetes 1Pv4 y entonces enviarlos sobre una red 1Pv4 a un nodo 1Pv4 destino, el cual se encargará de extraer los paquetes 1Pv6 y entregarlos a su destino final. La principal ventaja de éste mecanismo de transición es que solo es necesario tener un dual stack en los nodos que servirán como extremos del túnel. Su principal desventaja es el retardo adicional ocasionado por el encapsulado y desencapsulado de paquetes 1Pv6 en datagramas 1Pv4, así como el tráfico de un mayor número de paquetes ocasionado por la reducción de espacio para datos en los datagramas 1Pv4 que contienen dentro paquetes 1Pv6. Para el desarrollo de 1Pv6 sobre una infraestructura existente 1Pv4 los túneles proveen una manera básica de comunicación entre hosts o islas de hosts 1Pv6 utilizando 1Pv4 como medio de transporte. En la figura 2.8 un túnel es creado para comunicar dos islas de hosts 1Pv6 sobre el Internet. Los enrutadores encargados de administrar el túnel deben tener configurado un dual stack para poder encapsular los paquetes 1Pv6 en datagramas 1Pv4 y viceversa.. Nodo. Nodo. 1Pv6. 1Pv6. Red 1Pv4 Túnel. , Nodo. Nodo. 1Pv6. 1Pv6 Figura 2.8 - Túnel entre redes 1Pv6 a través de la infraestructura de IPv4. Fuente: DES05, Pp.235.. Existen tres posibles escenarios de implementación de un Túnel (Figura 2.9): • •. •. Host a host: Esta arquitectura requiere que ambos hosts tengan un dual stack configurado y solo permite el establecimiento de sesiones 1Pv6 extremo a extremo entre ellos. Host a enrutador: Hosts con un dual stack pueden establecer un túnel con un enrutador que también cuente con un dual stack. El enrutador puede tener conectividad 1Pv6 nativa sobre otra interfaz por lo que esta arquitectura permite el establecimiento de sesiones 1Pv6 extremo a extremo entre cualquier host de la red 1Pv6 y el host aislado a través del enrutador. Enrutador a enrutador: Enrutadores con un dual stack sobre una red 1Pv4 pueden establecer un túnel hacia otro enrutador con dual stack. Estos enrutadores pueden ser utilizados para interconectar redes de hosts 1Pv6, por lo que cualquier host puede establecer sesiones 1Pv6 extremo a extremo con otro host de la otra red 1Pv6..

(24) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6 Host dual stack. 18 Host Red IPv4. Host dual stack. Red lPv4 Túnel. Figura 2.9 - Escenarios para la creación de un túnel. Fuente: DESOS, Pp. 238.. Traducción de protocolos. Este mecanismo de transición permite a un nodo que solo cuenta con el protocolo 1Pv6 habilitado dentro de una red 1Pv6, comunicarse con otro nodo que solo tiene el protocolo 1Pv4 habilitado dentro de una red 1Pv4. Sin embargo, ésta técnica requiere tener habilitados mecanismos de traducción entre 1Pv4 e 1Pv6 en las orillas de ambas redes (enrutadores). La principal desventaja es que todo el peso de este mecanismo de transición recae en los dispositivos encargados de hacer dicha traducción, a los que no siempre se tiene acceso. Este mecanismo es necesario y será usado por un host origen que usa 1Pv6, pero el host destino no entiende ese protocolo. Es necesario este mecanismo para convertir el encabezado de 1Pv6 en un encabezado de Ipv4 para que sea entendido por el host destino (Figura 2.1 O). Existen dos casos donde se recomienda usarlo; cuando el paquete 1Pv4 llega desde una zona 1Pv4 y será convertido en un paquete Ipv6 para llevarlo a una zona de Ipv6 y cuando un paquete de Ipv6 viene de una zona de lpv6 y requiere ser convertido en un paquete 1Pv4 para ser llevado a una zona de 1Pv4. (ALJ08). Host 1Pv6. Encabezado 1Pv6. Encabezado 1Pv4. Datos. Datos. Traductor. Host 1Pv4. Figura 2. JO - Mecanismo de traducción de protocolos.. El mecanismo de traducción tiene algunas limitaciones tales como que el número de conexiones simultáneas es limitado y depende de la capacidad del traductor. Algunos protocolos como DNS, FTP, e ICMP que usan direcciones IP en sus paquetes, no pueden ser traducidos de manera.

(25) CAPÍTULO 2 Antecedentes de 1Pv6. 19. precisa. En general algunos protocolos de seguridad tal como IPSec no son compatibles con el dispositivo de traducción. 2.3.2 Avances recientes relacionados con la transición a 1Pv6 Conociendo los mecanismos de coexistencia de los protocolos 1Pv4 e 1Pv6, existen algunos trabajos de desarrollo de nuevas estrategias o mecanismos de transición que mejoran el desempeño de los actuales. El sistema de mapeo bidireccional desarrollado por AlJa'afreh y sus colaboradores, es un trabajo con el propósito de identificar dos direcciones públicas (1Pv4 e 1Pv6) para cada sesión de comunicación, entendiendo el datagrama recibido, capturándolo e identificando el encabezado, convirtiendo el encabezado, transformando el datagrama al ambiente destino y transmitiendo el datagrama a la dirección destino. Este proyecto consiste de un servidor de nombres de dominio versión 4 (DNS4) y un servidor de nombres de dominio versión 6 (DNS6) además de una puerta de enlace V4-V 6. El resultado de este nuevo mecanismo es la reducción del tamaño del paquete comparado con el método de encapsulamiento en el mecanismo de túnel y reduce el costo de actualizaciones de nodos en el mecanismo de dual stack. (ALJ08) Otro de los trabajos realizados para un nuevo mecanismo de transición es el uso de un servidor proxy que Zhengsong y compañeros desarrollaron por medio de un socket API para Ipv6 y un dual stack 1Pv4/1Pv6 que lo convierte en una técnica de trabajo entre protocolos. Se divide en dos partes: Un servidor proxy y una interfaz de cliente. La transición propuesta en este artículo actualmente es aplicada en el programa de Internet de próxima generación entre China y Japón. Como resultado en la prueba del prototipo se tiene una integración en las funciones y gran desempeño con alta viabilidad de implementación. (ZHE06) Wanming y sus colaboradores proponen un diseño e implementación de un traductor 1Pv4/1Pv6 usando procesadores de red Intel IXP 1 200 y se enfoca en tres áreas: 1) uso efectivo de los recursos del procesador de red, 2) Diseño e implementación de un avanzado control en un S.O. común, y 3) Tolerancia a fallas en el sistema completo. El resultado lleva a contar con flexibilidad y procesamiento en paralelo que resuelven la tolerancia a fallos y otorga gran velocidad de traducción. (W AN08) Raicu y Zeadally, examinan y evalúan de manera empmca dos mecanismos de transición nombrados 6-over-4, y túneles 1Pv6 en 1Pv4, y como se relacionan con el desempeño de 1Pv6. Exploran el impacto en el desempeño de aplicaciones de usuario usando métricas como tasa real de transferencia, latencia, utilización de procesador, tiempo de conexiones de TCP y el número de conexiones de TCP por segundo que un cliente puede establecer con un servidor remoto. Lo experimentos son conducidos usando enrutadores dual stack y dos estaciones con Windows 2000 que tienen dual stack también. Como resultado de la evaluación encontraron que el mecanismo de transición entre dos host durante la encapsulación aumenta en un 66 porciento el desempeño del procesador comparado con un túnel 1Pv6. (RAI03) El grupo 1Pv6-Fix formado por Hiromi y colaboradores investigan las potencialidades de 1Pv6 para conocer los problemas de la implementación de dual stack derivados de la especificación, implementación y operación de la red. Los resultados muestran algunos aspectos con los que hay que tener cuidado cuando se quiere hacer la transición entre 1Pv6 e 1Pv4. Los más importantes.

(26) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. 20. son la intercepción de paquetes donde al existir más de un servidor DHCP en la red pudiera crear confusión en los clientes, o la mala configuración de un cortafuegos que intercepta paquetes ICMPv6 y no puede adecuarlos al tamaño de MTU entre los hosts origen y destino. Otros serían la inapropiada operación de la red con operaciones inestables del DNS, la configuración de calidad de servicio en el uso de los túneles e inconsistencias en el diseño de la tolerancia a fallos. (HIR06) Surge una propuesta de requerimiento que el gobierno de Estados Unidos hizo a sus agencias de administración y presupuestos donde les indica que para junio de 2008 su infraestructura en la red principal debe usar 1Pv6. El 1Pv6 cuenta con mejoras importantes con respecto al protocolo anterior, estas se encuentran principalmente en: el encabezado de IP que es más ligero, es un protocolo extendible a futuro, hizo modificaciones en seguridad, modificaciones en movilidad, mejora la calidad de servicio, así como la autoconfiguración. Algunas estrategias han surgido para el trabajo conjunto entre 1Pv4 e 1Pv6 tales como el CIDR, NA T, y mecanismos de túneles. (FRA08). 2.4 Asignación de direcciones 1Pv6 Existen dos mecanismos de autoconfiguración de direccionamiento 1Pv6 que son stateful y stateless. El primero depende de la configuración manual que se hizo en un servidor de direcciones DHCPv6 que incluye los datos de servidor DNS, prefijos y puertas de enlace y el segundo se basa en la obtención de una dirección de enlace local, tomando un prefijo de dirección de un enrutador de la red local. (CHI06) Después de ver la manera en que se han ido agotando las direcciones 1Pv4, es necesario en 1Pv6 hacer una distribución y asignación de clases de forma similar. Una de las decisiones de los diseñadores fue no consumir todo el espacio de direcciones, realizando una partición en subgrupos independientes. Las direcciones no están repartidas en secciones del mismo tamaño. La figura 2.11 muestra la división de direcciones. 2.4.1 Asignación de direcciones Para 1Pv6, la jerarquía de las direcciones agregables globales está organizada en tres niveles: la topología pública, la topología de un sitio, y el identificador de la interfaz RFC 2374. • •. La topología pública es un conjunto de proveedores y compañías que ofrecen servicios de intercambio de tráfico en el Internet público. La topología de sitio es local para un dominio u organización específica, pero no provee servicios de tráfico público a nodos fuera de su sitio.. El identificador de interfaz provee una identificación única para las interfaces de un sitio específico. Así, la arquitectura basada en agregaciones, incluirá también tres niveles para la asignación de direcciones, los grandes proveedores de transporte ofrecerán servicios de conectividad. A cada uno de sus clientes ISP, le asignarán un identificador único y usará el suyo propio y el de su cliente para asignar bloques de direcciones. A su vez el ISP podrá asignar una identificación única para cada red física (o suscriptor) que por ende, representa a cada uno de sus clientes. Es importante señalar que por sus características, los proveedores de intercambio.

(27) CAPÍTULO 2 Antecedentes de /Pv6. 21. podrían estar conectados a múltiples proveedores y por tanto proporcionar este múltiple acceso a sus clientes. La figura 2.12 muestra los niveles mencionados. Prefijo binario. Tipos de Direcciones 1Pv6. o o o o o o o o. o o o o o o o. o o o o o o o o. o o o o. Reservada. o o o o o o o o o o o 1. o. Sin Asignar. Reservada para compatibilidad 1Pv4 Sin Asignar. Reservada. Sin Asignar Sin Asignar. o o o o o 1 o o o o. Direcciones de unidifusión agregable global Sin Asignar Sin Asignar Sin Asignar Sin Asignar Sin Asignar. o. Sin Asignar. o. Sin Asignar. o 1. Sin Asignar. o. Sin Asignar. 1. o. 1. o o. o. Sin Asignar. o. Direcciones de unidifusión de enlace local Direcciones de unidifusión de sitio local Direcciones de multidifusión. Figura 2.11 - Arquitectura de direccionamiento IPv6. r··-··-··-··-··-··-··-··-··-··-··--·-··-··-··-··-··-··-··-··-··-··- ··-··--·-r·--·-··-··-··--·-··T··-··-··-··-··-··-··-··-··-··-··-··,. ¡. i Topología !Topología de. T . . bl' opo 1ogia pu ica. :1 .. :1 de sitio .. !1 Interface. .. 3. 13. 8. 24. 16. 64. FP. TLA ID. I RES I. NLA ID. SLA ID. ID de interface. Prefijo del proveedor ¡ Prefijo de ISP Prefijo de suscriptor Figura 2.12 - Direcciones de unidifusión de agregación global.. ! !1 ..