3.3 Protocolo Internet (IP)

Redes de Comunicaciones en PDF.
Subsecciones

La versión más utilizada de IP (Internet Protocol) todavía es la 4 (IPv4), la primera versión estable que se publicó. La versión 5 es experimental y la versión 6 está sustituyendo progresivamente a la versión 4.

IP utiliza un esquema de red no fiable de datagramas o paquetes independientes. En particular, en IP no se necesita ninguna configuración antes de que un equipo intente enviar paquetes a otro con el que no se había comunicado antes.

Aunque IP define clases de paquetes, no provee ningún mecanismo para determinar si un paquete alcanza o no su destino, ni verifica la integridad de los datos transmitidos. Al no garantizar nada sobre la recepción del paquete, éste podría llegar dañado, en otro orden con respecto a otros paquetes, duplicado o simplemente no llegar. Si se necesita fiabilidad, ésta es proporcionada por los protocolos de la capa de transporte, como TCP.

En v4 verifica la integridad de sus cabeceras (mediante checksums o sumas de comprobación), pero en v6 ya no.

3.3.2 Direccionamiento y encaminamiento

Los aspectos principales de IP son el direccionamiento y el encaminamiento. Cada interfaz de red (NIC: Network Interface Card) se identifica por medio de una dirección IP unívoca. Además cada NIC está asignado a una subred. La clasificación de redes estaba definida inicialmente en la propia dirección IP, pero en 1993 IETF definió el sistema CIDR (Classless Inter-Domain Routing) que estableció la gestión de subredes mediante el uso de la máscaras de red¹⁰.

Una red IP (o una subred) comprende un rango de direccionamiento IP. Cuando un equipo va a enviar un paquete a otro equipo -identificado por su dirección IP- comprueba si la dirección del destinatario está en su misma subred. En caso de ser así emite el mensaje dando por supuesto que el equipo destinatario será capaz de escucharlo (como debería ser si la configuración es correcta y el otro equipo está operativo). Si el equipo destinatario está en otra red diferente a la del remitente, éste enviará el mensaje a la puerta de enlace (gateway) que tenga configurada -si la tiene-.

Podemos apreciar que un equipo sin puerta de enlace solo será capaz de comunicarse con su propia subred, y que la puerta de enlace de un equipo debe encontrarse en su misma subred.

Las cabeceras IP contienen las direcciones de las máquinas de origen y destino (direcciones IP), direcciones que serán usadas por los conmutadores de paquetes (switches) y los encaminadores (routers) para decidir el tramo de red por el que reenviarán los paquetes.

La configuración IP (dirección, máscara y pasarela) puede asignarse de manera estática (especificándose en cada equipo) o dinámica, mediante DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Puede generar confusión el que se suele decir que un equipo tiene IP fija si siempre tiene la misma dirección IP y que tiene IP dinámica si su dirección IP varía con el tiempo. Sin embargo puede asignarse siempre la misma dirección al mismo equipo dinámicamente por DHCP.

3.3.3 Fragmentación en v4

En IPv4 si el paquete a transmitir supera el tamaño máximo negociado (MTU: Maximum Transmission Unit) en el tramo de red por el que va a circular, podrá ser dividido en paquetes más pequeños, y reensamblado luego cuando sea necesario. Estos fragmentos podrán ir cada uno por un camino diferente dependiendo de la congestión de las rutas en cada momento. Si uno de los fragmentos se pierde, todo el paquete original se considerará perdido, y los restantes fragmentos se descartarán.

Esto puede ocurrir por ejemplo con los protocolos ICMP o UDP, pero no con el protocolo TCP que adapta su tamaño de paquete para que no deba ser fragmentado. Para ello al inicio de la comunicación utiliza una técnica de tanteo enviando paquetes IP con el bit No fragmentar activado para encontrar el tamaño de MTU adecuado¹¹.

IP no establece un MTU máximo, pero sí establece un MTU mínimo de 576 bytes para v4 y 1280 bytes para v6 que no permite fragmentación (solo en origen)¹².

3.3.4 Direccionamiento v4

Una dirección IP es un número que identifica de manera lógica y jerárquica a una interfaz de red (NIC). IPv4 utiliza un direccionamiento de 4 bytes que permite aproximadamente 4.295 millones de direcciones (2³²), un número inadecuado para dar una dirección a cada persona del planeta, y mucho menos para cada coche, teléfono, PDA o tostadora, lo que obliga a usar direccionamientos privados y NAT; mientras que el direccionamiento de 16 bytes de IPv6 soporta aproximadamente 340 sextillones de direcciones (2¹²⁸) -aproximadamente 670 mil billones de direcciones por cada mm2 de la superficie de La Tierra-.

En IPv4 las direcciones de 4 bytes (32 bits) se escriben en formato decimal punteado, es decir, 4 números decimales separados por puntos, representando cada uno 8 bits. Por tanto cada número debe estar en el rango [0-255].
Por ejemplo: 127.0.0.1.

3.3.5 Rangos de direcciones IPv4 reservadas (Intranets)

Dado que no puede haber dos interfaces con la misma dirección IP, dichas direcciones las otorgan organismos y entidades especialmente designadas, que delegan dicha autoridad jerárquicamente¹³. De este modo, los ISPs (proveedores de Internet, Internet Services Provider) disponen de rangos de IP que pueden otorgar.

Cuando un equipo se conecta a Internet necesita una IP pública ya sea variable o fija, que le proporciona su ISP.

Existen rangos de direcciones IPv4 que no se utilizan en la red pública, sino que están reservadas para redes internas (intranets) cuyos equipos no disponen de conexión directa a Internet. Al reutilizarse los mismo rangos en todas las organizaciones todavía se consigue disponer de suficientes direcciones IP públicas para todos... aunque el límite ya casi se ha alcanzado¹⁴. Al utilizar direccionamiento privado, si se conecta dicha red privada a Internet, la pasarela obtiene una IP pública con la se conectan todos los equipos de la red privada utilizando una técnica llamada NAT (Network Address Translation).

Los rangos de IP v4 reservados para intranets son:

1 rango clase A: 10.x.x.x
16 rangos clase B: 172.16.x-172.31.x
256 rangos clase C: 192.168.0.x-192.168.255.x
1 rango clase B para enlace local¹⁵: 169.254.x.x

3.3.6 Clases de direcciones IP v4

Originalmente existían cinco clases de direcciones IP, indicadas por el primer 0 de los 4 primeros bits, pero solo se utilizan las tres primeras:

Clase A: 7 bits de red || 24 bits de equipo (host), indicada por un 0 en el primer bit de dirección IP
0xxx xxxx.||xxxx xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx (0.0.0.0-127.255.255.255)
Clase B: 14 bits de red || 16 bits de equipo, indicada por un 0 en el segundo bit de dirección IP
10xx xxxx.xxxx xxxx.||xxxx xxxx.xxxx xxxx (128.0.0.0-191.255.255.255)
Clase C: 21 bits de red || 8 bits de equipo, indicada por un 0 en el primer bit de dirección IP
110x xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx.||xxxx xxxx (192.0.0.0-223.255.255.255)
Clase D: Multicasting, no utilizable
1110 xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx (224.0.0.0-239.255.255.255)
Clase E: Experimental, no utilizable
1111 xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx (240.0.0.0 - 255.255.255.255)

3.3.7 Máscara de red

Como ya se ha dicho, el sistema de clases de red de IP quedó pronto sobrepasado, por lo que la IETF estableció en 1993 el sistema CIDR (Classless Inter-Domain Routing) que eliminó el uso de clases de direcciones IP y estableció la gestión de subredes mediante el uso de la máscaras de red. En IPv6 el concepto de clases se ha abandonado definitivamente.

Una máscara de red es un prefijo de n bits de valor 1 que se aplica sobre las direcciones IP y que se indica /n. Así en IPv4 una máscara puede tener hasta 32 bits y en IPv6 hasta 128 bits.

Para conocer si dos direcciones IPs se encuentran en la misma subred basta con realizar una operación binaria AND entre la máscara y cada dirección; si el resultado es el mismo es que están en la misma red.

En IPv4 la máscara se puede especificar con la notación CIDR (/n) o con la misma notación que las direcciones IP.

Para IPv4 se definen tres clases de red básicas basadas en máscaras:

Clase A: máscara de 8 bits (/8) o 255.0.0.0
Clase B: máscara de 16 bits (/16) o 255.255.0.0
Clase C: máscara de 24 bits (/24) o 255.255.255.0

Por ejemplo, dada la dirección IP 192.168.1.4 con máscara de 24 bits (/24 o 255.255.255.0).
La dirección en binario es: 1100 0000.1010 1000.0000 0001.0000 0100.
La máscara en binario es: 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000.

Realizamos un AND binario entre dirección y máscara para obtener la red en la que se encuentra dicha dirección:

1100 0000.1010 1000.0000 0001.0000 0100 [192.168.1.4] IP

AND 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000 [255.255.255.0] Máscara

----------------------------------

1100 0000.1010 1000.0000 0001.0000 0000 [192.168.1.0/24] RED

Para indicar la red de la dirección 192.168.1.4 con máscara de 24 bits puede escribirse en el formato CIDR como 192.168.1.0/24 y en el formato decimal punteado como 192.168.1.0/255.255.255.0.

Es fácil ver por tanto que dada una dirección IP a.b.c.d:

La red de clase A (/8) estará formada por todas las direcciones a.x.x.x (red a.0.0.0/8)
La red de clase B (/16) estará formada por todas las direcciones a.b.x.x (red a.b.0.0/16)
La red de clase C (/24) estará formada por todas las direcciones a.b.c.x (red a.b.c.0/24)

3.3.8 Direccionamientos reservados

IPv4 contempla una serie de direcciones con significado especial y que por tanto no pueden utilizarse en interfaces de red normales:

127.x.x.x -> loopback (p.e. 127.0.0.1)
Todos los bits a 0 -> equipo local
Todos los bits a 1 (255.255.255.255) -> todos los equipos (difusión, broadcast)
Todos los bits de equipo a 1 -> todos los equipos de la red (difusión limitada, multicast)
Todos los bits de red a 0 -> un equipo de la red local

3.3.9 Generación de Subredes

Cuando disponemos de redes grandes y complejas, es interesante crear subredes, lo que facilita su administración.
Para crear subredes modificamos las máscaras de red, incrementando la cantidad de bits a 1 de la máscara.
El número n de bits a 1 de la máscara nos proporciona la cantidad de subredes generadas (2ⁿ-2) y el número m de bits a 0 el número de equipos permitidos (2^m-2).

3.3.9.1 Limitación

Se puede comprobar que en realidad se generan 2ⁿ subredes de 2^m equipos, pero por las restricciones de direccionamiento, solo podemos utilizar 2ⁿ-2 y 2^m-2, ya que no se permiten las direcciones con todos los bits de red y/o todos los bits de equipo (host) con el mismo valor (todos a 1 o todos a 0), ya que son direcciones especiales.
En concreto el octeto 1000 0000 (128) no se debe utilizar para crear subredes porque generaría dos subredes que no se deben usar (todo 0 o todo 1 en el bit de red). Del mismo modo 255.255.255.254 es una máscara inútil porque solo permite dos direcciones que no se pueden usar (todo 0 o todo 1 en el equipo).

Algunas implementaciones (llamadas subnet-zero) sí utilizan esas dos subredes (y también la máscara 128), pero no es una utilización correcta y en redes complejas puede generar problemas inesperados.

3.3.9.2 Tabla resumen de subredes

Bits Subred / Equipo	1 / 7 * sxxx xxxx	2 / 6 ssxx xxxx	3 / 5 sssx xxxx	4 / 4 ssss xxxx	5 / 3 ssss sxxx	6 / 2 ssss ssxx	7 / 1 * ssss sssx	8 / 0 * ssss ssss
Subredes / Rango	2 / 128 * sxxx xxxx	4 / 64 ssxx xxxx	8 / 32 sssx xxxx	16 / 16 ssss xxxx	32 / 8 ssss sxxx	64 / 4 ssss ssxx	128 / 2 * ssss sssx	256 / 1 * ssss ssss
Máscara	128 * 1000 0000	192 1100 0000	224 1110 0000	240 1111 0000	248 1111 1000	252 1111 1100	254 * 1111 1110	255 * 1111 1111
Rangos efectivos (utilizables)	[0] * Inútil	[2] 64-128	[6] 32-64-96- 128-160-192	[14] 16-32-48- 64-80-96- 112-128-144- 160-176-192- 208-224	[30] 8-16-24- 32-40-48- ... 200-208-216- 224-232-240	[62] 4-8-12- 16-20-24- ... 232-236-240- 244-248	[126] 2-4-6-8- ... 250-252 *Inútil en el último octeto de la máscara	[254] * Se pasa de una red a 254 redes de clase inferior.

En la primera fila vemos los bits de la máscara de red que dedicamos a crear subredes, marcados con s, y los bits que dedicamos a equipos, marcados con x (p.e. en la tercera columna dedicamos 3 a subredes y 5 a equipos sssx xxxx).
En la segunda fila vemos el número de subredes creadas (2^s) y el rango de equipos en cada subred (2^x). Recordemos que siempre hay dos subredes y dos equipos por subred que no son utilizables (todo 0 y todo 1).
La tercera fila indica el valor decimal de la máscara. Se puede obtener para cada celda fácilmente sumando al valor de la celda izquierda con el rango de la celda superior. P.e.: 128 + 64 = 192; 240 + 8 = 248 ...
La cuarta fila nos indica los rangos efectivos (utilizables). Por ejemplo en la columna 3 -máscara 224-, si los rangos son de 32 direcciones y no podemos usar ni el primer rango (todos los bits de red a 0) ni el último (todos los bits de red a 1), los rangos resultantes serán 32-64-96-128-160-192.
Nótese que en ningún caso se utilizan ni la primera ni la última subred (la que empieza en 0 y la que acaba en 255). La penúltima columna (máscara 254) no se puede utilizar en el último octeto (obtendríamos redes inviables de 2 equipos).

3.3.9.3 Ejemplos de subredes

Ejemplo 1 con red tipo B:
Rango de direcciones: 172.16.x.x (máscara inicial /16 o 255.255.0.0)
Queremos crear 6 subredes -> Tomamos la máscara 255.255.224.0 (111|0 0000)
Cada subred tiene un rango de direcciones de 32*255 -2 (x xxxx): [32-64-96-128-160-192]
Rangos de direcciones IP obtenidos:

172.16. 32.1 - 172.16. 63.254 (001|0 0000.0000 0001 - 001|1 1111.1111 1110)

172.16. 64.1 - 172.16. 95.254 (010|0 0000.0000 0001 - 010|1 1111.1111 1110)

172.16. 96.1 - 172.16.127.254 (011|0 0000.0000 0001 - 011|1 1111.1111 1110)

172.16.128.1 - 172.16.159.254 (100|0 0000.0000 0001 - 100|1 1111.1111 1110)

172.16.160.1 - 172.16.191.254 (101|0 0000.0000 0001 - 101|1 1111.1111 1110)

172.16.192.1 - 172.16.223.254 (110|0 0000.0000 0001 - 110|1 1111.1111 1110)

Ejemplo 2 con red tipo A:
Rango de direcciones: 10.x.x.x (máscara inicial /8 o 255.0.0.0)
Queremos crear 2 subredes -> Tomamos la máscara 255.192.0.0 (11|00 0000)
Cada subred tiene un rango de direcciones de 64*255*255 -2 (xx xxxx): [64-128-192]
Rangos de direcciones IP obtenidos:

10. 64.0.1 - 10.127.255.254 (01|00 0000.0000 0000.0000 0001 - 01|11 1111.1111 1111.1111 1110)

10.128.0.1 - 10.191.255.254 (10|00 0000.0000 0000.0000 0001 - 10|11 1111.1111 1111.1111 1110)

Ejemplo 3 con red tipo B:
Rango de direcciones: 172.18.x.x (máscara inicial /16 o 255.255.0.0)
Queremos crear 14 subredes -> Tomamos la máscara 255.255.240.0 (1111| 0000)
Cada subred tiene un rango de direcciones de 16*255 -2 (xxxx): [16-32-48-64-80-96-112-128-144-160-176-192-208-224-240]
Rangos de direcciones IP obtenidos:

172.18. 16.1 - 172.18. 31.254 (0001| 0000.0000 0000.0000 0001 - 0001| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18. 32.1 - 172.18. 47.254 (0010| 0000.0000 0000.0000 0001 - 0010| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18. 48.1 - 172.18. 63.254 (0011| 0000.0000 0000.0000 0001 - 0011| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18. 64.1 - 172.18. 79.254 (0100| 0000.0000 0000.0000 0001 - 0100| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18. 80.1 - 172.18. 95.254 (0101| 0000.0000 0000.0000 0001 - 0101| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18. 96.1 - 172.18.111.254 (0110| 0000.0000 0000.0000 0001 - 0110| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.112.1 - 172.18.127.254 (0111| 0000.0000 0000.0000 0001 - 0111| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.128.1 - 172.18.143.254 (1000| 0000.0000 0000.0000 0001 - 1000| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.144.1 - 172.18.159.254 (1001| 0000.0000 0000.0000 0001 - 1001| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.160.1 - 172.18.175.254 (1010| 0000.0000 0000.0000 0001 - 1010| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.176.1 - 172.18.191.254 (1011| 0000.0000 0000.0000 0001 - 1011| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.192.1 - 172.18.207.254 (1100| 0000.0000 0000.0000 0001 - 1100| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.208.1 - 172.18.223.254 (1101| 0000.0000 0000.0000 0001 - 1101| 1111.1111 1111.1111 1110)

172.18.224.1 - 172.18.239.254 (1110| 0000.0000 0000.0000 0001 - 1110| 1111.1111 1111.1111 1110)

Ejemplo 4 con red tipo C:
Rango de direcciones: 192.168.2.x (máscara inicial /24 o 255.255.255.0)
Queremos crear 6 subredes -> Tomamos la máscara 255.255.224.0 (111|0 0000)
Cada subred tiene un rango de direcciones de 32 -2 (x xxxx): [32-64-96-128-160-192-224]
ATENCIÓN: Como trabajamos con el último octeto debemos descontar las direcciones todo 0 y todo 1.
Rangos de direcciones IP obtenidos:

192.168.2. 33 - 192.168.2. 62 (001|0 0000.0000 0000.0000 0001 - 001|1 1111.1111 1111.1111 1110)

192.168.2. 65 - 192.168.2. 94 (010|0 0000.0000 0000.0000 0001 - 010|1 1111.1111 1111.1111 1110)

192.168.2. 97 - 192.168.2.126 (011|0 0000.0000 0000.0000 0001 - 011|1 1111.1111 1111.1111 1110)

192.168.2.128 - 192.168.2.158 (100|0 0000.0000 0000.0000 0001 - 100|1 1111.1111 1111.1111 1110)

192.168.2.161 - 192.168.2.190 (101|0 0000.0000 0000.0000 0001 - 101|1 1111.1111 1111.1111 1110)

192.168.2.193 - 192.168.2.222 (110|0 0000.0000 0000.0000 0001 - 110|1 1111.1111 1111.1111 1110)

Ejemplo 5 con red tipo B:
Rango de direcciones: 172.16.x.x (máscara inicial /16 o 255.255.0.0)
Queremos crear 126 subredes -> Tomamos la máscara 255.255.254.0 (1111 111|0)
Cada subred tiene un rango de direcciones de 2*255 -2 (x): [2-4-6-8-10-12-...252]
Rangos de direcciones IP obtenidos:

172.16. 2.1 - 172.18. 3.254 (0000 001|0.0000 0000.0000 0001 - 0000 001|1.1111 1111.1111 1110)

172.16. 4.1 - 172.18. 5.254 (0000 010|0.0000 0000.0000 0001 - 0000 010|1.1111 1111.1111 1110)

172.16. 6.1 - 172.18. 7.254 (0000 011|0.0000 0000.0000 0001 - 0000 011|1.1111 1111.1111 1110)

[...]

172.16.248.1 - 172.18.249.254 (1111 100|0.0000 0000.0000 0001 - 1111 100|1.1111 1111.1111 1110)

172.16.250.1 - 172.18.251.254 (1111 101|0.0000 0000.0000 0001 - 1111 101|1.1111 1111.1111 1110)

172.16.252.1 - 172.18.253.254 (1111 110|0.0000 0000.0000 0001 - 1111 110|1.1111 1111.1111 1110)

Ejemplo de mezcla de subredes en una red tipo B:
Para una mayor flexibilidad, a veces se utilizan rangos de subredes distintos, cuidando que no se solapen.
Dada la complejidad de mantenimiento de este sistema no se recomienda su uso.

Rango de direcciones: 172.16.x.x (máscara inicial /16 o 255.255.0.0)
Combinando máscaras de 18, 19 y 21 bits podemos obtener 3 subredes de 8 equipos, 3 de 32 y 1 de 64:

/21 (255.255.248.0) 172.16. 8.1 - 172.16. 15.254

/21 (255.255.248.0) 172.16. 16.1 - 172.16. 23.254

/21 (255.255.248.0) 172.16. 24.1 - 172.16. 31.254

/19 (255.255.224.0) 172.16. 32.1 - 172.16. 63.254

/19 (255.255.224.0) 172.16. 64.1 - 172.16. 95.254

/19 (255.255.224.0) 172.16. 96.1 - 172.16.127.254

/18 (255.255.192.0) 172.16.128.1 - 172.16.191.254

3.3.10 Cabecera de trama de IPv4

0	4	8	16	19 31
Version	Hdr. len.	Type of Service	Total Length
Identification			Flags	Fragment Offset
Time To Live		Protocol	Header Checksum
Source IP Address
Destination IP Address
Options & Padding

Version: Versión del protocolo: v4.
Hdr. Len.: Indica la longitud de la cabecera en palabras de 32 bits y, por tanto, dónde empiezan los datos. Esta longitud es de 5 palabras (20 Bytes) más el campo Opciones si existe.
Type Of Service: tipo de servicio de calidad solicitado (QoS).
Total Length: longitud total del datagrama -cabecera y datos- en bytes.
Identification: número del datagrama asignado por el emisor. Los fragmentos de un datagrama tendrán el mismo número de identificación.
Flags: 3 bits utilizados para el control de fragmentación.
- bit 0 - reservado. Debe ser 0.
- bit DF (Dont Fragment) - A 1 significa no fragmentar.
- bit MF (More Fragments) - 0 indica que es el último o único fragmento y 1 que hay más fragmentos.
Fragment Offset (FO): se usa en datagramas fragmentados. Indica el número de partes de datos de 64 bits contenidas en fragmentos anteriores. En el primer (o único) fragmento el valor es cero.
Time To Live (TTL): indica un tiempo en segundos -especificado por el protocolo de alto nivel que genera el datagrama- tras el cual se debe descartar el paquete -timeout del protocolo superior-. Cada encaminador actualiza el campo restando su tiempo de proceso. Como los encaminadores tardan menos de un segundo en procesar un paquete se convierte en una cuenta de saltos.
Protocol: número oficial del protocolo de alto nivel al que IP debe entregar los datos.
Header Checksum: código de control de la cabecera¹⁶. Si no es correcto se desecha el datagrama.
Source IP Address: dirección IP del equipo emisor.
Destination IP Address: dirección IP del equipo receptor.
Options & Padding (Opciones y relleno): este es un campo opcional de longitud variable para pruebas de red o depuración. No se requiere que las implementaciones de IP puedan generar las opciones, pero sí que puedan procesar los datagramas que contienen opciones saltando las opciones, gracias a que conocen la longitud de la cabecera. Esto hace que la longitud de las opciones deba ser múltiplo de 32bits, utilizándose bits de relleno si es necesario.

3.3.11 Direccionamiento v6

IPv6 utiliza un direccionamiento de 16 bytes. Las direcciones se escriben mediante 8 grupos de 2 bytes cada uno, escritos mediante 4 cifras hexadecimales y separados por el símbolo :.

En muchas ocasiones las direcciones IPv6 están compuestas por dos partes lógicas: un prefijo de 8 bytes (16 cifras hexadecimales) y otra parte de 8 bytes que corresponde al identificador de interfaz. En el caso de Ethernet este identificador se genera automáticamente a partir de su dirección MAC -6 bytes-, insertando dos bytes (0xFFFF) entre los 3 bytes que identifican al fabricante y los otros 3 bytes.

Las direcciones IPv4 pueden ser transformadas fácilmente al formato IPv6. Por ejemplo, si la dirección decimal IPv4 es 135.75.43.52 (en hexadecimal, 0x874B2B34), puede ser convertida a 0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34 con máscara de 96 bits, o ::874B:2B34/96¹⁷ lo que se conoce como dirección ``IPv4 compatible''.

Se puede utilizar una notación mixta, que siguiendo el ejemplo quedaría como ::135.75.43.52. Este tipo de dirección IPv4 compatible casi no está siendo utilizada en la práctica, aunque los estándares no la han declarado obsoleta.

3.3.12 Representación de direcciones IPv6

Algunas reglas acerca de la representación de direcciones IPv6 son:

Los ceros iniciales, como en IPv4, se pueden obviar.
Ejemplo: 2001:0123:0004:00ab:0cde:3403:0001:0063 -> 2001:123:4:ab:cde:3403:1:63
Los bloques contiguos de ceros se pueden comprimir empleando ::. Esta operación sólo se puede hacer una vez.
Ejemplo válido: 2001:0:0:0:0:0:0:4 -> 2001::4
Ejemplo no válido: 2001:0:0:0:2:0:0:1 -> 2001::2::1 (debería ser 2001::2:0:0:1 o 2001:0:0:0:2::1)
Si la dirección es una dirección IPv4 ``camuflada'' o ``mapeada'', los últimos 32 bits pueden escribirse en base decimal; así:
::ffff:192.168.89.9 es lo mismo que
::ffff:c0a8:5909 pero no lo mismo que
::192.168.89.9 (IPv4 compatible) o
::c0a8:5909 (IPv4 compatible)
El formato ::ffff:1.2.3.4 se denomina dirección IPv4 mapeada, y el formato ::1.2.3.4 dirección IPv4 compatible.

3.3.13 Tipos de direcciones IPv6

Los tipos de direcciones IPv6 pueden identificarse tomando en cuenta los primeros bits de cada dirección.

:: /128 - Dirección indefinida -todo ceros, máscara de 128 bits- se utiliza para indicar la ausencia de dirección, y no se asigna a ningún nodo.
::1 /128 - Dirección de loopback es una dirección que puede usar un nodo para enviarse paquetes a sí mismo. No puede asignarse a ninguna interfaz física.
:: /96 - (La máscara cubre toda la dirección excepto los últimos 4 bytes) Dirección IPv4 compatible se usa como un mecanismo de transición en las redes duales IPv4/IPv6. Es un mecanismo obsoleto.
::ffff:0:0 /96 - Dirección IPv4 mapeada es usada como un mecanismo de transición en redes duales.
fe80:: /10 - Prefijo de enlace local específica que la dirección sólo es válida en el enlace físico local.
fec0:: /10 - Prefijo de emplazamiento local específica que la dirección sólo es válida dentro de una organización. Declarado obsoleto (RFC 1918).
ff00:: /8 - Prefijo de difusión (multicast).
ff01::1 - Funcionalidad de todos los nodos (broadcast) utilizando difusión (multicast).

3.3.14 Sistema de Nombres de Dominio (DNS) en IPv6

Al diseñarse IPv6 se realizaron dos propuestas para el sistema de nombres de dominio, una basada en registros AAAA (quad-A) y otra basada en registros A6. Mientras que la idea de quad-A es una simple generalización del DNS IPv4, la idea de A6 es una revisión y puesta a punto del DNS para ser más genérico incluyendo otras innovaciones como las etiquetas de cadena de bits (bit-string labels) y los registros DNAME, de ahí su complejidad.

El RFC 3363 recomienda utilizar registros AAAA mientras se prueba y estudia exhaustivamente el uso de registros A6. El RFC 3364 realiza una comparación de las ventajas y desventajas de cada tipo de registro.

3.3.15 Cabecera de trama de IPv6

0	4	12	32	48	56 63
Vers.	Traffic Class	Flow Label	Payload Length	Next Header	Hop Limit
Source Address (128 bits)
Destination Address (128 bits)

El campo Longitud ya no es necesario, ya que la cabecera de IPv6 siempre tiene 40 bytes. Tampoco se realiza una suma de integridad de la cabecera.

Version: Versión del protocolo: v6.
Traffic Class: Equivale a Type of Service. Indica la clase de tráfico para la gestión de QoS.
Flow Label: Todos los paquetes pertenecientes al mismo flujo tienen el mismo valor de FL, haciendo que sea reconocible sin necesidad de estudiar el contenido del paquete. Esto puede ser útil para QoS, encaminamiento, filtros...
Payload Length: Longitud de los datos transmitidos del paquete.
Next Header: Indica el tipo de cabecera de los datos transportados.
Hop Limit: Equivale a Time to Live (TTL). Indica un número de saltos -especificado por el protocolo de alto nivel que genera el datagrama- tras el cual se debe descartar el paquete.
Source IP Address: dirección IP del equipo emisor.
Destination IP Address: dirección IP del equipo receptor.

3.3.16 IPSec

Los protocolos de IPSec se definieron originalmente en las RFCs 1825 y 1829, publicadas en 1995. IPSec es obligatorio en IPv6 y opcional en IPv4. El objetivo principal de IPSec es proporcionar protección a los paquetes IP.

IPSec establece comunicaciones IP con seguridad de extremo a extremo, lo que significa que los nodos intermedios utilizan el protocolo IP, sin necesidad de una implementación específica para IPSec.

Antes de iniciar el envío de datos, IPSec realiza una autenticación de los extremos y negocia los parámetros de la comunicación. Durante la comunicación utiliza ISAKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol) para realizar cambios dinámicos de las claves.

Para la comunicación IPSec permite utilizar dos protocolos diferentes: AH (Authentication Header) y ESP (Encapsulation Security Payload). El protocolo AH permite únicamente verificar la integridad del paquete (mediante firma). El protocolo ESP permite cifrar la información (DES, 3DES...) y opcionalmente verificar la integridad del paquete.

Los protocolos de IPSec actúan en la capa de red, la capa 3 del modelo OSI. Otros protocolos de seguridad para Internet de uso extendido, como SSL, TLS y SSH operan en la capa de transporte o por encima (capas OSI 4 a 7). Esto hace que IPSec sea más flexible, ya que puede ser utilizado para proteger protocolos de la capa 4, incluyendo TCP y UDP, los protocolos de capa de transporte más usados. Así para que una aplicación pueda usar IPSec no es necesario modificarla, mientras que para usar SSL y otros protocolos de niveles superiores sí.

Hay dos modos de operación de IPSec: modo transporte y modo túnel.

Modo transporte: El modo transporte permite que dos equipos se comuniquen entre ellos utilizando IPSec igual que utilizarían IP pero firmando y/o cifrando los datos que se transfieren (la carga útil del paquete IP). Este sistema añade poca sobrecarga de bytes y permite a los dispositivos de la red conocer el origen y el destino del paquete, lo que puede ser necesario para algunos servicios como QoS.

El sistema de encaminamiento no varía respecto a IP, ya que no se modifica ni se cifra la cabecera IP; sin embargo, cuando se utiliza integridad con AH -que firma la cabecera IP-, las direcciones IP no pueden ser traducidas (p.e. con NAT), ya que eso invalidaría la firma del paquete (hash). Para encapsular mensajes IPSec a través de NAT se usa NAT Transversal (NAT-T).

Modo túnel: En el modo túnel dos equipos establecen un canal de comunicación por el que otros equipos o procesos envían información. Es decir el emisor y el receptor originales siguen enviando y recibiendo sus datos sin cifrar ni firmar mediante las pasarelas del túnel IPSec (IPSec Proxy), que se encargan de cifrar y/o firmar todo el paquete IP original que debe ser encapsulado en un nuevo paquete IP.

El modo túnel se utiliza para comunicaciones red a red (túneles seguros entre encaminadores, p.e. para VPNs) o comunicaciones ordenador a red u ordenador a ordenador sobre Internet.

Modo Transporte

Modo Túnel

Protocolo

ESP

--	Firmado (Opcional)
			Cifrado
IP Header	ESP Header	TCP/UDP Header	DATA	ESP Trailer	ESP Auh

---	Firmado (Opcional)
		Cifrado
New IP Header	ESP Header	Orig. IP Header	TCP/UDP Header	DATA	ESP Trailer	ESP Auh

Protocolo

Firmado
IP Header	Auth Header	TCP/UDP Header	DATA

Firmado
New IP Header	Auth Header	Orig. IP Header	TCP/UDP Header	DATA

IPSec no define unos algoritmos específicos de cifrado sino que mediante ISAKMP permite utilizar IKE (Internet Key Exchange) para realizar un autonegociado del algoritmo a utilizar y del intercambio de claves. IKE funciona sobre UDP y aporta escalabilidad y flexibilidad ya que permite utilizar algoritmos de varios tipos:

Claves Pre-Compartidas (PSK: Pre-Shared Key). Su mayor inconveniente es la distribución de la PSK.
Kerberos.
Criptografía de clave pública-privada.
Certificados digitales.

El principal problema de IKE viene de que, aunque es un estándar abierto, la norma es admite distintas interpretaciones, lo que ha dado lugar a implementaciones ligeramente incompatibles. Este es uno de los motivos por el que se están imponiendo las VPNs sobre SSL. Actualmente está en desarrollo IKE v2.

Notas al pie

... red ¹⁰: Máscaras de subred de tamaño variable (VLSM: Variable-Length Subnet Masks).
... adecuado ¹¹: Para facilitar esto, los encaminadores actuales al recibir un paquete no fragmentable demasiado grande incluyen el MTU en el mensaje de error.
... origen)¹²: Nótese que la MTU de IPv6 es menor que la MTU de Ethernet (1518B), lo que permite que IPv6 se pueda encapsular sobre Ethernet sin problemas.
...'arquicamente ¹³: La autoridad superior es la IANA (Internet Assigned Numbers Authority) que en este momento es la organización ICANN. Después aparecen por debajo los distintos ISPs (Internet Services Providers).
... alcanzado ¹⁴: El principal objetivo de IPv6 es subsanar el agotamiento de direcciones IP disponibles. Además introduce optimizaciones en el protocolo.
... local ¹⁵: Este sistema configura automáticamente una NIC asignando una IP aleatoria en el rango de enlace local tras verificar mediante ARP que está disponible. No configura pasarela ni servidores DNS (por eso enlace local). Llamado por Microsoft APIPA (Automatic Private IP Addressing).
... cabecera ¹⁶: Se calcula como el complemento a uno de la suma de los complementos a uno de todas las palabras de 16 bits de la cabecera.
... ::874B:2B34/96 ¹⁷: Nótese que la máscara cubre los 0s iniciales.

2009-05

2009-05 Güimi (http://guimi.net)
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