IPv6

Una ilustración de una dirección IP (versión 6), en hexadecimal y binario.

El interés de los diseñadores era que direcciones más largas permitiesen una mejor entrega jerárquica, sistemática y definitiva de las direcciones, y una eficiente agregación de rutas. Con IPv4, se desplegaron complejas técnicas de Classless Interdomain Routing (CIDR) para utilizar de mejor manera el pequeño espacio de direcciones. El esfuerzo requerido para reasignar la numeración de una red existente con prefijos de rutas distintos es muy grande, como se discute en RFC 2071 y RFC 2072. Sin embargo, con IPv6, cambiando el prefijo anunciado por unos pocos routers es posible en principio reasignar la numeración de toda la red, ya que los identificadores de nodos (los 64 bits menos significativos de la dirección) pueden ser auto-configurados independientemente por un nodo.

El tamaño de una subred en IPv6 es de 2⁶⁴ (máscara de subred de 64-bit), el cuadrado del tamaño de la Internet IPv4 entera. Así, las tasas de utilización del espacio de direcciones será probablemente menor en IPv6, pero la administración de las redes y el ruteo serían más eficientes debido a las decisiones de diseño inherentes al mayor tamaño de las subredes y la agregación jerárquica de rutas.

Los nodos IPv6 pueden configurarse a sí mismos automáticamente cuando son conectados a una red ruteada en IPv6 usando los mensajes de descubrimiento de routers de ICMPv6. La primera vez que son conectados a una red, el nodo envía una "solicitud de router" (RS: Router Solicitation) de link-local usando multicast pidiendo los parámetros de configuración; y si los routers están configurados para esto, responderán este requerimiento con un "anuncio de router" (RA: router advertisement) que contiene los parámetros de configuración de capa de red.

Si la autoconfiguración de direcciones libres de estado no es adecuada para una aplicación, es posible utilizar Dynamic Host Configuration Protocol para IPv6 (DHCPv6) o bien los nodos pueden ser configurados en forma estática.

Multicast, la habilidad de enviar un paquete único a destinos múltiples es parte de la especificación base de IPv6. Esto es diferente a IPv4, donde es opcional (aunque usualmente implementado).

IPv6 no implementa broadcast, que es la habilidad de enviar un paquete a todos los nodos del enlace conectado. El mismo efecto puede lograrse enviando un paquete al grupo de multicast de enlace-local todos los nodos (all hosts). Por lo tanto, no existe el concepto de una dirección de broadcast y así la dirección más alta de la red (la dirección de broadcast en una red IPv4) es considerada una dirección normal en IPv6.

Muchos ambientes no tienen, sin embargo, configuradas sus redes para rutear paquetes multicast, por lo que en éstas será posible hacer "multicasting" en la red local, pero no necesariamente en forma global.

El multicast IPv6 comparte protocolos y características comunes con IPv4, pero también incorpora cambios y mejoras. Incluso cuando se le asigne a una organización el más pequeño de los prefijos de ruteo global IPv6, ésta también recibe la posibilidad de usar uno de los 4.2 billones de grupos multicast IPv6 ruteables de fuente específica para asignarlos para aplicaciones multicast intra-dominio o entre-dominios (RFC 3306). En IPv4 era muy difícil para una organización conseguir incluso un único grupo multicast ruteable entre-dominios y la implementación de las soluciones entre-dominios eran anticuadas (RFC 2908). IPv6 también soporta nuevas soluciones multicast, incluyendo Embedded Rendezvous Point (RFC 3956), el que simplifica el despliegue de soluciones entre dominios.

Internet Protocol Security (IPsec), el protocolo para cifrado y autenticación IP forma parte integral del protocolo base en IPv6. El soporte IPsec es obligatorio en IPv6 pero no así su implementación y uso (ver RFC 6434 y RFC 8504); a diferencia de IPv4, donde es opcional o fue un agregado posterior (pero usualmente implementado). Sin embargo, actualmente no se está usando normalmente IPsec excepto para asegurar el tráfico entre routers de BGP IPv6, aunque también se puede utilizar en OSPFv3 y en movilidad IPv6.

Se hicieron varias simplificaciones en la cabecera de los paquetes, así como en el proceso de reenvío de paquetes para hacer el procesamiento de los paquetes más simple y por ello más eficiente. En concreto:

• El encabezado del paquete en IPv6 es más simple que el utilizado en IPv4, así los campos que son raramente utilizados han sido movidos a opciones separadas; en efecto, aunque las direcciones en IPv6 son 4 veces más largas, el encabezado IPv6 (sin opciones) es solamente el doble de largo que el encabezado IPv4 (sin opciones).
• Los routers IPv6 no hacen fragmentación. Los nodos IPv6 requieren ya sea hacer descubrimiento de MTU, realizar fragmentación extremo a extremo o enviar paquetes del tamaño mínimo MTU para IPv6 (1280 bytes).
• El encabezado IPv6 no está protegido por una suma de comprobación (checksum); la protección de integridad se asume asegurada tanto por el checksum de capa de enlace y por un checksum de nivel superior (TCP, UDP, etc.). De esta forma los routers IPv6 no necesitan recalcular la suma de comprobación cada vez que algún campo del encabezado (como el contador de saltos o Tiempo de Vida) cambian. Esta mejora puede ser menos necesaria en routers que utilizan hardware dedicado para computar este cálculo y así pueden hacerlo a velocidad de línea (wirespeed), pero es relevante para routers por software. Por este motivo mientras en IPv4 los paquetes UDP pueden tener un checksum de 0, indicando que no hay comprobación de checksum a este nivel, en IPv6 es necesario que los paquetes UDP incorporen checksum.
• El campo Tiempo de Vida de IPv4, conocido como TTL (Time To Live), pasa a llamarse Límite de saltos, reflejando el hecho de que ya no se espera que los routers computen el tiempo en segundos que tarda en atravesarlo (que en cualquier caso siempre resulta menor de 1 segundo). Se simplifica como el número de saltos entre routers que se permita realizar al paquete IPv6.

A diferencia de IPv4 móvil (MIPv4), IPv6 móvil (MIPv6) evita el ruteo triangular y por lo tanto es tan eficiente como el IPv6 normal. Los routers IPv6 pueden soportar también Movilidad de Red (NEMO, por Network Mobility) (RFC 3963), que permite que redes enteras se muevan a nuevos puntos de conexión de routers sin reasignación de numeración. Sin embargo, ni MIPv6 ni MIPv4 o NEMO son ampliamente difundidos o utilizados hoy, por lo que esta ventaja es más bien teórica.

Los cambios en la manera en que se codifican las opciones de la cabecera IP permiten límites menos rigurosos en la longitud de opciones, y mayor flexibilidad para introducir nuevas opciones en el futuro.

IPv4 limita los paquetes a 64 KiB de carga útil. IPv6 tiene soporte opcional para que los paquetes puedan superar este límite, los llamados jumbogramas, que pueden ser de hasta 4 GiB. El uso de jumbogramas puede mejorar mucho la eficiencia en redes de altos MTU. El uso de jumbogramas está indicado en el encabezado opcional Jumbo Payload Option.

Según la publicación RFC 5952, las direcciones IPv6, de 128 bits de longitud, se escriben como ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales. Por ejemplo,

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7334

es una dirección IPv6 válida.

Se puede comprimir un grupo de cuatro dígitos si este es nulo (es decir, toma el valor "0000"). Por ejemplo,

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344
               ----
  2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344

Siguiendo esta regla, si más de dos grupos consecutivos son nulos, también pueden comprimirse como "::". Si la dirección tiene más de una serie de grupos nulos consecutivos la compresión solamente se permite en uno de ellos. Así, las siguientes son representaciones posibles de una misma dirección:

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab
2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab
2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab
2001:0DB8:0::0:1428:57ab
2001:0DB8::1428:57ab

son todas válidas y significan lo mismo, pero

2001::25de::cade
    --    --

no es válida porque no queda claro cuántos grupos nulos hay en cada lado.

Los ceros iniciales en un grupo también se pueden omitir:

2001:0DB8:02de::0e13
2001:DB8:2de::e13

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

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

Las 'direcciones IPv4 compatibles con direcciones IPv6' constituyen una clase especial de dirección IPv6. Son direcciones de IPv6 cuyos primeros 96 bits son ceros, mientras que los últimos 32 bits representan una dirección IPv4.

Al principio estas direcciones se crearon para formar parte de 2 categorías:

• Direcciones IPv4 compatibles con IPv6: los mecanismos de transición a IPv6 incorporan un método para que los routers y hosts sean capaces de tunelizar dinámicamente paquetes IPv6 a través de la infraestructura de encaminamiento de IPv4. A los nodos IPv6 que emplean este proceso se les atribuyen direcciones unicast IPv6 especiales que contienen una dirección IPv4 global en los últimos 32 bits.
• Direcciones IPv4 mapeadas con IPv6: es una segunda clase de dirección IPv6 que incluye una dirección IPv4 incrustada. Se emplean para que las direcciones de los nodos IPv4 se interpreten como direcciones IPv6. [7]

Los mecanismos de transición a IPv6 no usan ya las direcciones IPv4 compatibles. El único recuerdo del uso de este tipo de direcciones está en la representación de direcciones IPv4 en una tabla con miembros de tamaño fijo que debe también ser capaz de almacenar direcciones IPv6.

Cabe destacar que la dirección IPv6 indefinida :: y la dirección IPv6 de loopback ::1 no son realmente direcciones IPv4 compatibles, a pesar de estar incluidas en el espacio de direcciones IPv6 ::/96.

Por ejemplo en una dirección IPv4 empotrada, los últimos 32 bits pueden escribirse en base decimal, así:

::ffff:192.168.89.9
::ffff:c0a8:5909

No se debe confundir con:

::192.168.89.9
::c0a8:5909

El formato ::ffff:1.2.3.4 se denomina "dirección IPv4 mapeada", y el formato ::1.2.3.4 dirección IPv4 compatible.

Las direcciones IPv4 pueden ser transformadas fácilmente al formato IPv6. Por ejemplo, si la dirección decimal IPv4 es 135.75.43.52 (en hexadecimal, 0x874B2B34), puede ser convertida a 0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34 o ::874B:2B34. Entonces, uno puede usar la notación mixta dirección IPv4 compatible, en cuyo caso la dirección debería ser ::135.75.43.52. Este tipo de dirección IPv4 compatible casi no está siendo utilizada en la práctica, aunque los estándares no la han declarado obsoleta.

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

::/128

La dirección con todo ceros se utiliza para indicar la ausencia de dirección, y no se asigna ningún nodo.

::1/128

La dirección de loopback es una dirección que puede usar un nodo para enviarse paquetes a sí mismo (corresponde con 127.0.0.1 de IPv4). No puede asignarse a ninguna interfaz física.

::1.2.3.4/96

La dirección IPv4 compatible se usa como un mecanismo de transición en las redes duales IPv4/IPv6. Es un mecanismo que no se usa.

::ffff:0:0/96

La "dirección IPv4 mapeada" se usa como mecanismo de transición en terminales duales.

fe80::/10

El prefijo de enlace local (link local, en inglés) específica que la dirección solamente es válida en el enlace físico local.

fec0::

El "prefijo de emplazamiento local" (en inglés, site-local prefix) específica que la dirección únicamente es válida dentro de una organización local. La RFC 3879 lo declaró obsoleto, estableciendo que los sistemas futuros no deben implementar ningún soporte para este tipo de dirección especial. Se deben sustituir por direcciones Local IPv6 Unicast.

fc00::/7

El prefijo de dirección local única (en inglés, unique local address). Está definido por la RFC 4193. Se usa en substitución de las direcciones site-local.

ff00::/8

El prefijo de multicast. Se usa para las direcciones multicast.

Hay que resaltar que no existen las direcciones de difusión (en inglés, broadcast) en IPv6, aunque la funcionalidad que prestan puede emularse utilizando la dirección multicast FF01::1/128, denominada "todos los nodos" (en inglés, all nodes).

Los primeros 40 bytes (320 bits) son la cabecera del paquete y contiene los siguientes campos:

• Direcciones de origen (128 bits)
• Direcciones de destino (128 bits)
• Versión del protocolo IP (4 bits)
• Clase de tráfico (8 bits, Prioridad del Paquete)
• Etiqueta de flujo (20 bits, manejo de la Calidad de Servicio)
• Longitud del campo de datos (16 bits)
• Cabecera siguiente (8 bits)
• Límite de saltos (8 bits, Tiempo de Vida).

Hay dos versiones de IPv6 levemente diferentes. La ahora obsoleta versión inicial, descrita en el RFC 1883, difiere de la actual versión propuesta de estándar, descrita en el RFC 2460, en dos campos: hay 4 bits que han sido reasignados desde "etiqueta de flujo" (flow label) a "clase de tráfico" (traffic class). El resto de diferencias son menores.

En IPv6 la fragmentación se realiza solamente en el nodo origen del paquete, al contrario que en IPv4 en donde los routers pueden fragmentar un paquete. En IPv6, las opciones también desaparecen de la cabecera estándar y son especificadas por el campo "Cabecera Siguiente" (Next Header), similar en funcionalidad en IPv4 al campo Protocolo. Un ejemplo: en IPv4 uno añadiría la opción "ruta fijada desde origen" (Strict Source and Record Routing) a la cabecera IPv4 si quiere forzar una cierta ruta para el paquete, pero en IPv6 uno modificaría el campo "Cabecera Siguiente" indicando que viene una cabecera de encaminamiento. La cabecera de encaminamiento podrá entonces especificar la información adicional de encaminamiento para el paquete, e indicar que, por ejemplo, la cabecera TCP será la siguiente. Este procedimiento es análogo al de AH y ESP en IPsec para IPv4 (que aplica a IPv6 de igual modo, por supuesto).

El uso de un formato flexible de cabeceras de extensión opcionales es una idea innovadora que permite ir añadiendo funcionalidades de forma paulatina. Este diseño aporta gran eficacia y flexibilidad ya que se pueden definir en cualquier momento a medida que se vayan necesitando entre la cabecera fija y la carga útil.

Hasta el momento, existen 8 tipos de cabeceras de extensión, donde la cabecera fija y las de extensión opcionales incluyen el campo de cabecera siguiente que identifica el tipo de cabeceras de extensión que viene a continuación o el identificador del protocolo de nivel superior. Luego las cabeceras de extensión se van encadenando utilizando el campo de cabecera siguiente que aparece tanto en la cabecera fija como en cada una de las citadas cabeceras de extensión. Como resultado de la secuencia anterior, dichas cabeceras de extensión se tienen que procesar en el mismo orden en el que aparecen en el datagrama. La Cabecera principal, tiene a diferencia de la cabecera de la versión IPv4 un tamaño fijo de 40 octetos. Específica para asignarlos para aplicaciones multicast intra-dominio o entre-dominios (RFC 3306). En IPv4 era muy difícil para una organización como ésta.

Todas o parte de estas cabeceras de extensión tienen que ubicarse en el datagrama en el orden especificado:

Cada cabecera de extensión debe aparecer como mucho una sola vez, salvo la cabecera de opción destino, que puede aparecer como mucho dos veces, una antes de la cabecera ruteo y otra antes de la cabecera de la capa superior.

La carga útil del paquete puede tener un tamaño de hasta 64 KB en modo estándar, o mayor con una opción de carga jumbo (jumbo payload) en el encabezado opcional Hop-By-Hop.

La fragmentación es manejada solamente en el host que envía la información en IPv6: los routers nunca fragmentan un paquete y los hosts se espera que utilicen el Path MTU discovery.

Ante el agotamiento de las direcciones IPv4, y los problemas que este está ocasionando ya, sobre todo en los países emergentes de Asia como India o China, el cambio a IPv6 ya ha comenzado. Se espera que convivan ambos protocolos durante un año, aunque se piensa que la implantación mundial y total en internet de IPv6 se hará realidad hacia finales de 2012, dada la celeridad con la que se están agotando las direcciones IPv4. La red no podrá aguantar mucho más sin el cambio, y de no realizarse pronto este las consecuencias podrían ser muy graves. ^{[cita requerida]} Existe una serie de mecanismos que permitirán la convivencia y la migración progresiva tanto de las redes como de los equipos de usuario. En general, los mecanismos de transición pueden clasificarse en tres grupos:

• Doble pila
• Túneles
• Traducción

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

• A favor: fácil de desplegar y extensamente soportado.
• En contra: la topología de red requiere dos tablas de encaminamiento y dos procesos de encaminamiento. Cada nodo en la red necesita tener actualizadas las dos pilas.

Los "túneles" permiten conectarse a redes IPv6 "saltando" sobre redes IPv4. Estos túneles trabajan encapsulando los paquetes IPv6 en paquetes IPv4 teniendo como siguiente capa IP el protocolo número 41, y de ahí el nombre proto-41. De esta manera, se pueden enviar paquetes IPv6 sobre una infraestructura IPv4. Hay muchas tecnologías de túneles disponibles. La principal diferencia está en el método que usan los nodos encapsuladores para determinar la dirección a la salida del túnel.

La "traducción" es necesaria cuando un nodo que únicamente soporta IPv4 intenta comunicar con un nodo que solamente soporta IPv6. Los mecanismos de traducción se pueden dividir en dos grupos basados en si la información de estado está guardada o no:

• Con estado:
  • NAT-PT (RFC 2766),
  • TCP-UDP Relay (RFC 3142),
  • Socks-based Gateway (RFC 3089)
• Sin estado:
  • Bump-in-the-Stack,
  • Bump-in-the-API (RFC 276).

• Ventajas:

Para dimensionar la cantidad de direcciones IP que puede suministrar IPV6, basta con afirmar que este protocolo puede asignar una cantidad cercana a los 670 mil millones de direcciones por cada milímetro cuadrado de la superficie de la tierra, con lo cual lograría que cada persona pueda asignarle una IP única a cada uno de sus dispositivos. Otra ventaja de utilizar IPV6 son sus niveles de seguridad, ya que incluye dentro de sus especificaciones procesos de Cifrado de información y la verificación de autenticidad del origen de la misma; IPV6 permite utilizar Jumbogramas (Paquetes de datos de mayor tamaño, hasta de 64 bits). Dentro de las bondades que nos ofrece IPV6 también se incluye el mecanismo Plug and play, facilitando así la pronta conexión de dispositivos a la red, gracias a que la configuración se realiza de forma automática, Plug and play permite que al conectar un dispositivo a una red con IPV6 se le asigne una o más direcciones, lo cual facilita la administración de la red; IPV6 fue pensado y desarrollado para ser escalable permitiendo introducir mejoras a futuro. Al incorporar IPv6 una gran cantidad de direcciones, no será necesario utilizar NAT Traducción de direcciones de red, y sus nuevas capacidades de Plug and Play, seguridad, y QoS implicarán mejores conexiones de voz.

• Desventajas:

La necesidad de extender un soporte permanente requiere una dirección IPv4 o algún tipo de NAT Traducción de direcciones de red en los routers pasarela. Por otra parte a nivel de arquitectura, las direcciones IPv6 son más difíciles de memorizar. La mayoría de redes son IPv4 entonces la implementación total de IPv6 sería muy costosa y tardaría mucho tiempo mientras tanto se requieren la implementación de los mecanismos de transición para la interacción de las 2 redes. Incluyendo a esto, existe aun poco conocimiento técnico sobre protocolos de ruteo en cuanto se refiere a organizaciones o ISP locales en ciertas regiones.