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IPv6 y el Internet de las cosas: cuestión de combinatoria

Publicado por Enrique en Matemáticas, Redes de ordenadores con 1 comentario

El pasado 6 de junio de 2012 a las 00:00 GMT, los principales proveedores de servicios de Internet y compañías web habilitaron permanentemente IPv6 en sus productos y servicios. El Protocolo de Internet version 6 (IPv6) es una versión del protocolo IP,  diseñada para reemplazar a IP version 4 (IPv4), que actualmente está implementado en la gran mayoría de dispositivos que acceden a Internet.

Una dirección IP es un número que identifica de forma lógica un dispositivo en una red. Del mismo modo que en algunas ciudades la cantidad de números de teléfono (que identifican cada hogar o empresa) se ha ido agotando, en Internet ha sucedido exactamente lo mismo. Los más de 4000 millones de direcciones que ofrecía la versión IPv4 ya no son suficientes para abastecer la demanda de dispositivos de todo tipo que acceden a Internet. Con la aparición de IPv6, queda solucionado el problema. Con ella, hay disponibles 670 mil billones de direcciones por cada milímetro cuadrado de la superficie de La Tierra.

Vint Cerf, considerado uno de los padres de Internet, habla sobre IPv6. Transcribo y comento sus palabras:

Imagina un móvil que no pudiera comunicarse con los ordenadores conectados a Internet. No podrías buscar en Google ni enviar y recibir correos electrónicos. Con el tiempo, han aparecido más dispositivos que también necesitan una dirección para conectarse a la Web.

Para conectarse a Internet, cada equipo en la red de ordenadores tiene asignado un código llamado dirección IP compuesto por 4 grupos de números y cada número puede tener un valor entre 0 y 255. La dirección debe ser única en la red y permite localizar y acceder a cada equipo. Un ejemplo de dirección en su versión IPv4 sería 93.87.123.47.

Para codificar en binario cada número decimal de cada grupo, basta con 1 byte en la memoria del ordenador 8 bits. Podemos ver un ejemplo en la siguiente figura:

Calcular la cantidad de números que se pueden codificar con 8 bits es un sencillo problema de combinatoria, en el que disponemos de 2 elementos (0 y 1) que podemos colocar en 8 posiciones, pudiendo repetir el elemento, lógicamente. En concreto, se trata de un problema de variaciones con repetición, cuya fórmula ya he compartido en este blog en algunas de las entradas sobre combinatoria y probabilidad.

Y, considerando números codificados con 32 bits, 4 grupos de 8 bits, que es la estructura de una dirección IP en su versión IPv4, ¿a cuántos ordenadores podríamos asignar una dirección diferente? Bien, tan sólo habría que volver a aplicar la misma fórmula, con valores de m=2 y n=32.

Vint Cerf comenta cómo el número de direcciones que permitía asignar IPv4 parecía suficiente cuando se diseñó el protocolo:

Internet se diseñó en 1973 y se lanzó en 1983. Y, durante ese período de tiempo, lo consideramos un experimento. Así que asignamos espacio para direcciones, como números de teléfono, suficiente para definir 4.300 millones de puntos de terminación en Internet. Puedo decirte que en 1983 parecía que habría espacio para siempre, pero te recuerdo que era un experimento. La cuestión es que el experimento nunca terminó.

Aunque 4300 millones de direcciones puede parecer un número muy grande, las direcciones disponibles en la reserva global de IANA (Agencia Internacional de Asignación de Números de Internet) pertenecientes al protocolo IPv4 se agotaron el jueves 3 de Febrero de 2011 oficialmente. Esta claro que no se tuvo el cuento el enorme crecimiento que iba a tener Internet. Con 4300 millones de direcciones no es posible dar acceso a cada persona del planeta, a cada móvil, a cada hogar, a cada electrodoméstico, etc. Lo que se conoce como “Internet de las cosas”. Y cuenta Vint Cerf que para solucionar este problema, aparece IPv6.

En 1996, diseñamos un formato diferente para paquetes de Internet denominado IPv6, que tiene 128 bits de espacio para direcciones, es decir, 3,4 x 10^38 direcciones. Para que te hagas una idea más clara, esto supone 340 sextillones de direcciones. Ya hay 5.500 millones de móviles en el mundo. Si todos tuvieran direcciones de Internet, agotarían de forma instantánea el espacio de IPv4, que como he dicho solo permite 4.300 millones de direcciones.

Utilizando de nuevo la fórmula de variaciones, comprobamos que con 128 bits para codificar cada dirección, podemos dar acceso a 340 sextillones de direcciones. Realizamos el cálculo con WolframAlpha.

Y concluye Vint Cerf:

Por tanto, 16 años después, no solo hemos agotado el espacio de direcciones IPv4, sino que nos vemos obligados a implementar el nuevo protocolo para permitir el crecimiento de la red. Si no lo implementamos, se agotará el espacio de direcciones IPv4, y los usuarios no podrán acceder a Internet porque no tendrán direcciones que puedan utilizar.

Y eso supone que Internet deje de crecer. Si en 1973 hubiese sabido lo que iba a pasar en 2013, hubiese insistido en crear un espacio para direcciones mucho mayor para haber evitado pasar por esta migración. El 6 de junio de este año, todos (incluidos Google y otros proveedores de Internet) vamos a activar la función IPv6. Se trata del lanzamiento de una Internet nueva y de mayor tamaño.

Pregunta a tu proveedor de servicios de Internet (ISP) cuándo utilizarás IPv6.

Con esta nueva versión, hay disponibles cerca 670 mil billones de direcciones por cada milímetro cuadrado de la superficie de La Tierra. Más que suficientes para hacer más real el “Internet de las cosas”.

España | www.ipv6.es
Enlaces | IPv6, en Wikipedia, la enciclopedia libre
Vídeo | The new, larger version of the Internet: IPv6 (de Vint Cerf)
Recomiendo leer | Ampliando Internet: 340 sextillones de direcciones IP
Imagen cables | Patched In de Ken Fager

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