NEPTUNE: Network Prefix Translation Unified Environment

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado presenta NEPTUNE (Network Prefix Translation Unified Environment), un framework experimental orientado a proporcionar capacidades de multihoming IPv6 en entornos edge mediante el uso de direccionamiento Provider- Aggregatable, evitando la complejidad operativa asociada a soluciones tradicionales basadas en BGP. El trabajo parte del análisis de las dificultades que presentan los despliegues IPv6 multihomed en pequeñas y medianas organizaciones, especialmente en escenarios que requieren alta disponibilidad, balanceo de tráfico y conectividad a través de múltiples proveedores de Internet. Aunque existen mecanismos individuales capaces de abordar parte de estos problemas, como el policy routing, la traducción de prefijos mediante NPTv6 o la persistencia de flujos, actualmente no existe una aproximación ampliamente adoptada que integre todos ellos dentro de un modelo operacional unificado. Como respuesta a esta problemática, se diseña e implementa NEPTUNE, una arquitectura modular basada en tecnologías nativas de Linux que combina monitorización de conectividad, selección dinámica de rutas, persistencia de flujos y traducción de prefijos IPv6. El sistema ha sido desarrollado sobre un entorno experimental virtualizado utilizando network namespaces, iproute2 y Python, incorporando además una capa de observabilidad que facilita la visualización y validación del comportamiento interno del framework. La propuesta ha sido validada mediante distintos escenarios experimentales que incluyen operación normal, balanceo de tráfico, fallos de conectividad y recuperación de enlaces. Los resultados obtenidos demuestran la viabilidad técnica del enfoque planteado, permitiendo mantener la continuidad operativa del tráfico y gestionar dinámicamente múltiples proveedores de conectividad con un impacto mínimo sobre el plano de datos.

This Bachelor's Thesis presents NEPTUNE (Network Prefix Translation Unified Environment), an experimental framework designed to provide IPv6 multihoming capabilities in edge environments through the use of Provider-Aggregatable addressing, thereby avoiding the operational complexity associated with traditional BGP-based solutions. The thesis begins with an analysis of the challenges posed by multihomed IPv6 deployments in small and medium-sized organizations, particularly in scenarios requiring high availability, tra[ic balancing, and connectivity across multiple Internet service providers. Although individual mechanisms exist that can address some of these issues, such as policy routing, prefix translation via NPTv6, or flow persistence, there is currently no widely adopted approach that integrates all of them into a unified operational model. In response to this challenge, NEPTUNE has been designed and implemented, a modular architecture based on native Linux technologies that combines connectivity monitoring, dynamic route selection, flow persistence, and IPv6 prefix translation. The system was developed in a virtualized experimental environment using network namespaces, iproute2, and Python, and also incorporates an observability layer that facilitates the visualization and validation of the framework’s internal behavior. The proposal has been validated through various experimental scenarios, including normal operation, tra[ic balancing, connectivity failures, and link recovery. The results obtained demonstrate the technical feasibility of the proposed approach, enabling the maintenance of operational continuity of tra[ic and the dynamic management of multiple connectivity providers with minimal impact on the data plane.