Pv6具有IPv4所缺乏的特性，這使得它在物聯(lián)網(wǎng)部署方面具有優(yōu)勢(shì)，例如支持大型物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、有助于延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命，減少其管理和維護(hù)負(fù)擔(dān)。那么物聯(lián)網(wǎng)能否有助于推動(dòng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的IPv6應(yīng)用?
IPv6擁有很多地址
IPv4的一個(gè)突出問(wèn)題是它可能只支持42億個(gè)地址。據(jù)估計(jì)，到2022年聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將增長(zhǎng)到285億。這是一個(gè)巨大的缺口，意味著在部署物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，如果沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(network address translation, NAT)這一技術(shù)層的介入，大多數(shù)的設(shè)備都無(wú)法連接到互聯(lián)網(wǎng)。
另一方面，IPv6支持大約340萬(wàn)億個(gè)地址，這足以為每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供通用的唯一IP地址。它可以做到這一點(diǎn)，而無(wú)需進(jìn)一步投資NAT。
IPv6和物聯(lián)網(wǎng)電池壽命
IPv4在保持物聯(lián)網(wǎng)電池壽命方面也存在缺陷。因?yàn)樵S多聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是由電池供電的，并且因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(例如工廠傳感器系統(tǒng))可以包含數(shù)百或數(shù)千個(gè)設(shè)備，所以盡可能長(zhǎng)時(shí)間地使用電池是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。想象一下，在許多廣泛分散的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中更換電池所需的時(shí)間和精力是巨大的。
使用IPv4，常規(guī)廣播消息不必要地消耗電池壽命。例如，廣播消息用于地址解析協(xié)議(ARP)等進(jìn)程，ARP用于將MAC地址綁定到IPv4地址。它的工作方式是，ARP消息被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備必須處理這個(gè)數(shù)據(jù)包，因此消耗一些電池電量，而不管該設(shè)備是否需要參與交換。
這種低效率也會(huì)破壞整個(gè)網(wǎng)絡(luò),在短時(shí)間內(nèi)頻繁使用廣播的情況下，與廣播風(fēng)暴相關(guān)的問(wèn)題是眾所周知的，這類事件對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是有害的。
使用IPv6，沒(méi)有廣播功能。相反，有效的多播通信用于這些一對(duì)多通信。IPv6的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議(NDP)使用具有請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)多播地址的高效多播來(lái)構(gòu)建和維護(hù)鄰居緩存，而不是廣播。鄰居(NS)數(shù)據(jù)包僅發(fā)送到LAN的/64前綴的一小部分子集，而鄰居數(shù)據(jù)包使用單播發(fā)回。
IPv6全節(jié)點(diǎn)鏈路本地多播組地址(FF02::1)與IPv6的廣播非常接近，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備盡可能使用單播消息來(lái)進(jìn)一步節(jié)省電池電量。
細(xì)節(jié)：IPv6如何減少使用物聯(lián)網(wǎng)的電池
IPv6提供了多種方法來(lái)動(dòng)態(tài)地為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分配地址。IPv6節(jié)點(diǎn)具有多個(gè)地址，不像IPv4節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)單播地址。IPv6節(jié)點(diǎn)具有鏈路本地地址(FE80::/10)和每個(gè)接口一個(gè)或多個(gè)IPv6單播地址。鏈路本地地址用于“引導(dǎo)”獲取單播地址作為路由器請(qǐng)求(RS)消息的源地址，以發(fā)現(xiàn)本地路由器。
第一跳路由器將路由器通告(RA)消息發(fā)送回全節(jié)點(diǎn)多播組(FF02::1)，指示本地IPv6/64前綴以及獲取其單播地址的方法?；赗A消息中的某些標(biāo)志和其他選項(xiàng)，節(jié)點(diǎn)被告知使用無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置(SLAAC)(RFC 4862)，有狀態(tài)DHCPv6(RFC 8415)或遞歸DNS服務(wù)器(RDNSS)(RFC 8106)。使用哪個(gè)是企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。
對(duì)于缺乏運(yùn)行DHCPv6所需的強(qiáng)大計(jì)算能力并且只需要在扁平網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的傳感器，SLAAC是一個(gè)顯而易見(jiàn)的選擇。對(duì)于企業(yè)的臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器，DHCPv6一直是推薦的，但決定有點(diǎn)模糊?，F(xiàn)在有更多操作系統(tǒng)支持RDNSS，包括Android，RDNSS正在成為一種流行的選擇。
RA數(shù)據(jù)包通常每200秒由本地路由器傳輸一次，以使所有節(jié)點(diǎn)都能獲知更改信息。加入網(wǎng)絡(luò)的新節(jié)點(diǎn)沒(méi)有耐心，將一個(gè)RS數(shù)據(jù)包發(fā)送到所有路由器鏈路本地多播組(FF02::2)，以了解它們已加入的網(wǎng)絡(luò)。本地路由器通過(guò)向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送RA來(lái)立即響應(yīng)RS?？梢韵胂?，這可以在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序中消耗一些可測(cè)量的電池壽命，因此創(chuàng)建了控制RAs的選項(xiàng)。
一種選擇是為物聯(lián)網(wǎng)使用更長(zhǎng)的RA間隔。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能只需要每天接收一次RA消息，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。但是，每當(dāng)新的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它就會(huì)發(fā)送一個(gè)RA，觸發(fā)本地路由器發(fā)送的全節(jié)點(diǎn)RA組播。
為了進(jìn)一步限制所有節(jié)點(diǎn)的組播數(shù)據(jù)包，可以將RA更改為發(fā)送RS的單個(gè)節(jié)點(diǎn)的單播數(shù)據(jù)包。這將阻止任何其他已建立的節(jié)點(diǎn)接收多播RA。此“Unicast-RA”功能消除了發(fā)送到全節(jié)點(diǎn)多播組的RA。這已在Cisco IOS版本15.4(2)T，15.4(2)S，15.2(1)SY1和更高版本中實(shí)現(xiàn)，并使用第3層接口命令“ ipv6 nd ra solicited unicast ”進(jìn)行配置。
創(chuàng)新的IPv6物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議
IPv6促進(jìn)了創(chuàng)新，并且已經(jīng)有大量開(kāi)發(fā)支持IPv6的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。以下是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)如何使用IPv6的幾個(gè)示例。
6LoWPAN(IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks)是一種基于IPv6的低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，允許IPv6數(shù)據(jù)包被壓縮、封裝并分成多個(gè)較小的幀，通過(guò)IEEE 802.15.4無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(RFC 4944和RFC 6282)發(fā)送。因此，6LoWPAN需要網(wǎng)關(guān)設(shè)備(邊緣路由器)將本地IPv6網(wǎng)絡(luò)連接到IoT設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。目標(biāo)是進(jìn)一步限制IPv6組播的使用，以最大限度地延長(zhǎng)電池壽命(RFC 6775)。這些方法由Zigbee協(xié)議套件使用。
IETF正在通過(guò)像LoRaWAN這樣的低功耗廣域網(wǎng)和用于使用IPv6的小型嵌入式設(shè)備的輕量級(jí)實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)(lwig)來(lái)研究IPv6。IETF還創(chuàng)建了用于這些低功耗和有損網(wǎng)絡(luò)(LLNs)的路由協(xié)議。IETF創(chuàng)建了“RPL: IPv6路由協(xié)議用于低功耗網(wǎng)絡(luò)”(RFC 6550)和多播協(xié)議用于低功耗網(wǎng)絡(luò)(MPL) (RFC 7731)。RPL使用IPv6來(lái)發(fā)現(xiàn)使用IPv6組FF02::1A的所有RPL節(jié)點(diǎn)。
IETF已經(jīng)開(kāi)發(fā)了使用Web和RESTful接口(CoRE)通過(guò)IPv6進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信的標(biāo)準(zhǔn)。約束應(yīng)用協(xié)議(CoAP協(xié)議)(RFC 7252)定義了這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用公共Web服務(wù)的方法。CoAP使用IPv6組播組FF0X::FD(所有CoAP節(jié)點(diǎn))。
移動(dòng)IPv6(MIPv6)協(xié)議(RFC 6275)已被指定多年，作為無(wú)約束設(shè)備在第3層網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)換期間維持其通信的一種方式。
IPv6甚至用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)制造和機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)。精確時(shí)間協(xié)議(PTP)(IEEE 1588-2008)使用IPv6多播到用于高速運(yùn)動(dòng)的精確編排進(jìn)行時(shí)鐘同步到亞微秒的精度，PTP使用IPv6組播組FF02::6B和FF0X::181。隨著企業(yè)繼續(xù)部署任何類型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，他們應(yīng)該探索如何使該系統(tǒng)使用IPv6。
