物聯網可以推動IPv6的部署嗎？

IPv6具有IPv4所缺乏的特性，這使得它在物聯網部署方面具有優勢，例如支持大型物聯網網路、有助於延長物聯網設備的電池壽命，減少其管理和維護負擔。那麼物聯網能否有助於推動企業網路中的IPv6應用?

IPv6擁有很多地址

IPv4的一個突出問題是它可能只支持42億個地址。據估計，到2022年聯網設備的數量將增長到285億。這是一個巨大的缺口，意味著在部署物聯網時，如果沒有網路地址轉換(network address translation, NAT)這一技術層的介入，大多數的設備都無法連接到互聯網。

另一方面，IPv6支持大約340萬億個地址，這足以為每個物聯網設備提供通用的唯一IP地址。它可以做到這一點，而無需進一步投資NAT。

IPv6和物聯網電池壽命

IPv4在保持物聯網電池壽命方面也存在缺陷。因為許多聯網設備都是由電池供電的，並且因為物聯網網路(例如工廠感測器系統)可以包含數百或數千個設備，所以儘可能長時間地使用電池是一個巨大的優勢。想像一下，在許多廣泛分散的物聯網設備中更換電池所需的時間和精力是巨大的。

使用IPv4，常規廣播消息不必要地消耗電池壽命。例如，廣播消息用於地址解析協議(ARP)等進程，ARP用於將MAC地址綁定到IPv4地址。它的工作方式是，ARP消息被發送到網路中的每個設備，每個設備必須處理這個數據包，因此消耗一些電池電量，而不管該設備是否需要參與交換。

這種低效率也會破壞整個網路,在短時間內頻繁使用廣播的情況下，與廣播風暴相關的問題是眾所周知的，這類事件對物聯網網路是有害的。

使用IPv6，沒有廣播功能。相反，有效的多播通信用於這些一對多通信。IPv6的鄰居發現協議(NDP)使用具有請求節點多播地址的高效多播來構建和維護鄰居緩存，而不是廣播。鄰居(NS)數據包僅發送到LAN的/64前綴的一小部分子集，而鄰居數據包使用單播發回。

IPv6全節點鏈路本地多播組地址(FF02::1)與IPv6的廣播非常接近，物聯網設備儘可能使用單播消息來進一步節省電池電量。

細節：IPv6如何減少使用物聯網的電池

IPv6提供了多種方法來動態地為物聯網設備分配地址。IPv6節點具有多個地址，不像IPv4節點只有一個單播地址。IPv6節點具有鏈路本地地址(FE80::/10)和每個介面一個或多個IPv6單播地址。鏈路本地地址用於「引導」獲取單播地址作為路由器請求(RS)消息的源地址，以發現本地路由器。

第一跳路由器將路由器通告(RA)消息發送回全節點多播組(FF02::1)，指示本地IPv6/64前綴以及獲取其單播地址的方法。基於RA消息中的某些標誌和其他選項，節點被告知使用無狀態地址自動配置(SLAAC)(RFC 4862)，有狀態DHCPv6(RFC 8415)或遞歸DNS伺服器(RDNSS)(RFC 8106)。使用哪個是企業網路中經常出現的問題。

對於缺乏運行DHCPv6所需的強大計算能力並且只需要在扁平網路上運行的感測器，SLAAC是一個顯而易見的選擇。對於企業的台式機和伺服器，DHCPv6一直是推薦的，但決定有點模糊。現在有更多操作系統支持RDNSS，包括Android，RDNSS正在成為一種流行的選擇。

RA數據包通常每200秒由本地路由器傳輸一次，以使所有節點都能獲知更改信息。加入網路的新節點沒有耐心，將一個RS數據包發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路。本地路由器通過向所有節點發送RA來立即響應RS。可以想像，這可以在物聯網應用程序中消耗一些可測量的電池壽命，因此創建了控制RAs的選項。

一種選擇是為物聯網使用更長的RA間隔。物聯網設備可能只需要每天接收一次RA消息，甚至更長時間。但是，每當新的物聯網設備加入網路時，它就會發送一個RA，觸發本地路由器發送的全節點RA組播。

為了進一步限制所有節點的組播數據包，可以將RA更改為發送RS的單個節點的單播數據包。這將阻止任何其他已建立的節點接收多播RA。此「Unicast-RA」功能消除了發送到全節點多播組的RA。這已在Cisco IOS版本15.4(2)T，15.4(2)S，15.2(1)SY1和更高版本中實現，並使用第3層介面命令「 ipv6 nd ra solicited unicast 」進行配置。

創新的IPv6物聯網協議

IPv6促進了創新，並且已經有大量開發支持IPv6的物聯網協議。以下是關於物聯網網路如何使用IPv6的幾個示例。

6LoWPAN(IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks)是一種基於IPv6的低速無線個域網標準，允許IPv6數據包被壓縮、封裝並分成多個較小的幀，通過IEEE 802.15.4無線網路(RFC 4944和RFC 6282)發送。因此，6LoWPAN需要網關設備(邊緣路由器)將本地IPv6網路連接到IoT設備網路。目標是進一步限制IPv6組播的使用，以最大限度地延長電池壽命(RFC 6775)。這些方法由Zigbee協議套件使用。

IETF正在通過像LoRaWAN這樣的低功耗廣域網和用於使用IPv6的小型嵌入式設備的輕量級實現指導(lwig)來研究IPv6。IETF還創建了用於這些低功耗和有損網路(LLNs)的路由協議。IETF創建了「RPL: IPv6路由協議用於低功耗網路」(RFC 6550)和多播協議用於低功耗網路(MPL) (RFC 7731)。RPL使用IPv6來發現使用IPv6組FF02::1A的所有RPL節點。

IETF已經開發了使用Web和RESTful介面(CoRE)通過IPv6進行物聯網設備通信的標準。約束應用協議(CoAP協議)(RFC 7252)定義了這些物聯網設備使用公共Web服務的方法。CoAP使用IPv6組播組FF0X::FD(所有CoAP節點)。

移動IPv6(MIPv6)協議(RFC 6275)已被指定多年，作為無約束設備在第3層網路之間轉換期間維持其通信的一種方式。

IPv6甚至用於工業物聯網製造和機器人網路。精確時間協議(PTP)(IEEE 1588-2008)使用IPv6多播到用於高速運動的精確編排進行時鐘同步到亞微秒的精度，PTP使用IPv6組播組FF02::6B和FF0X::181。隨著企業繼續部署任何類型的物聯網應用程序，他們應該探索如何使該系統使用IPv6。

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