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IPv6 寻址

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让我们来看一下 Thread 如何识别网络中的每个设备,以及设备间用何种类型的地址进行相互通信。

OT Scopes

Thread 网络中有三种域用于单播寻址:

  • Link-Local — 所有通过单次射频传输可访问的接口
  • Mesh-Local — 所有在同一 Thread 网络中可访问的接口
  • Global — 所有从 Thread 网络外部可以访问的接口

前两个域与 Thread 网络指定的 Prefix(前缀)相对应。Link-Local 的 Prefix 为 fe80::/16,Mesh-Local 的 Prefix 为 fd00::/8

单播

单个 Thread 设备可以通过多种 IPv6 单播地址来进行标识。每种地址都有不同的功能(基于域和用例)。

在介绍每种类型之前,让我们先了解一个共同的概念,它叫作 RLOC(Routing Locator)。RLOC 根据 Thread 接口在网络拓扑中的位置来对其进行标识。

如何生成 RLOC

所有设备都获得一个 Router ID 和一个 Child ID。每个 Router 维护一个包含其所有子节点的表,两个 ID 的组合唯一地标识拓扑中的设备。例如,请参考以下拓扑中高亮的节点,其中 Router(五边形)中的数字是 Router ID,End Device(圆形)中的数字是 Child ID:

OT RLOC Topology

每个子节点的 Router ID 对应于它的父节点(Router)。因为 Router 不会是子节点,所以 Router 的 Child ID 始终为 0。这些值对于 Thread 网络中的每个设备都是唯一的,并用于创建 RLOC16(代表 RLOC 的后 16 位)。

例如,以下是左上节点(Router ID = 1,Child ID = 1)的 RLOC16 的计算方法:

OT RLOC16

RLOC16 是 IID(Interface Identifier)的一部分,IID 对应的是 IPv6 地址的后 64 位。一些 IID 可用于标识某些类型的 Thread 接口。例如,RLOC 的 IID 始终为 0000:00ff:fe00:RLOC16 的形式。

RLOC 由 Mesh-Local Prefix 和 IID 组成。例如,如果 Mesh-Local Prefix 是 fde5:8dba:82e1:1::/64,RLOC16 = 0x401,那么该节点的 RLOC 就是:

OT RLOC

可以使用相同的逻辑来确定以上示例拓扑中所有高亮的节点的 RLOC:

OT Topology w/ Address

但是,因为 RLOC 是基于节点在拓扑中的位置的,所以节点的 RLOC 会随着拓扑的变化而改变。

例如,如果 Thread 网络中的 0x400 节点离开了网络,那么它的子节点 0x4010x402 会与其它的 Router 建立新连接,从而获得新的 RLOC16 和 RLOC:

OT Topology after Change

单播地址类型

RLOC 只是 Thread 设备可以获得的多种 IPv6 单播地址之一。另一类用于在 Thread 网络分区内标识唯一的 Thread 接口的地址称为 EID(Endpoint Identifier)。EID 与 Thread 网络拓扑无关。

常见的单播类型如下。

一种用于标识单次射频传输可访问的 Thread 接口的 EID。
示例fe80::54db:881c:3845:57f4
IID基于 802.15.4 Extended Address
Link-Local
详情
  • 用于发现邻居、配置链路和交换路由信息
  • 非可路由地址
  • 总是带 fe80::/16 Prefix

Mesh-Local EID (ML-EID)

一种用于标识 Thread 接口的 EID,其与网络拓扑无关。用于访问同一 Thread 分区内的 Thread 接口。也称为 ULA(Unique Local Address)。
示例fde5:8dba:82e1:1:416:993c:8399:35ab
IID在 commissioning 完成后随机生成
Mesh-Local
详情
  • 不会随拓扑变化而变化
  • 应由应用程序使用
  • 总是带 fd00::/8 Prefix

Routing Locator (RLOC)

根据 Thread 接口在网络拓扑中的位置来对其进行标识。
示例fde5:8dba:82e1:1::ff:fe00:1001
IID0000:00ff:fe00:RLOC16
Mesh-Local
详情
  • 在设备连接到网络后生成
  • 用于在 Thread 网络中传递 IPv6 数据报
  • 随拓扑变化而变化
  • 通常不会由应用程序使用

Anycast Locator (ALOC)

用于标识 Thread 网络分区中一个或多个 Thread 接口的位置。如果始发者不知道目的地的 RLOC,则使用 ALOC 进行查找。
示例fde5:8dba:82e1:1::ff:fe00:fc01
IID0000:00ff:fe00:fcXX
Mesh-Local
详情
  • fcXX = ALOC 目的地址,用于查询对应的 RLOC
  • 通常不会由应用程序使用

Global Unicast Address (GUA)

一个EID,用于标识除 Thread 网络外的全局范围内的 Thread 接口。
示例2000::54db:881c:3845:57f4
IID
  • SLAAC — 由设备自身随机分配
  • DHCP — 由 DHCPv6 服务器分配
  • Manual — 由应用层分配
Global
详情
  • 一个公开的 IPv6 地址
  • 总是带 2000::/3 Prefix

多播

多播用于一次将信息传达给多个设备。Thread 网络中保留了特定的地址,以提供给不同分组的设备在多播时使用。

IPv6 地址 传递给
ff02::1 Link-Local 所有 FTD 和 MED
ff02::2 Link-Local 所有 FTD
ff03::1 Mesh-Local 所有 FTD 和 MED
ff03::2 Mesh-Local 所有 FTD

你可能会注意到,上面的多播表中没有将 SED 作为接收者包括在内。Thread 为所有 Thread 节点(包括 SED)定义了(link-local 和 realm-local 域)基于单播 prefix 的 IPv6 多播地址。这些多播地址基于单播 Mesh-Local prefix 构成,因 Thread 网络而异。(有关基于单播 prefix 的 IPv6 多播地址的详情,请参阅 RFC 3306)。

Thread 设备还支持除表中所列举域之外的任意域。

任播

当目的地的 RLOC 未知时,可以使用任播将流量路由到 Thread 接口。ALOC(Anycast Locator)标识 Thread 分区内多个接口的位置。ALOC 的后 16 位,称为 ALOC16,其格式为 0xfcXX,表示 ALOC 的类型。

例如,0xfc010xfc0f 之间的 ALOC16 保留给了 DHCPv6 Agent。如果特定的 DHCPv6 Agent RLOC 是未知的(可能是因为网络拓扑已更改),则可以将消息发送到 DHCPv6 Agent ALOC 以获取 RLOC。

Thread 定义了以下 ALOC16 值:

ALOC16 类型
0xfc00 Leader
0xfc010xfc0f DHCPv6 Agent
0xfc100xfc2f Service
0xfc300xfc37 Commissioner
0xfc400xfc4e Neighbor Discovery Agent
0xfc380xfc3f
0xfc4f0xfcff
Reserved

回顾

你应该学到了:

  • Thread 网络包含三个域:Link-Local、Mesh-Local 和 Global
  • Thread 设备具有多种单播 IPv6 地址
  • RLOC 表示设备在 Thread 网络中的位置
  • ML-EID 对于分区内的 Thread 设备是唯一的,并且应由应用程序使用
  • Thread 使用多播将数据转发到节点组和 Router 组
  • 当目的地的 RLOC 未知时,Thread 可以使用任播

要了解有关 Thread 的 IPv6 寻址的更多信息,请参阅 Thread Specification 的 5.2 和 5.3 节。