物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，尤其是家庭中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，正在以驚人的速度增長(zhǎng)。 有人估計(jì)，到 2025 年，家用設(shè)備的數(shù)量約為 300 億。換個(gè)角度來(lái)看，這是 2020 年部署的設(shè)備數(shù)量的兩倍。

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無(wú)論是工業(yè)環(huán)境還是聯(lián)網(wǎng)家庭環(huán)境中的用戶(hù)，都需要這些產(chǎn)品和應(yīng)用程序?yàn)樗麄兲峁┛尚泻陀欣蓤D的服務(wù)。但是這種技術(shù)的爆炸式增長(zhǎng)給網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)所依賴(lài)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來(lái)了前所未有的壓力。

IP 技術(shù)，尤其是 IPv6，可以幫助實(shí)現(xiàn)這種快速增長(zhǎng)。開(kāi)發(fā)人員、制造商和 IT 專(zhuān)家必須使用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來(lái)確保物聯(lián)網(wǎng)的互操作性和長(zhǎng)期可行性。

連接標(biāo)準(zhǔn)和向全 IP 的轉(zhuǎn)變

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，許多不同的連接標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出現(xiàn)并在今天使用。 Z-Wave、Zigbee 和藍(lán)牙最初都是為了使用特定的無(wú)線(xiàn)頻譜以及用于配對(duì)和消息傳遞的附加協(xié)議進(jìn)行高效通信。

• 與 Wi-Fi 不同，這些技術(shù)不是基于 IP 的，但隨著它們的成熟，它們都增加了 IP 功能。此舉有以下幾個(gè)原因：
• 與其他網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序的互操作性。最初，智能家居技術(shù)依賴(lài)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)中心通信。與其他 IP 連接應(yīng)用程序(尤其是在云中)的直接通信變得更加必要。
• 易于開(kāi)發(fā)。 IP 技術(shù)高度標(biāo)準(zhǔn)化，并擁有龐大的開(kāi)源支持社區(qū)，這為開(kāi)發(fā)人員提供了更廣泛的工具來(lái)更快地構(gòu)建和部署解決方案。
• 對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、語(yǔ)音和視頻的原生支持。隨著時(shí)間的推移，IP 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以處理多種應(yīng)用流量，尤其是那些適用于智能家居和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用流量。

IPv4 給物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)帶來(lái)挑戰(zhàn)

IPv4 及其支持的高層協(xié)議、TCP 和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議幾十年來(lái)一直是互聯(lián)網(wǎng)的支柱。然而，自 2015 年以來(lái)，IPv4 地址空間已經(jīng)耗盡，只有少數(shù)地址在這里和那里掙扎。今天的基于 IPv4 的家庭網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)于與網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 (NAT) 保持在一起的私有地址空間，這讓單個(gè)公共地址在私有地址空間中處理它“后面”的主機(jī)。

這給許多物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。使用基于不同物理層技術(shù)的產(chǎn)品，智能家居內(nèi)部將有許多網(wǎng)絡(luò)——而不僅僅是一個(gè)專(zhuān)用局域網(wǎng)——這意味著使用多個(gè)專(zhuān)用地址空間并防止簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。盡管有可能，但諸如 NAT 會(huì)話(huà)遍歷實(shí)用程序或依賴(lài)“始終在線(xiàn)”的通信通道之類(lèi)的變通方法很復(fù)雜，對(duì)于僅偶爾輪詢(xún)一次信息的休眠設(shè)備或傳感器來(lái)說(shuō)可能很困難。

IPv6呢?

盡管 IPv6 已經(jīng)存在了 20 年，但 IPv4 的持久力主要是通過(guò) NAT 技術(shù)推動(dòng)的，這讓許多人猶豫是否將其批發(fā)用于他們的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃。然而，IPv6 為物聯(lián)網(wǎng)提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它是為穿越數(shù)千個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)十億網(wǎng)絡(luò)連接的未來(lái)而設(shè)計(jì)的。

僅地址空間的龐大規(guī)模就是 IPv6 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。完整的 IPv6 部署完全消除了對(duì)私有地址空間的需求，允許設(shè)備和應(yīng)用程序之間輕松進(jìn)行雙向通信。由于IPv4地址空間耗盡，運(yùn)營(yíng)商部署了各種過(guò)渡機(jī)制——例如6rd、使用轉(zhuǎn)換的地址和端口映射、使用封裝的地址和端口映射——在IPv6骨干網(wǎng)上運(yùn)行IPv4。

此外，IPv6 大大減少了引導(dǎo)和地址分配的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置使節(jié)點(diǎn)無(wú)需中央管理和分配即可協(xié)商自己的網(wǎng)絡(luò)地址。這對(duì)于在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)百個(gè)設(shè)備以及頻繁進(jìn)入和停止服務(wù)的設(shè)備的任何部署來(lái)說(shuō)都是一個(gè)巨大的福音。

您可以怎樣做才能在您的產(chǎn)品中獲得更可靠的 IPv6 支持?

如上所述，IPv6 得到了標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)源社區(qū)的大力支持。然而，對(duì)使用 IPv6 的物聯(lián)網(wǎng)和智能家居產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格而全面的測(cè)試對(duì)于讓它為最終用戶(hù)工作是絕對(duì)必要的。在為您的 IoT 產(chǎn)品考慮 IPv6 時(shí)，需要檢查以下一些重要因素：

• 連接到云服務(wù)。您的產(chǎn)品能否連接到運(yùn)行所需的云服務(wù)并保持更新?您的 IPv6 連接在固件更新之前和之后都能正常工作嗎?
• 引導(dǎo)。您的設(shè)備是否需要能夠同時(shí)使用 IPv4 和 IPv6 網(wǎng)絡(luò)連接?它可以在重啟或睡眠模式后啟動(dòng)、接收地址和連接到服務(wù)嗎?
• 用戶(hù)控制。最終用戶(hù)如何訪(fǎng)問(wèn)您產(chǎn)品的 GUI(如果有)?本地接口或首次使用的應(yīng)用程序是否通過(guò) IPv6 工作?
• 基本的服務(wù)互操作性。您的產(chǎn)品需要的核心協(xié)議(例如 DNS 或網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)是否在 IPv6 上運(yùn)行?

通過(guò)嚴(yán)格的自動(dòng)化測(cè)試可以最好地檢查這些功能。對(duì)每個(gè)構(gòu)建和新固件進(jìn)行上述測(cè)試對(duì)于確保基本 IP 協(xié)議功能沒(méi)有退化很重要。此外，即使底層協(xié)議棧(通常從開(kāi)源代碼實(shí)現(xiàn))適用于基本連接，也有很多因素會(huì)導(dǎo)致設(shè)備最終處于不良狀態(tài)。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)頻繁重復(fù)這些連接測(cè)試可以隔離內(nèi)存泄漏或碎片，這些內(nèi)存泄漏或碎片將導(dǎo)致設(shè)備在沒(méi)有用戶(hù)干預(yù)的情況下鎖定或無(wú)法連接。 

最終，物聯(lián)網(wǎng)的連接前景可能還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。隨著我們邁向智能產(chǎn)品成為常態(tài)，甚至成為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施一部分的世界，考慮向 IP 和 IPv6 遷移可以幫助組織在這個(gè)美麗的新世界中航行。