Tìm hiểu các mạnh cảm biến không dây trên nền giao thức định tuyến IP: Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn sách "Mạng cảm biến không dây trên nền kiến trúc IP" trình bày các nội dung: IPv6 cho mạng cảm biến không dây, lớp thích ứng LoWPAN; giao thức định tuyến RPL; giao thức lớp ứng dụng CoAP. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tìm hiểu các mạnh cảm biến không dây trên nền giao thức định tuyến IP: Phần 2 Chương 4 IPv6 CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÀY Trong thời gian qua, đã có một số cuốn sách được xuất bàn viết về IPv6. Chương này sê giới thiệu về ứng dụng IPv6 cho các mạng cảm biến không dây. Để có được các thông tin chi tiết về ứng dụng IPv6 cho các mạng cảm biến không dây, bạn đọc cỏ thể tìm hiểu thêm trong các tài liệu RFC IPvỏ được quy định bời IETF. IPv6 đóng vai trò nền tảng trong kiến trúc 'Internet o f Things' nói chung và mạng cảm biến không dây nói riêng. Chương này cũng sẽ giới thiệu một số động lực thúc đẩy chính cùa việc lụa chọn IPv6 cho các mạng cảm biến không dây. 4.1. GIỚI THIỆU VÈ IPv6 IPv6 đóng một vai trò quan trọng đối với các mạng cảm biến không dây trên nền kiến trúc IP. IPv6 hoàn toàn theo nguyên tắc kiến trúc cơ bản cùa IP. EPv6 chi là phiên bàn tiếp theo của IP nhằm giải quyết một số hạn chế của IPv4. Mặc dù có một số hạn chế nhưng IPv4 đã đạt được một sự thành công rất lớn. IPv4 chắc chắn sẽ vẫn hoạt động trong các năm tới và các nhà thiết kế IPv6 đã phát triển một loạt các cơ chế nhằm cho phép chuyển đổi dễ dàng từ IPv4 sang IPv6. Một số đặc điểm chính của IPv6 bao gồm: • K hông gian đ ịa chỉ lớn hơn và đáp ứng được yêu cầu đổi với các m ạn g có quy mô lớn: Mặc dù trong một số trường hợp ứng dụng, mạng cảm biến không dây có thể chì bao gồm vài chục nút. Tuy nhiên, trong một số trường hợp ứng dụng khác thì số lượng các nút cảm biến có thể lên tới vài trăm ngàn nút. Với sự cạn kiệt địa chi IPv4 thì IPv6 sẽ là sự lựa chọn tất yếu. Với việc mờ rộng không gian địa chi từ 32 bit lên 128 bit thì IPv6 cho phép một lượng lớn không gian địa chi dành cho 98 các nút cảm biến và cùng với đó sẽ cỗ nhiều mức phân cấp địa chi cũng như các đặc điẻm tự động cấu hình. Nhưng đây không phải là lý do duy nhất cho việc lựa chọn IPv6. • T ự động cấu hình: Đối với các mạng có quy mô lớn thì việc quán lý (bao gồm việc dự phòng, cấu hình, quàn lý lỗi, thong kê, phân tích hiệu năng) trở nên rất khó khăn. Do vậy, việc thiết lập các tính năng tự động cấu hình trong IPv6 là một lý do khác dẫn đến việc sừ dụng IPv6 trong các mạng cảm biến không dây. • Sự thay đổi tiêu đề: Một số trường tiêu đề IPv4 không sử dụng đã được loại bỏ (ví dụ như sự phân mành, tồng kiểm tra,...) và một cấu trúc đơn giàn hơn với một tiêu đề cố định có thể thêm vào các tiêu đề m ở rộng tùy chọn. Các trường mới cũng đã được thêm vào (ví dụ như trường nhãn luồng). • Nhận thực và bảo m ật: Các phần mở rộng được định nghĩa nhằm hỗ trợ việc nhận thực, tính toàn vẹn và bảo mật dữ liệu. • V ấn đề an ninh: IPSec (tùy chọn trong IPv4) là bắt buộc trong IPv6. 4.2. CÁC TIÊU ĐỀ GÓI TIN IPv6 4.2.1. Tiêu đề IPv6 cố định (IPv6 Fixed Header) Cách tốt nhất để bẳt đầu học một giao thức là đầu tiên chúng ta nên tìm hiểu về trường tiêu đề gói tin. Định dạng tiêu đề gói tin IPv6 được minh họa trong hình 4 1. Varsion I Traff*c d a ss I Flow label Paytoad length I Next header Hop Hmit Source address * '' Destination address Hình 4.1: Đinh dạng tiẽu đề gỏi tin IPv6. 99 Các trường trong tiêu đề gói tin IPv6 bao gồm: - Version (4 bit): IP phiên bàn 6. - Traffĩc class (8 bit): Trường 8 bit này được dùng để xác định lớp dịch vụ (Class o f Service) cùa gói tin. - Flow label (20 bit): Nhãn luồng có thể được sừ dụng bời một nút nguồn để tham chiếu đến một chuỗi các gói tin nhàm xác định một luồng mà nó đòi hỏi việc xừ lý các gói tin riêng biệt bời các bộ định tuyến dọc theo tuyến đường tới đích của nó. Nhãn luồng nên được tạo ra ngẫu nhiên để hỗ trợ việc thực hiện chức năng khóa băm trên bộ định tuyến trung gian. Giả thiết rằng tại bất cứ thời điểm nào nút nguồn không sử dụng cùng một giá trị nhãn luồng cho hai luồng khác nhau. Lưu ý rằng, việc sử dụng trường này chủ yếu vẫn là thứ nghiệm. - Payload length (16 bit): Trường này chì ra độ dài của tải trọng (không bao gồm tiêu đề gói tin). Chú ý rằng độ dài của các tiêu đề mờ rộng cũng có trong độ dài tải trọng. - Next header (8 bit): Trường này nhận dạng tiêu đề theo sau tiêu đề gói tin IPv6. Điều này tạo ra sự linh hoạt trong việc thêm vào các tiêu đề tùy chọn sừ dụng một chuỗi tiêu đề nối tiếp nhau. - Hop limit (8 bit): Trường này giảm đi một sau mỗi lần gói tin được chuyển tiếp bởi một nút mạng. Khi trường này bằng 0 thì gói tin sẽ bị loại. - Source Address: Gồm 128 bit địa chi nguồn của gói tin IPv6. - Destination Address: Gồm 128 bit địa chi đích của gói tin IPv6. Qua đó, chúng ta thấy rằng tiêu đề gói tin IPvó là cố định (không có tùy chọn) có độ dài 40 byte so với tiêu đề 20 byte của gói tin IPv4. Độ dài tiêu đề gói tin tăng lên có thể là một trở ngại đối với mạng cảm biến không dây sử dụng chuẩn truyền thông vật lý IEEE 802.15.4. Đây là lý do tại sao nhóm làm việc 6LoWPAN đã quy định các cơ chế nén tiêu đề khác nhau nhằm giảm kích thước tiêu đề. Trái ngược với IPv4, không có trường tổng kiểm tra trong tiêu đề gói tin IPv6. N hư vậy tất cả các giao thức lớp giao vận phải tính toán một tổng kiêm tra có tính đến tiêu đề gói tin IPv6. Điều này cũng được thực hiện bởi UDP. Do vậy, tổng kiểm tra UDP (tùy chọn trong IPv4) là bát buộc trong 100 IPv6. Đối với IPv4, tất cả các giao thức lớp cao đều hơn sử dụng 32 bit địa chỉ IPv4 để tính toán tổng kiểm tra của chúng. Vì vậy các giao thức này cần được thay đổi để sử dụng 128 bit địa chi IPv6. 4.2.2. Tiêu đề mở rộng (Extended Header) IPv6 có một tiêu đề cố định và theo sau là một chuỗi nối ...