2.3 6LoWPAN

我们已经知道，最底层（TCP/IP协议栈的物理层和数据链路层）负责对LoWPAN中设备进行互连，且在该层之上使用IPv6也能带来一些好处。6lowpan是位于网际层和底层之间的适配层，负责解决一些重要的问题。

图2.1. 协议栈中的6LoWPAN

6lowpan要实现的主要目标是： 1.分离、重组分层：IPv6规范[RFC2460]指定由数据链路层提供给IPv6层的最小MTU为1280字节。IEEE802.15.4中的协议数据单元最小为81字节。为了解决这个问题，必须在IP层之下提供一个分离、重组的适配层。 2.压缩头部：鉴于在最差情形下，IEEE802.15.4帧的最大IP包大小为81字节，而IPv6的头部占40字节（这里还不考虑可选扩展头部），所以留给上层协议TCP、UDP的大小只有41字节。UDP的头部占8字节，TCP的头部占20字节。因此，UDP协议的数据只占33字节，TCP协议的数据只占21字节。此外，正如上面说的，我们还需要一个分离、重组适配层，这也会占据一定的字节数，从而留给数据的字节数会更一步减小。因此，如果采用这样的协议，开销太大，因此必须对头部进行压缩。 3.自动配置地址：为了减小主机端的负载，需要为6LoWPAN指定一个方法来创建IPv6无状态自动配置地址。此外，也需要创建一个从被分配的EUI-64到IEEE802.15.4设备的IPv6接口标识符（Interface Identifier）。 4.组网路由协议：需要一个路由协议来支持多跳组网。其重点应该放到正在使用一个已经存在的路由协议（或者设计一个新协议）的时候，这样路由分包就能填充在一个IEEE802.15。4帧中。IETF 6lowpan工作组定义的这种机制是基于IEEE802.15.4层上面的一些需求。 5.IEEE802.15.4定义了四种类型的帧：信号帧，MAC命令帧，确认帧和数据帧。IPv6包必须由数据帧运载。 6.数据帧可以选择请求是否需要被确认：推荐在帧中携带IPv6包。 7.允许在帧中省略原地址或者/和目的地址。原地址和目的地址都需要被包含在IEEE802.15.4帧的头部。 8.包含源PAN ID和目的PAN ID字段。6LoWPAN标准假设一个PAN映射到一个指定的IPv6链接。 9.同时支持64位扩展地址和16位短地址。 10.由于在IEEE802.15.4天生不支持多播，因此在IEEE802.15.4网络中，IPv6层的多播包必须被当做数据链路层的广播帧进行运载。

6LoWPAN自适应格式被设计用于传输受限链路上的IPv6数据报。受限的带宽、内存或者无线传感器网络中的能耗都是链路受限的具体体现。对于每个目标和需求，6lowpan规范都提供了一个方案：

1. 使用组网编址头支持转发子IP。
2. 使用分离头部来支持IPv6最小MTU的需求。
3. 当需要在IEEE802.15.4上发送IPv6多播包时，使用广播头。
4. 使用IPv6数据报的无状态头部压缩，将相当大的IPv6和UDP头部下降到几个字节（最好的情形下）。这种头部被用于封装LoWPAN和用于形成所谓的头部栈。在头部栈中，每个头部都包含一个头部类型，接着是零个或者更多的头部字段。当多个LoWPAN头出现在相同的包里时，它们必须按照如下的顺序：组网编址头，广播头和分离头。

图2.2 6LoWPAN头部