YD/T 2900-2015.Technique requirement of IPv6: Technical requirements for IPv6 over low-power and lossy networks(LLN).
1范围
YD/T 2900规定了适用于低功耗有损网络，特别是低功耗无线个域网络环境下的轻量级IPv6协议，包括用于IP层与MAC层适配的6LoWPAN基本协议、6LoWPAN邻居 发现协议以及报头压缩算法等。
YD/T 2900适用于支持6LoWPAN技术的网络设备。YD/T 2900规定的轻量级IPv6协议适用于IEEE802.15.4的MAC层，其他MAC层技术不在本标准的规定范围内。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
IETF RFC4193 本地唯一IPv6单播地址 (Unique Local IPv6 Unicast Addresses)
IETF RFC 4291 IPv6寻址架构(IP Version 6 Addressing Architecture)
IETF RFC 4443 适用于IPv6的互联网控制消息协议( Internet Control Message Protocol(ICMPv6) for the Internet Protocol Version 6 (IPv6) Specification)
IETF RFC 4861 IPv6邻居发现(Neighbor Discovery for IP version 6 (IPv6))
IETF RFC 4919 低功耗无线个域网中的IPv6:总述、假设、问题和目标( IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs): Overview, Assumptions,Problem Statement, and Goals)
IETF RFC 4944 在IEEE 802.15.4网络中传输IPv6 (Transmission of IPv6 Packets over IEEE802.15.4 Networks)

ICS33.040.40
中华人民共和国通信行业标准
YD/T2900-2015
IPv6技术要求
适用于低功耗有损网络的IPV6协议Technique requirement of IPv6: Technical requirements for IPv6overlow-powerandlossynetworks(LLN)2015-07-14发布
2015-10-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言·
1范围·
2规范性引用文件
3术语、定义和缩略语·
3.1术语和定义
3.2缩略语…
4概述
4.1基于IEEE802.15.4MAC层的IPv6需求4.26LoWPAN网络协议栈
56LoWPAN协议
5.16LoWPAN适配层和顿格式
地址自动分配
地址映射
链路层路由与网络层路由.
链路层网状网络的顿传送
6报头压缩算法
LoWPANHC1算法·
6.2LoWPANIPHC算法·
76LoWPAN邻居发现协议·
新的邻居发现选项
主机行为
6LR和6LBR的路由器行为
边界路由器行为
可替代特色行为
参考文献·
YD/T2900-2015
YD/T2900-2015
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本标准由中国通信标准协会提出并归口。本标准起草单位：中国信息通信研究院、中国移动通信集团公司。本标准主要起草人：张恒升、马军锋、曹振。1范围
IPV6技术要求
适用于低功耗有损网络的IPv6协议YD/T2900-2015
本标准规定了适用于低功耗有损网络，特别是低功耗无线个域网络环境下的轻量级IPv6协议，包括用于IP层与MAC层适配的6LoWPAN基本协议、6LoWPAN邻居发现协议以及报头压缩算法等。本标准适用于支持6LoWPAN技术的网络设备。本标准规定的轻量级IPv6协议适用于IEEE802.15.4的MAC层，其他MAC层技术不在本标准的规定范围内。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IETFRFC4193
IETFRFC4291
IETFRFC4443
IETFRFC4861
IETFRFC4919
IETFRFC4944
IETFRFC5889
IEEE802.15.4
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
本地唯一IPv6单播地址（UniqueLocalIPv6UnicastAddresses）IPv6寻址架构（IPVersion6AddressingArchitecture）适用于IPv6的互联网控制消息协议（InternetControlMessageProtocol(ICMPv6) for the Internet Protocol Version 6 (IPv6) Specification)IPv6邻居发现（NeighborDiscoveryforIPversion6(IPv6)）低功耗无线个域网中的IPv6:总述、假设、问题和目标（IPv6overLow-PowerWireless Personal Area Networks (6LoWPANs):Overview,Assumptions,ProblemStatement,andGoals)
在IEEE802.15.4网络中传输IPv6（TransmissionofIPv6PacketsoverIEEE802.15.4 Networks)
自组织网络中的IP寻址模型（IPAddressingModelinAdHocNetworks）用于低速率无线个域网的无线媒体接入控制和物理层规范（WirelessMediumAccessControl (MAC)andPhysical Layer (PHY)SpecificationsforLow-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs))下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
低功耗无线个域网LowpowerWirelessPersonalAreaNetworks（LoWPAN）由符合IEEE802.15.4标准的、低速率、低功耗、低成本设备组成的低功耗无线个域网，通常这些设备的计算能力、存储容量或可用电量都很低，如无线传感器设备。3.1.2
用于低功耗无线个域网的IPv6技术IPv6overLowpowerWirelessPersonalAreaNetworks(6LoWPAN）
YD/T2900-2015
用于低功耗无线个域网的IPv6技术，通过在IP层与数据链路层加入一个适配层，将IP网络构建在低功耗无线网络上，数据链路层协议目前主要指IEEE802.15.4标准，未来也可能是其他各种数据链路层协议标准。
6LoWPAN网络6
6LoWPAN network
采用6LoWPAN技术的网络。
3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
6LoWPAN
ICMPv6
LoWPAN
LoWPAN HC1
IPv6overLow-powerWirelessPersonal用于低功耗无线个域网的IPv6技术Area Network
6LoWPANRouter
6LoWPAN Border Router
Authoritative Border Router OptionAdvanced Encryption StandardAddress Registration Option
Duplicate Address Detection
Dynamic Host Configure ProtocolInternet Control Message Protocol Version 6Internet Protocol version 4
Internet Protocol version 6
Low-power Wireless Personal Area NetworkLoWPAN Header Compression
CLoWPANIPv6HeaderCompressionLOWPAN IPHC
4概述
Media Access Control
Maximum Transimission Unit
Neighbor Advertisement
Neighbor Solicitation
NeighborUnreachabilityDetectionPrefix Information Options
4.1基于IEEE802.15.4MAC层的IPv6需求6LoWPAN网络路由器
6LoWPAN边界路由器
权威边界路由器选项
高级加密算法
地址注册选项
重复地址检查
动态主机配置协议
互联网控制消息协议版本6
因特网协议版本4
因特网协议版本6
低功耗无线个域网络
IETFRFC4919规定的IPv6报头压
缩算法
IETFRFC6282规定的IPv6报头压
缩算法
媒质访问控制
最大传送单元
邻居通告消息
邻居请求消息
邻居不可达检测
前缀信息选项
基于IEEE802.15.4MAC层传送IPv6报文，需要解决以下关键问题：a）IPv6地址的生成和管理，即IEEE802.15.4设备如何获取IPv6本地链路地址、全球单播地址并保证唯一性。由于IEEE802.15.4提供两种地址格式：64位地址和16位地址，需要相应的地址转换机制来实现IPv6地址和802.15.4地址的转换。
YD/T2900-2015
b）最大传输单元MTU。在IPv6网络中，规定最小的MTU是1280字节，而IEEE802.15.4中规定留给网络层以上的负载最大只有102字节，因此应在MAC层和IPv6层之间设置中间层，完成二者适配。c）轻量化IPv6协议。IPv6协议包括很多子协议，完全实现是没有必要的，而且几乎是不可能的，应该针对IEEE802.15.4的特性确定保留或者改进哪些功能协议，满足嵌入式IPv6对功能、体积、功耗和成本等的严格要求。
d）报头压缩。IPv6基本报头共40字节，固定报头占据了IPv6包很大的空间，而且如果存在扩展报头传输层报头和安全机制等，效率更加低下，导致发送更多数据包，占用更多带宽，增加了功耗，大大影响电池的寿命。
e）路由机制。IPv6网络使用的路由协议主要是基于距离矢量的路由协议和基于链路状态的路由协议。这两类协议都需要周期性地交换信息来维护网络正确的路由表或网络拓扑结构图。而在资源受限的泛在网感知延伸层网络中采用传统的IPv6路由协议，由于节点从休眠到激活状态的切换会造成拓扑变化比较频繁，导致控制信息将占用大量的无线信道资源，增加了节点的能耗，从而降低网络的生存周期因此需要对Pv6路由机制进行优化改进，使其能够在能量，存储和带宽等资源受限条件下，尽可能地延长网络的生存周期，重点研究网络拓扑控制技术、数据融合技术、多路径技术、能量节省机制、服务质量保证机制。
f）组播支持。IEEE802.15.4的MAC子层只支持单播和广播，不支持组播。而Ipv6组播是IPv6的个重要特性，在邻居发现和地址自动配置等机制中，都需要链路层支持组播。所以，需要制定从IPv6层组播地址到MAC地址的映射机制，即在MAC层用单播或者广播替代组播。g）安全机制。在IEEE802.15.4的应用中，大多数都需要安全保证，一个可靠的安全机制是设备大规模商用的关键之一。目前IEEE802.15.4安全（在链路层提供AES安全机制）没有密钥分配、管理等机制驱需上层提供合适的安全机制。4.26LoWPAN网络协议栈
IEEE802.15.4定义的物理层数据顿长为127字节，再除去最大顿头，MAC层最大顿长为102字节。如果考虑链路层安全，采用AES-CCM-128加密传输，则只剩下81字节可用。这显然远远小于IPv6定义1280字节包长，所以需要一个分片/重组能力。此外，再除去40字节的IPv6报头，提供给上层协议的就只剩下41字节，在加上上层协议自已的报文头以及分片/重组的开销，用于传输数据的字段就很少，传输效率很低。因此，需要一个6LoWPAN适配层，能够支持IP层数据包的分片/重组和报头压缩。6LoWPAN网络协议栈如图1所示。
应用层
传输层
IPv6网络层
6LoWPAN适配层
802.16.4MAC层
802.15.4物理层
图16LoWPAN网络协议栈
YD/T2900-2015
在6LoWPAN网络中，MAC层和物理层协议主要是IEEE802.15.4协议，网络层采用IPv6协议，在网络层和MAC层之间增加了一个6LoWPAN适配层，遵循6LoWPAN协议。6LoWPAN适配层主要用于完成IPv6协议对802.15.4网络的适配，提供包头压缩、报文分片/重组等功能，各种功能的报头采用堆栈的方式封装在IPv6载荷外层。
56LoWPAN协议
5.16LoWPAN适配层和顿格式
5.1.1概述
LoWPAN封装的格式是IEEE802.15.4MAC层协议数据单元中的载荷。LoWPAN的载荷比如一个IPv6报文，紧随在封装报头之后。LoWPAN封装头以堆栈的形式出现，堆栈中的每个报头由报头类型和报头域组成。在LoWPAN封装报头堆栈中，各种报头按照一定顺序排列，网状（L2）寻址、逐跳选项（包括二层广/组播）、分片以及最后的载荷。图2列举一些典型的报头堆栈。IPv6消息
HC1消息
网状类型
分片类型
网状类型
网状类型
IPv6报头
LoWPAN封装IPv6报文
HCI报头
LoWPAN封装LOWPAN_HCI压缩的IPv6报文网状报头
HC1消息
HC1报头
LoWPAN封装LOWPAN_HCI压缩的需要网状寻址的IPv6报文分片报头
HC1消息
HC1报头
LoWPAN封装LOWPAN_HC1压缩的需要分片的IPv6报文网状报头
分片类型
分片报头
HC1消息
HCI报头
LoWPAN封装LOWPANHCI压缩的需要网状寻址和分片的IPv6报文网状报头
广播消息
广播报头
HC1消息
HC1报头
LoWPAN封装LOWPAN_HCI压缩的需要网状寻址并支持网状广/组播的IPv6报文图26LoWPAN报头堆栈示例
当在一个报文中出现多个LoWPAN报头，采用堆栈的顺序是网状寻址报头、广播报头、分片报头。在LoWPAN报头的定义中，除了网状寻址和分片，其他都是由消息值、对应的报头域组成的。5.1.2报头类型
表1定义了6LoWPAN报文报头的类型。表1报头类型
类型字段8比特
Xxxxxx
0００００1
0０００１０
010000
NALP，非LoWPAN顿
IPv6，非压缩IPv6报头
报头类型
LOWPANHCI，LOWPANHC1压缩的IPv6LOWPANBCOLOWPANBCO广播
类型字段8比特
01111111
10xxxxxx
oooxxx
100XxX
表1（续）
ESC，接着又附加的消息字段
MESH，网状报头
FRAG1，分片报头（第一个）
FRAGN，分片报头（后续）
报头类型
YD/T2900-2015
消息报头类型由01两个比特位开头，紧接着的是消息指定类型的报头，如图3所示。2比特
6比特
5.1.3网状寻址类型和报头
2比特
1比特
1比特
4比特
指定类型的报头
图3消息报头
剩余跳数
源地址、目的地址
图4网状寻址类型和报头
网状导址类型和报头如图4所示，其中各字段的说明如下：@V：=0表示源地址为64比特扩展地址（EUI-64），=1表示源地址为16比特短地址：F：=0表示目的地址为64比特扩展地址，=1表示目的地址为16比特短地址：剩余跳数：表示此报文剩余允许经过的节点数，每过一个转发节点，数值都减少，直到为0时丢弃报文；其中，数值0xF保留，表示紧接着的是一个8比特剩余跳数域；源、目的地址：发起端和终点端的链路层地址。5.1.4分片类型和报头
如果一个IPv6报文能够完整放在一个802.15.4顿内，则不需要进行分片，LoWPAN封装也就不包含分片报头；如果一个报文超出了一个802.15.4帧载荷的长度，就需要进行链路分片。除了最后一个片段，其余所有的分片报文长度都是8字节的整数倍。图5描述了分片第一个片段的格式；图6描述了分片的后续片段。其中各字段的说明如图5和图6所示。5比特
5比特
11比特下载标准就来标准下载网
数据报文大小
16比特
数据报文标签
图5分片的第一个片段
11比特
数据报文大小
16比特
数据报文标签
图6分片的后续片段
数据报文大小：用于表示在链路层分片前的IP包的长度：8比特
数据报文偏移量
数据报文标签：用于区分不同IP包分片产生的片段，对于同一个IP包分片生成的所有片段应是相同的数据报文标签。
数据报文偏移量：用于表示报文片段与IP包第一个字节之间的距离，此字段只出现在分片的后续片段中，并以8字节为一个单位长度。如果在分片重组时收到重叠分片，而且大小、偏移量参数不同，那么已经在重组缓存中的分片将会被丢弃，而由最新收到的这个链路分片进行重组。5
YD/T2900-2015
5.2地址自动分配
在IEEE802.15.4中允许使用16比特短地址和64比特扩展地址。16比特短地址由PAN内的设备自动分配，在连接的生命周期内保持唯一性和有效性。64比特扩展地址则不受此限制，可用在配置、邻居发现和路由时使用。每个IEEE802.15.4设备都有一个EUI-64地址。如果IEEE802.15.4接口标识是基于EUI-64分配给802.15.4设备，那么这些接口标识就是由EUI-64地址生成的。对于16比特短地址，需要加上48比特伪地址”，生成64比特的扩展地址（如图7所示）。首先由16比特短地址生成为48比特地址，如果不知道PAN标识，则采用全0填充，然后由48比特地址生成64比特接口标识。由于此地址不是全球唯一地址，所以接口标识中的“UL”位需要置0。16比特PAN标识
00000000 0000 0000
16比特短地址
图716比特短地址生成64比特接口标识注：EUI-64地址和48-比特地址生成接口标识的详细方法见IETFRFC4443。5.3地址映射
5.3.1IPv6本地链路地址
IEEE802.15.4接口的IPv6本地链路地址根据接口标识生成，地址前缴为FE80:/64（如图8所示）。10比特
1111110
5.3.2单播地址映射
54比特
64比特
接口标识
图864比特接口标识生成IPv6本地链路地址单播IPv6地址映射到802.15.4链路层地址的地址解析过程，遵照IPv6邻居发现协议。其中，源/目的链路层地址选项采用以下两种格式（如图9、图10所示）。8比特
8比特
Length=2
8比特
8比特
Length-2
64比特
IEEE 802.15.4 EUI-64地址
图964比特扩展地址
16比特
16比特短地址
图1016比特短地址
●Type：=1表示源链路层地址，=2表示目的链路层地址；32比特
全0填充
48比特
全0填充
Length：表示选项字段的长度，以64比特为一个单位，=2表示使用EUI-64地址，=1表示使用16比特短地址：
IEEE802.15.4地址：使用64比特扩展地址或16比特短地址。5.3.3组播地址映射
目前，IETFRFC4944定义的组播地址映射只在网状拓扑的LoWPAN网络内使用。一个IPv6组播地址由16个字节组成，由首至尾将此16字节标记为DST[1]到DST[16]，与此IPv6组播地址对应的802.15.416比特组播地址由图11描述的映射关系生成。其中，DST[15]*对应的是DST[15]字节的最后5比特。3比特
5比特
DST[15]*
8比特
DST[16]
图11组播地址映射关系
6LoWPAN网络内组播的支持还处于研究阶段，采用的机制将根据路由机制的不同而各异。6
5.4链路层路由与网络层路由
YD/T2900-2015
在6LoWPAN网络中，存在一种链路层网状路由机制一称作链路层路由（Mesh-under），以及在IP层路由转发报文的机制一称作网络层路由（Route-over)，两者的区别类似于桥接网络与以太网上的IP网络之间的区别。
网络层路由网络中，6lowpan网络有多个链路，网络中有两种路由器，6lowpan边界路由器（6LBR）和6lowpan路由器（6LR）。6LBR位于6LOWPAN网络边缘，6LR位于网络内部，并运行着路由协议。主机和6LR或6BLR之间会发生邻居发现操作，6LR节点可以发送和接收路由器通告、路由器请求，以及转发、路由Ipv6报文。这里的包转发是发生在路由层完成的，而且6LR只出现在网络层路由的网络拓扑中。
链路层路由网络中所有节点在同样的链路上，这些链路由6Lowpan边界路由器提供，因此在IP上来说只有一跳。在这个拓扑中，没有6LR存在，因为转发是由链路层网状路由协议完成的。5.5链路层网状网络的传送
在网状路由情况下，需要全功能设备通过网状路由协议通告路由表，实现非直连节点间的通信。此时，发送节点称为起始端，接收节点称为终点端，起始端设备需要通过其他中间设备进行转发才能将单播顿送达终点端。此时单播顿内需要包含起始和终点端的链路层地址以及逐跳的源和目的地址。节点采用网状传送需要在LoWPAN封装中包含一个网状寻址报头，此报头的源地址为起始端链路层地址，目的地址为终点端链路层地址。而在IEEE802.15.4的顿头中，本地的链路层地址作为源地址，下一跳的链路层地址作为目的地址。当一个节点收到的数据顿中包含网状寻址报头，需要查看其中的终点端地址是否为可达地址。如果为本机地址则接收；如果不是本机地址且“剩余跳数”字段不为0，则根据自已的链路层路由表选择下一跳地址，改写IEEE802.15.4顿头中的源和目的地址，并修改剩余跳数；其余情况则丢弃此帧。
6报头压缩算法
6.1LoWPANHC1算法
6.1.1LoWPANHC1压缩格式
经过HC1算法压缩的IPv6报文格式如图12所示，HC1压缩头的长度为8比特，IPv6报头中未压缩的字段紧接着HC1压缩报头出现。8比特
HC1编码
6.1.2HC1压缩编码含义
6.1.2.1概述
后续非压缩域
图12LOWPAN_HC1报头格式
HC1压缩编码8比特的含义如表2所示。表2HC1压缩编码
比特位
IPv6源地址
IPv6目的地址
流类型和流标签
下一个报头
HC2压缩头编码
YD/T2900-2015
比特0、1
本标准使用下面的术语描述IPv6地址的压缩程度：PI：未压缩IPv6前缀：
PC：压缩的IPv6前缀（本地链路前缀FE80)；II：未压缩IPv6ID：
IC：压缩的IPv6ID。
比特0、1压缩了IPv6报头中的源地址。比特0、1的具体含义见表3。表3HC1压缩头中比特0,1的压缩含义取值
8比特2、3
PL, II
比特2、3压缩了IPv6报头中的目的地址，比特2、3的具体含义见表4。表4HC1压缩头中比特2、3的压缩含义取值
比特4
比特4是压缩了IPv6报头中的流类型和流标签，比特4的具体含义见表5。表5HC1压缩头中比特4的压缩含义取值
未压缩的trafficclass(8-比特）&flowlabel(20-比特）Trafficclass &flow label均省略比特5、6
比特5、6压缩了IPv6报头中的下一个头，比特5、6的具体含义见表6。表6HC1压缩头中比特5、6的压缩含义取值
比特7
下一个头未压缩
下一个头是UDP
下一个头是ICMP
下一个头是TCP
比特7用于扩展，其取值见表7。含义
7HC1压缩头中比特7的压缩含义
没有更多的压缩比特位
下一个头的类型）
紧接着有其他压缩头（比特5、6决定下
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