线程和 IPv6

Matter 使用 IPv6 进行运营通信,并 分别利用 IPv6 Unicast 和 Multicast 寻址来访问其节点和群组。

低功耗

某些 Matter 节点是硬连线的,并且具有允许其无线装置持续开启的能源预算。其他类型的节点(例如 传感器)则需要依靠电池运行数年,并在 Thread 等低功耗网络上运行其无线装置 。代理 架构以及 Thread休眠终端设备允许全功率节点提供网络级和应用级 功能,从而使其子节点免受能源密集型 事务的影响。

Matter 的一个基本方面是,它既适用于 Wi-Fi 和以太网等高吞吐量网络介质,也适用于 Thread 等低延迟、低带宽网络。如果将 Wi-Fi 中的所有 Multicast数据包桥接到 Thread中,我们会使网络负担过重,并可能导致网络 泛洪。Thread 的目标是在低功耗、 低延迟的网状网络中启用 IPv6,而不是高带宽数据传输。虽然 Thread在本地网络中的 ICMPv6 ping 通常 低于几十毫秒的 RTT,但其总带宽在 IEEE 802.15.4 PHY 中仅限于 250 kbps 。由于数据包重传和开销,典型的最大带宽约为 125 kbps。换句话说,比 Wi-Fi 低几个数量级。

IEEE 802.15.4 PHY 上的帧为 127 字节,但最大(也是典型的) 最大传输单元 (MTU) 的 IPv6 数据包在 Thread 为 1280 字节。因此,IPv6 数据包通常需要拆分为多个 PHY 帧。 此过程由 RFC4944 定义。

如需了解详情,请参阅 IPv6 寻址 在 Thread 入门指南中 openthread.io。

边界路由器

那么,节点如何在同一网域中同时存在于两种传输介质上? 虽然这两个网络共享应用级 Matter 凭据,但它们不共享相同的链接技术。在这种情况下,网络需要 Thread Border Router (TBR) 才能实现连接。BR 是 Stub IPv6 路由器。

Stub 路由器 可实现 Stub 网络和常规网络之间的连接。 Stub 网络 是一种“最后一英里”网络,可为其成员提供外部连接,但不能作为其他网络之间的中转网络路径。通常,Matter Stub 网络基于 Thread-。 如需详细了解 Stub 网络,请参阅 RFC 草案 。

因此,BR 负责充当 Stub 网络与 相邻的基础架构网络 (即本地 Wi-Fi 或 以太网网络)之间的链接。它们仅转发与 Thread网络相关的数据包。

此过程通过为 Thread和相邻的基础架构网络分配不同的 IPv6 前缀来完成。因此,BR 仅转发到 Thread IPv6 前缀或从 Thread IPv6 前缀发出的单播。

边界路由器还负责:

  • 自动为 Thread和相邻的基础架构网络配置 IPv6 前缀和路由,以便 任意一侧TBR的主机都可以 通信。
  • 代表 Thread 节点发布 mDNS DNS-SD 发现数据包,以便可以在相邻的 基础架构网络上发现它们。

如需了解详情,请参阅 OpenThread Border Router (OTBR) 指南。

IPv6 多播

群组 消息也很重要,因为它们允许通过 同时控制多个 Matter 节点通过 Multicast。为了将此流量路由到 Thread 网络中,both Matter 和 Thread 都实现了 Unicast 基于单播前缀的 IPv6 Multicast 多播寻址方案 定义的 RFC 3306。

此方法允许根据 Multicast数据包的共享 IPv6 Unicast前缀选择目标节点。

例如,Matter Multicast 地址 可能如下所示:

FF35:0040:FD<Fabric ID>00:<Group ID>

表 1 详细介绍了此地址的构造方式:

表 1:Unicast 基于前缀的 IPv6 地址
位 说明
12 位 0xFF3
4 位 0x05

范围:站点本地

8 位 0x00

已预留

8 位 0x40

表示 64 位长度的前缀

8 位 0xFD

指定 ULA 前缀

56 位 网域 ID
8 位 0x00
16 位 群组 ID

如需了解详情,请参阅 Multicast Thread入门指南的部分和 RFC 本身。

形成 IPv6 Multicast 地址时,它们还包含 网域 ID 的高 56 位。重要含义是, Multicast的范围在网域内,而Unicast 地址在网域之间共享。具有多个网域的节点可能会 有多个 Multicast 地址,这些地址定义了在每个网域中具有重叠范围的节点 群组。

端口

Matter 使用端口 5540 进行多播。