物聯網與IPv6

物聯網(Internet of Things, IoT)一詞首先由美國麻省理工學院Auto-ID中心主任愛斯頓(Kevin Ashton)所提出。而比爾蓋茲在1995年《未來之路》一書中提及物互聯的概念。物聯網的發展技術首先由人連物,具體的實作類似透過web的技術連上硬體,如冰箱冷氣等等。隨著半導體製程以及感測技術的進步。感測器以及運算單元可以微縮在一個便宜又微小的裝置上,這導致物聯網的概念慢慢地被實作在各種的領域上。

物聯網的基本網路連結方式有人連物以及物連物。人連物可以泛指一般可連網的智慧型系統,如智慧家電、網路攝影機等等。基本上的做法都是透過電腦或是手持式裝置連接到遠端的裝置。而另一種的連結方式則是物連物,其運作原理是裝置本身的互連以及互動。試想一個情境,在豔陽高照的大熱天中,當我想要進家門時候立刻享受到舒適的冷氣時,有何種方式可以完成。人連物的概念就是透過手機預先遠端開啟家中的冷氣,一回家後就可以享有舒適的溫度。另外一種物連物的概念則是,當車子上的GPS收到車主輸入要回家的指令時,開始估計回家的時間,這期間車子或是GPS導航設備會接收其他車子所送過來的資訊估算回家所需要的時間,等到適當的時間車子透過網路的技術送出開冷氣的訊號給家中的冷氣,過程中完全不需要屋主的介入,透過物連物以及感測的技術即可達成物與物的對話進而促進智慧型系統對萬物進行高效、節能、安全、環保等目標之實現。

以上情境將隨著硬體、通訊以及感測技術的進步而慢慢導入我們的居家生活中。然而現在最流行的網路通訊協定IPv4已經無法滿足物聯網的需求。物聯網應用需要那些基礎建設的支援。

首先的基本需求就是要有足夠的網路位址(IP Address)。目前IPv4大概可以提供約40億左右的網路位址,然而目前全球人口已經超過70億人,這代表平均一個人分不到一個IPv4 Address。雖然目前有網路位址轉換NAT (Network Address Translation)技術可以減少IPv4位址枯竭問題,然而面對到物聯網應用需要大量的位址時,NAT技術就不是一個好的解決方案;

第二個基本需求則是需要自動連結。試想一個智慧家庭可能有智慧冷氣、冰箱、廚房等數十個可連網的智慧設備。如果屋主需要針對每個設備設定其網路組態,太過複雜的網路組態設定將會影響使用者的使用意願;

第三個基本需求則是安全。傳統電腦設備如果被駭客入侵,所損失的是個人機密的資料如信用卡、銀行帳號等;而對企業而言損失的則是企業的機密資訊;然而在物聯網的應用當中,所有的設備都連結到網路上,因此當機密性、完整性或是可用性受到威脅時,所遭受到的損失將比以往更大。試想駭客入侵到智慧家庭時,如果開啟如電爐等電器設備的後果,又或偷車賊也不需要冒著被發現的風險去偷車,只要透過駭客技術駭進可以自動駕駛的智慧型汽車,就可以讓受害的汽車自動開到駭客指定的倉庫。

反觀IPv6為新一代的網際網路通訊協定,其特色有:

  1. 大量的網路位置:目前一般分配給電腦的位址為IPv4位址,其位址是由 4組 8位元數字 (0~255) 排列組合而成,例如210.130.1.1。總共2的32次方個位址可用,合計4,294,967,296個,最上游之IP位址管理機構IANA於2011年已將IPv4位址核發完畢。而IPv6總共有2的128次方個位址可以使用,也就是有340282366920938463463374607431768211456個IPv6位址可以使用。一平方公尺能有多少IPv6的位址呢?以地球總面積來算算看,地球總面積約5億1仟萬平方公里,每平方公尺將可有655570793348866943898599個IPv6位址(約有6仟5佰萬兆個)。把連網設備想像成沙子,就算如果鋪在地面上的每一顆沙子都有一個IPv6的位址的情況下都還夠用,那在以IPv6為基礎的物聯網應用中將永遠不需要擔心IPv6數量不夠的問題。


  2. 隨插即用:IPv6通訊協定支援自動組態(Auto-configuration)功能,IPv6主機接上網路後可自動取得位址。這種「隨插即用」的特色可以減輕網路管理者及使用者設定及管理IPv6位址的負擔。若配合DNS自動更新設定,更可立即隨插連網上線使用。


  3. 內建個人電腦身份認證加密功能(IPsec):IPSec是過去為了解決IPv4的安全性問題所產生的IP位址安全協定。IPv6將IPSec納入其架構中,讓IPSec直接可以鑲嵌在IPv6的封包中,此特性將增加物聯網的安全性。


由以上特色可以了解IPv6為物聯網發展之重要基礎建設的好處,除此之外IPv6也提供服務品質保證 (Quality of Service, QoS) 機制,提供順暢、有秩序的網路傳輸,能將網路資源分級與分類,藉由通過的流量控管保持網路傳輸的順暢。因此要發展物聯網除了軟硬體設備的精進外,IPv6通訊協定也是一個不可或缺的重要基礎建設。

隨著物聯網系統的普及,IPv6的導入以及資訊安全將會是重要的議題。而隨著物聯網系統的發展,相對應雲端應用也將會隨之成長。物聯網應用使得可以獲得的資料大為增加,而大量的資料如果需要利用大數據技術進行分析,則有賴雲端計算分散式技術的支持。因此未來物聯網應用、雲端分析平台、大數據分析技術以及資通安全技術將成為熱門的議題,在這熱門議題的背後則有賴於IPv6這重要的網路基礎建設的支持。
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