1) Einführung
Was ist Thread?
Thread ist ein IP-basiertes drahtloses Mesh-Netzwerkprotokoll mit geringem Stromverbrauch, das eine sichere Kommunikation zwischen Geräten und Clouds ermöglicht. Thread-Netzwerke können sich an Topologieänderungen anpassen, um Single-Point-Fehler zu vermeiden.
Was ist OpenThread?
OpenThread von Google ist eine Open-Source-Implementierung von Thread®.
Was ist ein OpenThread-Border-Router?
Der von Google veröffentlichte OpenThread Border Router (OTBR) ist eine Open-Source-Implementierung des Thread-Border-Routers.
Thread 1.2 Multicast
Thread 1.2 definiert eine Reihe von Funktionen zur Unterstützung von Multicast in einem heterogenen Netzwerk (Thread- und Wi-Fi/Ethernet-Netzwerksegmente) für Multicast-Adressen mit größerem Geltungsbereich als lokal.
Ein Thread 1.2-Border-Router registriert sein Backbone-Router (BBR-Dataset) und der ausgewählte BBR-Dienst ist der primäre Backbone-Router (PBBR). Er ist für den Inbound-/Outbound-Weiterleitung des Multicasts zuständig.
Ein Thread 1.2-Gerät sendet eine CoAP-Nachricht, um die Multicast-Adresse an die PBBR (Multicast Listener Registration, MLR) zu senden, wenn die Adresse größer als lokal ist. PBBR verwendet MLDv2 auf seiner externen Schnittstelle, um im Namen des lokalen Thread-Netzwerks mit dem breiteren IPv6 LAN/WAN über IPv6-Multicast-Gruppen zu kommunizieren. PBBR leitet Multicast-Traffic nur dann an das Thread-Netzwerk weiter, wenn das Ziel von mindestens einem Thread-Gerät abonniert wird.
Bei Thread 1.2 Minimal End Endern können sie sich darauf verlassen, dass ihre Eltern die Multicast-Adresse zusammenfassen und in ihrem Namen MLR ausführen. Falls sie die Thread-Version 1.1 verwenden, können sie sich selbst registrieren.
Weitere Informationen finden Sie in Abschnitt 5.24 der Thread 1.2-Spezifikation.
Überblick
In diesem Codelab richten Sie einen Thread-Border-Router und zwei Thread-Geräte ein. Anschließend aktivieren und bestätigen Sie die Multicast-Funktionen auf Thread-Geräten und WLAN-Geräten.
Lerninhalte
- Anleitung zum Erstellen einer nRF52840-Firmware mit Multicast-Funktionen von Thread 1.2
- So abonnieren Sie IPv6-Multicast-Adressen auf Thread-Geräten
Voraussetzungen
- Ein Raspberry Pi 3/4-Gerät und eine SD-Karte mit mindestens 8 GB Kapazität.
- 3 Nordic Semiconductor nRF52840 DK Boards.
- Ein WLAN-ZP, bei dem IPv6 Router Advertising Guard nicht auf dem Router aktiviert ist.
- Linux/macOS-Laptop (Raspberry Pi funktioniert auch) mit Python3.
2. OTBR einrichten
Folgen Sie dem Codelab Thread Border Router – Bidirektionale IPv6-Konnektivität und DNS-basierte Diensterkennung , um einen Thread-Border-Router auf dem Raspberry Pi einzurichten.
Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, sollte der Raspberry Pi ein funktionierendes Thread-Netzwerk erstellt haben und mit einem WLAN verbunden sein.
OTBR sollte innerhalb von Sekunden zum primären Backbone-Router werden.
$ sudo ot-ctl bbr state Primary Done $ sudo ot-ctl bbr BBR Primary: server16: 0xD800 seqno: 23 delay: 1200 secs timeout: 3600 secs Done
3. Build- und Flash-Thread-Geräte
Erstellen Sie die Thread 1.2 CLI-Anwendung mit Multicast und Flash-die zwei nRF52840 DK-Platinen.
Build nRF52840 DK-Firmware
Folgen Sie der Anleitung, um das Projekt zu klonen und die nRF52840-Firmware zu erstellen.
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recurse-submodules --depth 1 https://github.com/openthread/ot-nrf528xx.git $ cd ot-nrf528xx/ $ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_MLR=ON -DOT_THREAD_VERSION=1.2 $ arm-none-eabi-objcopy -O ihex build/bin/ot-cli-ftd ot-cli-ftd.hex
Die erfolgreich erstellte HEX-Firmware finden Sie unter ot-cli-ftd.hex.
Flash-nRF52840 DK-Firmware
Flashen Sie die Firmware mithilfe von nrfjprog auf nRF52840 DK, das Teil der nRF-Befehlszeilentools ist.
$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset
4. Thread-Geräte an das Thread-Netzwerk anhängen
OTBR hat in den vorherigen Schritten ein Thread-Netzwerk erstellt. Wir können die nRF52840 DKs jetzt dem Thread-Netzwerk hinzufügen:
Rohdaten zu aktiven Datasets von OTBR abrufen:
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
Verbindung zu einer nRF52840 DK-Platte herstellen:
$ screen /dev/ttyACM0 115200
Konfigurieren Sie das aktive Dataset für den dK nRF52840:
> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff Done
Starten Sie den Thread-Stack und warten Sie einige Sekunden, um zu prüfen, ob das Gerät verbunden wurde:
> ifconfig up Done > thread start Done > state child
Wiederholen Sie die obigen Schritte, um die andere nRF52840-DK-Platte an das Thread-Netzwerk anzuhängen.
Wir haben das Thread-Netzwerk jetzt mit drei Thread-Geräten eingerichtet: OTBR und zwei nRF52840 DK-Karten.
5. WLAN einrichten
Richten Sie das WLAN auf OTBR und dem Laptop so ein, dass beide mit demselben WLAN AP verbunden sind.
Mit raspi-config können Sie die WLAN-SSID und die Passphrase auf dem Raspberry Pi OTBR einrichten.
Die endgültige Netzwerktopologie wird unten dargestellt:
6. IPv6-Multicast-Adresse abonnieren
Abonnieren Sie ff05::abcd auf nRF52840 Endgerät 1:
> ipmaddr add ff05::abcd Done
Prüfe, ob ff05::abcd erfolgreich abonniert wurde:
> ipmaddr ff33:40:fdde:ad00:beef:0:0:1 ff32:40:fdde:ad00:beef:0:0:1 ff05:0:0:0:0:0:0:abcd <--- ff05::abcd subscribed ff02:0:0:0:0:0:0:2 ff03:0:0:0:0:0:0:2 ff02:0:0:0:0:0:0:1 ff03:0:0:0:0:0:0:1 ff03:0:0:0:0:0:0:fc Done
„Abonnieren 05::abcd“ auf dem Laptop abonnieren:
Wir benötigen ein Python-Skript subscribe6.py, um eine Multicast-Adresse auf dem Laptop zu abonnieren.
Kopieren Sie den Code unten und speichern Sie ihn als subscribe6.py:
import ctypes
import ctypes.util
import socket
import struct
import sys
libc = ctypes.CDLL(ctypes.util.find_library('c'))
ifname, group = sys.argv[1:]
addrinfo = socket.getaddrinfo(group, None)[0]
assert addrinfo[0] == socket.AF_INET6
s = socket.socket(addrinfo[0], socket.SOCK_DGRAM)
group_bin = socket.inet_pton(addrinfo[0], addrinfo[4][0])
interface_index = libc.if_nametoindex(ifname.encode('ascii'))
mreq = group_bin + struct.pack('@I', interface_index)
s.setsockopt(socket.IPPROTO_IPV6, socket.IPV6_JOIN_GROUP, mreq)
print("Subscribed %s on interface %s." % (group, ifname))
input('Press ENTER to quit.')
Führen Sie subscribe6.py aus, um ff05::abcd über die WLAN-Schnittstelle zu abonnieren (z.B. wlan0):
$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd Subscribed ff05::abcd on interface wlan0. Press ENTER to quit.
Die endgültige Netzwerktopologie mit Multicast-Abos ist unten zu sehen:
Wir haben nun die IPv6-Multicast-Adresse sowohl für das nRF52840 Endgerät 1 im Thread-Netzwerk als auch für den Laptop im WLAN abonniert. Jetzt überprüfen wir die bidirektionale IPv6-Multicast-Erreichbarkeit in den folgenden Abschnitten.
7. Eingehendes IPv6-Multicast prüfen
Jetzt sollten wir sowohl das nRF52840-Endgerät 1 im Thread-Netzwerk als auch den Laptop über die IPv6-Multicast-Adresse ff05::abcd aus dem WLAN erreichen können.
Ping ff05::abcd auf OTBR über die WLAN-Schnittstelle:
$ ping -6 -b -t 5 -I wlan0 ff05::abcd PING ff05::abcd(ff05::abcd) from 2401:fa00:41:801:83c1:a67:ae22:5346 wlan0: 56 data bytes 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=1 ttl=64 time=57.4 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=1 ttl=64 time=84.9 ms (DUP!) 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=2 ttl=64 time=54.8 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=2 ttl=64 time=319 ms (DUP!) 64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=3 ttl=64 time=57.5 ms 64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=3 ttl=64 time=239 ms (DUP!) # If using MacOS, use this command. The interface is typically not "wlan0" for Mac. $ ping6 -h 5 -I wlan0 ff05::abcd
Wie wir sehen, kann OTBR vom Ping-Gerät nRF52840 und vom Laptop zwei Ping-Antworten erhalten, da beide ff05::abcd abonniert haben. Das zeigt, dass der OTBR die IPv6-Multicast-Anfrage-Multicast-Pakete vom WLAN zum Thread-Netzwerk weiterleiten kann.
8. Ausgehendes IPv6-Multicast prüfen
Ping ff05::abcd auf nRF52840 Endgerät 2:
> ping ff05::abcd 100 10 1 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=12 hlim=64 time=297ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=12 hlim=63 time=432ms 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=13 hlim=64 time=193ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=13 hlim=63 time=306ms 108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=14 hlim=64 time=230ms 108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=14 hlim=63 time=279ms
nRF52840 Endgerät 2 kann sowohl vom nRF52840 Endgerät 1 als auch vom Laptop Ping-Antworten empfangen. Dies zeigt, dass der OTBR die IPv6-Multicast-Multicast-Pakete vom Thread-Netzwerk an das WLAN weiterleiten kann.
9. Glückwunsch
Herzlichen Glückwunsch, Sie haben einen Thread-Border-Router eingerichtet und das bidirektionale IPv6-Multicast verifiziert.
Weitere Informationen zu OpenThread finden Sie unter openthread.io.
Referenzdokumente: