Router di confine Thread - Thread 1.2 Multicast

1. Introduzione

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Che cos'è Thread?

Thread è un protocollo di rete mesh wireless a basso consumo basato su IP che consente comunicazioni sicure tra dispositivi. Le reti Thread possono adattarsi ai cambiamenti di topologia per evitare errori single-point.

Che cos'è OpenThread?

OpenThread rilasciato da Google è un'implementazione open source di Thread®.

Che cos'è un router di confine OpenThread?

Il router di confine OpenThread (OTBR) rilasciato da Google è un'implementazione open source del router di confine Thread.

Thread multicast 1.2

Thread 1.2 definisce una serie di funzionalità per supportare il multicast su una rete eterogenea (segmenti Thread e Wi-Fi/Ethernet) per indirizzi multicast con ambito più ampio rispetto alle aree di autenticazione locali.

Un router di confine Thread 1.2 registra il proprio set di dati del router dorsale (BBR) e il servizio BBR selezionato è il router dorsale principale (PBBR), che è responsabile del traffico in entrata/uscita in uscita multicast.

Un dispositivo Thread 1.2 invia un messaggio CoAP per registrare l'indirizzo multicast al PBBR (Multicast ascolto Registration, MLR in breve) se l'indirizzo è più grande dell'area di autenticazione locale. PBBR utilizza MLDv2 sulla sua interfaccia esterna per comunicare con la più ampia rete LAN/WAN IPv6 i gruppi multicast IPv6 che deve ascoltare, per conto della sua rete Thread locale. Inoltre, PBBR inoltra il traffico multicast alla rete Thread solo se la destinazione è sottoscritta da almeno un dispositivo Thread.

Per i Dispositivi finali minimi di Thread 1.2, i genitori possono affidarsi ai genitori per aggregare gli indirizzi multicast ed effettuare il machine learning per loro conto oppure registrarsi se il loro genitore è Thread 1.1.

Per ulteriori dettagli, fai riferimento alla sezione 1.2 delle specifiche di Thread 5.24 Inoltro multicast per un campo più grande dell'ambito Realm-Local.

Cosa creerai

Nel codelab, configurerai un router di confine Thread e due dispositivi Thread, quindi attiverai e verificherai le funzionalità multicast su dispositivi Thread e dispositivi Wi-Fi.

Cosa imparerai

  • Come creare il firmware nRF52840 con le funzionalità multicast Thread 1.2.
  • Come abbonarsi a indirizzi multicast IPv6 sui dispositivi Thread.

Che cosa ti serve

  • Un dispositivo Raspberry Pi 3/4 e una scheda SD con funzionalità di almeno 8 GB.
  • 3 schede Nordic Semiconductor nRF52840 DK.
  • Un punto di accesso Wi-Fi senza Protezione pubblicità IPv6 per il router abilitato sul router.
  • Laptop Linux/macOS (funziona anche Raspberry Pi) con Python3 installato.

2. Configura OTBR

Segui il codelab su route Border - Connettività IPv6 bidirezionale e Service Discovery basato su DNS per configurare un router di confine Thread sul Raspberry Pi.

Al termine, il Raspberry Pi dovrebbe aver creato una rete Thread funzionante ed essere connesso a una rete Wi-Fi.

OTBR dovrebbe diventare il router principale della dorsale in pochi secondi.

$ 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. Dispositivi build e Flash Thread

Costruisci l'applicazione CLI Thread 1.2 con Multicast e Flash le due schede nRF52840 DK.

fisico DRF52840 DK

Segui le istruzioni per clonare il progetto e creare il firmware nRF52840.

$ 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

Il firmware dell'esagono sviluppato è disponibile correttamente su ot-cli-ftd.hex.

firmware nRF52840 DK

Esegui il flashing del firmware su nRF52840 DK utilizzando nrfjprog, che fa parte degli strumenti a riga di comando nRF.

$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset

4. Collega dispositivi Thread alla rete Thread

Nei passaggi precedenti, OTBR ha creato una rete Thread. Ora possiamo aggiungere i DK52840 alla rete Thread:

Ottieni set di dati attivi non elaborati da OTBR:

$ sudo ot-ctl dataset active -x
0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff

Collegati a una scheda DK nRF52840:

$ screen /dev/ttyACM0 115200

Configurare il set di dati attivo per nRF52840 DK:

> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
Done

Avvia lo stack Thread e attendi qualche secondo e verifica che il dispositivo si sia collegato correttamente:

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child

Ripeti i passaggi precedenti per collegare l'altra scheda DK nRF52840 alla rete Thread.

Ora abbiamo configurato correttamente la rete Thread con tre dispositivi Thread: OTBR e due schede DK nRF52840.

5. Configura rete Wi-Fi

Configura la rete Wi-Fi su OTBR e sul laptop in modo che siano connessi allo stesso punto di accesso Wi-Fi.

Possiamo usare raspi-config per configurare l'SSID del Wi-Fi e la passphrase sul Raspberry Pi OTBR.

La topologia di rete finale è mostrata di seguito:

5d0f36fd69ebcc9a.png

6. Iscriviti all'indirizzo multicast IPv6

Iscriviti a ff05::abcd sul dispositivo finale nRF52840 1:

> ipmaddr add ff05::abcd
Done

Verifica che l'abbonamento a ff05::abcd sia stato sottoscritto:

> 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

Iscriviti a ff05::abcd sul laptop:

È necessario uno script Python subscribe6.py per sottoscrivere un indirizzo multicast sul laptop.

Copia il codice riportato di seguito e salvalo come 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.')

Esegui subscribe6.py per iscriverti a ff05::abcd sull'interfaccia di rete Wi-Fi (ad esempio wlan0):

$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd
Subscribed ff05::abcd on interface wlan0.
Press ENTER to quit.

Di seguito è riportata la topologia di rete finale con abbonamenti multicast:

b118448c98b2d583.png

Ora che abbiamo sottoscritto l'indirizzo multicast IPv6 sia sul dispositivo finale nRF52840 sulla rete Thread sia sul laptop nella rete Wi-Fi, verificheremo la raggiungibilità multicast IPv6 bidirezionale nelle sezioni seguenti.

7. Verifica multicast IPv6 in entrata

Ora dovremmo essere in grado di raggiungere sia il dispositivo finale nRF52840 1 nella rete Thread sia il laptop mediante l'indirizzo multicast IPv6 ff05::abcd della rete Wi-Fi.

Ping ff05::abcd su OTBR tramite l'interfaccia Wi-Fi:

$ 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

Possiamo vedere che OTBR può ricevere due risposte ping sia dal dispositivo finale nRF52840 sia dal laptop perché entrambi si sono abbonati a ff05::abcd. Indica che l'OTBR può inoltrare i pacchetti multicast IPv6 Ping Request dalla rete Wi-Fi alla rete Thread.

8. Verifica multicast IPv6 in uscita

Ping ff05::abcd su nRF52840 End Device 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

Il dispositivo finale nRF52840 2 può ricevere risposte ping sia dal dispositivo finale nRF52840 che dal laptop. Indica che l'OTBR può inoltrare i pacchetti multicast IPv6 Ping Response dalla rete Thread alla rete Wi-Fi.

9. Congratulazioni

Congratulazioni, hai configurato un router di confine Thread e hai verificato la modalità multicast IPv6 bidirezionale.

Per scoprire di più su OpenThread, visita il sito openthread.io.

Documenti di riferimento: