1. はじめに
Thread とは何ですか？
Thread は IP ベースの低消費電力ワイヤレス メッシュ ネットワーク プロトコルであり、デバイス間およびデバイス間のセキュアな通信を可能にします。スレッド ネットワークは、単一障害点を回避するためにトポロジの変更に適応できます。
OpenThread とは
Google がリリースした OpenThread は、Thread® のオープンソース実装です。
OpenThread ボーダー ルーターとは
Google がリリースした OpenThread ボーダー ルーター（OTBR）は、Thread ボーダー ルーターのオープンソース実装です。
Thread 1.2 マルチキャスト
Thread 1.2 では、レルム ローカルよりも広いスコープを持つマルチキャスト アドレス向けに、異種ネットワーク（Thread セグメントと Wi-Fi/イーサネット ネットワーク セグメント）でのマルチキャストをサポートする一連の機能が定義されています。
Thread 1.2 ボーダー ルーターはそのバックボーン ルーター（BBR）データセットを登録します。選択される BBR サービスは、マルチキャストのインバウンド/アウトバウンドの転送を担当するプライマリ バックボーン ルーター（PBBR）です。
アドレスがレルム ローカルより大きい場合、Thread 1.2 デバイスは CoAP メッセージを送信してマルチキャスト アドレスを PBBR（Multicast Listener Registration、略して MLR）に登録します。PBBR は、外部インターフェース上で MLDv2 を使用して、ローカルの Thread ネットワークに代わって、リッスンする必要がある IPv6 マルチキャスト グループについて広範な IPv6 LAN/WAN と通信します。また、PBBR は、宛先が少なくとも 1 つの Thread デバイスからサブスクライブされている場合のみ、マルチキャスト トラフィックを Thread ネットワークに転送します。
Thread 1.2 Minimal End デバイスの場合、親に依存してマルチキャスト アドレスを集約し、代理で MLR を実行するか、親が Thread 1.1 の場合は自身を登録できます。
詳しくは、Thread 1.2 Specification Section 5.24 Multicast Forwarding for less than Realm-Local Scope（スレッド 1.2 仕様のセクション 5.24 Multicast Forwarding for large than Realm-Local Scope（レルム ローカル スコープより大きい場合のマルチキャスト転送））をご参照ください。
作業内容
この Codelab では、1 つの Thread ボーダー ルーターと 2 つの Thread デバイスをセットアップし、Thread デバイスと Wi-Fi デバイスでマルチキャスト機能を有効にして検証します。
学習内容
- Thread 1.2 マルチキャスト機能を使用して nRF52840 ファームウェアをビルドする方法
- Thread デバイスで IPv6 マルチキャスト アドレスをサブスクライブする方法
必要なもの
- Raspberry Pi 3/4 デバイスと、8 GB 以上の容量を持つ SD カード。
- Nordic Semiconductor の nRF52840 DK ボード 3 枚。
- ルーターで IPv6 Router Advertisement Guard が有効になっていない Wi-Fi AP。
- Python3 がインストールされている Linux/macOS ノートパソコン（Raspberry Pi でも可）。
2. OTBR の設定
Codelab「Thread ボーダー ルーター - 双方向 IPv6 接続と DNS ベースのサービス ディスカバリ 」に沿って、Raspberry Pi で Thread ボーダー ルーターをセットアップします。
完了すると、動作可能な Thread ネットワークが作成され、Wi-Fi ネットワークに接続されるはずです。
OTBR は数秒以内にプライマリ バックボーン ルーターになります。
$ 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. Thread デバイスの作成とフラッシュ
マルチキャストを使用して Thread 1.2 CLI アプリケーションをビルドし、2 つの nRF52840 DK ボードをフラッシュします。
nRF52840 DK ファームウェアをビルドする
指示に従ってプロジェクトのクローンを作成し、nRF52840 ファームウェアをビルドします。
$ 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
ビルドに成功した HEX ファームウェアは ot-cli-ftd.hex にあります。
nRF52840 DK ファームウェアをフラッシュする
nRF コマンドライン ツールの一部である nrfjprog を使用して、ファームウェアを nRF52840 DK にフラッシュします。
$ nrfjprog -f nrf52 --chiperase --program ot-cli-ftd.hex --reset
4. Thread デバイスを Thread ネットワークに接続する
OTBR は、前のステップで Thread ネットワークを作成しました。これで、Thread ネットワークに nRF52840 DK を追加できるようになりました。
OTBR から未加工のアクティブ データセットを取得する:
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
nRF52840 DK ボードに接続します。
$ screen /dev/ttyACM0 115200
nRF52840 DK のアクティブ データセットを構成します。
> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff Done
Thread スタックを開始し、数秒待ってから、デバイスが正常にアタッチされたことを確認します。
> ifconfig up Done > thread start Done > state child
上記の手順を繰り返して、もう 1 つの nRF52840 DK ボードを Thread ネットワークに接続します。
これで、3 つの Thread デバイス（OTBR ボードと 2 つの nRF52840 DK ボード）で Thread ネットワークを設定できました。
5. Wi-Fi ネットワークの設定
OTBR とノートパソコンで Wi-Fi ネットワークを、同じ Wi-Fi AP に接続されるようにセットアップします。
raspi-config を使用して、Raspberry Pi OTBR で Wi-Fi の SSID とパスフレーズを設定できます。
最終的なネットワーク トポロジを以下に示します。
6. IPv6 マルチキャスト アドレスに登録する
nRF52840 エンドデバイス 1 で ff05::abcd をサブスクライブします。
> ipmaddr add ff05::abcd Done
ff05::abcd が正常にサブスクライブされたことを確認します。
> 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
ノートパソコンで ff05::abcd を登録します。
ノートパソコンでマルチキャスト アドレスを登録するには、Python スクリプト subscribe6.py が必要です。
以下のコードをコピーして、subscribe6.py として保存します。
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.')
subscribe6.py を実行して、Wi-Fi ネットワーク インターフェース（wlan0 など）で ff05::abcd を登録します。
$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd Subscribed ff05::abcd on interface wlan0. Press ENTER to quit.
マルチキャスト サブスクリプションの最終的なネットワーク トポロジを以下に示します。
Thread ネットワーク内の nRF52840 エンドデバイス 1 と Wi-Fi ネットワーク内のノートパソコンの両方で、IPv6 マルチキャスト アドレスを登録できたので、次のセクションでは、双方向 IPv6 マルチキャストのネットワーク到達性を検証します。
7. インバウンド IPv6 マルチキャストの確認
これで、Wi-Fi ネットワークから IPv6 マルチキャスト アドレス ff05::abcd を使用して、Thread ネットワーク内の nRF52840 エンドデバイス 1 とノートパソコンの両方に到達できるようになりました。
Wi-Fi インターフェース経由で OTBR で ff05::abcd に ping します。
$ 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
nRF52840 エンドデバイス 1 とノートパソコンの両方が ff05::abcd に登録しているため、OTBR は 2 つの ping 応答を受信できることがわかります。これは、OTBR が Wi-Fi ネットワークから Thread ネットワークに IPv6 Ping リクエストのマルチキャスト パケットを転送できることを示しています。
8. アウトバウンド IPv6 マルチキャストの確認
nRF52840 エンドデバイス 2 で ff05::abcd を ping します。
> 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 エンドデバイス 2 は、nRF52840 エンドデバイス 1 とノートパソコンの両方から ping 応答を受信できます。これは、OTBR が IPv6 Ping Reply マルチキャスト パッケージを Thread ネットワークから Wi-Fi ネットワークに転送できることを示しています。
9. 完了
これで、Thread ボーダー ルーターのセットアップと双方向 IPv6 マルチキャストの検証が完了しました。
OpenThread について詳しくは、openthread.io をご覧ください。
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