Router wątkiu – Thread 1.2 Multicast

1. Wstęp

608c4c35050eb280.png

Co to jest wątek?

Thread to bezprzewodowy protokół sieci typu mesh oparty na adresach IP, który umożliwia bezpieczną komunikację między urządzeniami w chmurze i między urządzeniami. Sieci wątków mogą dostosowywać się do zmian topologii, aby uniknąć błędów dotyczących pojedynczych punktów.

Co to jest OpenThread?

OpenThread wydany przez Google to implementacja open source Thread®.

Co to jest router Border Router?

OpenThread Border Router (OTBR) udostępniony przez Google to implementacja open source routera Thread Border Router.

Thread 1.2 Multicast

Thread 1.2 definiuje szereg funkcji obsługujących obsługę multicast w sieci heterogenicznej (wątków i segmentów Wi-Fi/Ethernet) dla adresów grupowych obejmujących zakres większy niż lokalny obszar.

Router Border 1.2 rejestruje swój zbiór danych routera Backbone Router (BBR), a wybrana usługa BBR to podstawowy router szkieletowy (PBBR). Odpowiada on za przesyłanie przychodzące/wychodzące w trybie multicast.

Urządzenie Thread 1.2 wysyła wiadomość CoAP, aby zarejestrować adres multicast do PBBR (rejestracja odbiornika Multicast MLR), jeśli adres jest większy niż lokalny obszar. PBBR korzysta z MLDv2 w swoim interfejsie zewnętrznym, aby komunikować się z szerszą siecią LAN/WAN IPv6 na temat grup grupowych grupowych IPv6, których musi nasłuchiwać w imieniu lokalnej sieci Thread. PBBR przekierowuje ruch multicast do sieci Thread Network, jeśli miejsce docelowe jest subskrybowane przez co najmniej 1 urządzenie z wątkiem.

W przypadku urządzeń z wątkiem 1.2 (minimalne urządzenia końcowe) mogą oni polegać na elemencie nadrzędnym, który zbiera zbiorcze adresy multicast, i wykonywać testy MLR w ich imieniu.

Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z artykułem 5.24 Przekazywanie multicastów w szczegółach wątku 1.2 dla zakresu większego niż Realm-Local Scope.

Co utworzysz

W tym ćwiczeniu z programowania skonfigurujesz router Thread Border i 2 urządzenia nici, a następnie włączysz i zweryfikujesz funkcje Multicast na urządzeniach z wątkami i urządzeniach Wi-Fi.

Czego się nauczysz

  • Jak tworzyć oprogramowanie układowe nRF52840 z funkcjami multicast w wątku 1.2.
  • Jak zasubskrybować adresy multicast IPv6 na urządzeniach z wątkami.

Czego potrzebujesz

  • Urządzenie Raspberry Pi 3/4 i karta SD o pojemności co najmniej 8 GB.
  • 3 płytki z półprzezroczystym urządzeniem Nordic nRF52840 DK.
  • Punkt dostępu Wi-Fi bez włączonego ochrony przed reklamami w routerze IPv6 na routerze.
  • Laptop z systemem Linux lub macOS (Raspberry Pi) też z zainstalowanym językiem Python3.

2. Konfiguracja OTBR

PrzestrzegajRouter wątku – dwukierunkowa łączność IPv6 i wykrywanie usług opartych na DNS ćwiczenia z programowania, aby skonfigurować router Thread Border na Raspberry Pi.

Po zakończeniu konfiguracji Raspberry Pi powinno utworzyć działającą sieć Threads i połączyć się z siecią Wi-Fi.

Komunikaty OTBR powinny stać się głównym routerem szkieletowym w ciągu kilku sekund.

$ 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. Urządzenia do kompilacji i Flash Thread

Skompiluj aplikację wiersza interfejsu Thread 1.2 za pomocą multicastu i sfilmuj dwie płytki nRF52840 DK.

Tworzenie oprogramowania układowego nRF52840 DK

Wykonaj instrukcje, by skopiować projekt i utworzyć oprogramowanie 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

Oprogramowanie układowe HEX jest dostępne na ot-cli-ftd.hex.

Oprogramowanie układowe Flash nRF52840 DK

Użyj oprogramowania nrfjprog do pakietu nRF52840 DK, które jest częścią nRF Command Line Tools.

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

4. Podłączanie urządzeń z wątkami do sieci wątków

OTBR utworzył(a) sieć wątków w poprzednich krokach. Do sieci wątków możemy teraz dodać pliki nRF52840 DKS:

Pobierz nieprzetworzony zbiór danych z OTBR:

$ sudo ot-ctl dataset active -x
0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff

Łączenie z płytką nRF52840 DK:

$ screen /dev/ttyACM0 115200

Skonfiguruj aktywny zbiór danych dla pliku nRF52840 DK:

> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
Done

Uruchom stos nici i poczekaj kilka sekund i sprawdź, czy urządzenie zostało prawidłowo podłączone:

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child

Powtórz powyższe kroki, aby podłączyć inną tablicę nRF52840 DK do sieci wątków.

Udało nam się skonfigurować sieć Threads z 3 wątkami: OTBR i 2 płytkami nRF52840 DK.

5. Skonfiguruj sieć Wi-Fi

Skonfiguruj sieć Wi-Fi na OTBR i laptopie, by były one połączone z tym samym punktem dostępowym Wi-Fi.

Za pomocą polecenia raspi-config można skonfigurować identyfikator SSID i hasło sieci Wi-Fi w aplikacji Raspberry Pi OTBR.

Końcowa topologia sieci jest przedstawiona poniżej:

5d0f36fd69ebcc9a.png

6. Zasubskrybuj adres multicast IPv6

Subskrybowanie ff05:abcd na urządzeniu nRF52840 End1 –

> ipmaddr add ff05::abcd
Done

Sprawdź, czy usługa ff05::abcd została zasubskrybowana:

> 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

Subskrybowanie ff05:abcd na laptopie:

Aby zasubskrybować multicast na laptopie, musisz mieć skrypt w języku Python subscribe6.py.

Skopiuj poniższy kod i zapisz go jako 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.')

Uruchom aplikację subscribe6.py, by zasubskrybować ff05::abcd w interfejsie sieci Wi-Fi (np. wlan0):

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

Ostateczna topologia sieci z subskrypcjami wieloskładnikowymi znajduje się poniżej:

b118448c98b2d583.png

Subskrybujemy adres multicast IPv6 zarówno w urządzeniu końcowym nRF52840 działającym w sieci Thread, jak i laptopie w sieci Wi-Fi, dlatego w poniższych sekcjach przekażemy dostępność dwukierunkowego dostępu grupowego do IPv6.

7. Sprawdzanie przychodzącego połączenia IPv6

Teraz powinno być możliwe dotarcie do urządzenia końcowego 1 nRF52840 w sieci Thread i laptopa z adresem multicastingowym IPv6 ff05::abcd z sieci Wi-Fi.

Ping ff05::abcd na OTBR przez interfejs 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!)

Widać, że OTBR może otrzymywać dwie odpowiedzi ping z poziomu urządzenia końcowego nRF52840 nr 1 i laptopa, ponieważ obie te osoby subskrybują ff05::abcd. Pokazuje to, że serwer OTBR może przekazywać pakiety multicast żądania ping IPv6 z sieci Wi-Fi do sieci wątku.

8. Weryfikowanie wychodzącego połączenia IPv6

Ping ff05::abcd nRF52840 Urządzenie końcowe 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 Urządzenie końcowe 2 może otrzymywać odpowiedzi ping z urządzenia mobilnego nRF52840 1 i laptopa. Pokazuje to, że serwer OTBR może przekazywać pakiety multicast odpowiedzi Ping IPv6 z sieci wątków do sieci Wi-Fi.

9. Gratulacje

Gratulacje! Udało Ci się skonfigurować router brzegowy wątku i zweryfikować dwukierunkową multiemisję IPv6.

Więcej informacji o OpenThread znajdziesz na stronie openthread.io.

Dokumenty referencyjne: