Thread Border Router - Thread 1.2 Multicast

1. Introdução

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O que é Thread?

Thread é um protocolo de rede mesh sem fio de baixa potência baseado em IP que permite comunicações seguras de dispositivo para dispositivo e dispositivo para nuvem. As redes de thread podem se adaptar às mudanças de topologia para evitar falhas de ponto único.

O que é OpenThread?

OpenThread lançado pela Google é uma implementação open-source do Thread®.

O que é um OpenThread Border Router?

OpenThread Border Router (OTBR) lançado pela Google é uma implementação open-source do Fio Border Router.

Thread 1.2 Multicast

O Thread 1.2 define uma série de recursos para suportar multicast em uma rede heterogênea (segmentos de rede Thread e Wi-Fi / Ethernet) para endereços multicast com escopo maior do que o realm local.

Um Thread 1.2 Border Router registra seu conjunto de dados do roteador de backbone (BBR), e o serviço de BBR selecionado é o roteador de backbone primário (PBBR), que é responsável pelo encaminhamento de entrada / saída multicast.

Um Dispositivo Thread 1.2 envia uma mensagem CoAP para registrar o endereço multicast para o PBBR (Multicast Listener Registration, MLR para abreviar) se o endereço for maior que o realm local. O PBBR usa o MLDv2 em sua interface externa para se comunicar com a LAN / WAN IPv6 mais ampla sobre os grupos multicast IPv6 que precisa ouvir, em nome de sua rede thread local. E o PBBR apenas encaminha o tráfego multicast para a Rede Thread se o destino for inscrito por pelo menos um dispositivo Thread.

Para Dispositivos Finais Mínimos de Thread 1.2, eles podem depender de seus pais para agregar o endereço multicast e fazer MLR em seu nome, ou se registrar se seus pais forem do Thread 1.1.

Para mais detalhes, consulte o Tópico 1.2 Especificação Seção 5.24 Multicast Forwarding para maior do que Âmbito Realm-Local.

O que você vai construir

Neste codelab, você vai configurar um Thread Border Router e dois dispositivos Thread e, em seguida, habilitar e verificar os recursos de multicast em dispositivos Thread e dispositivos Wi-Fi.

O que você vai aprender

  • Como construir firmware nRF52840 com recursos Thread 1.2 Multicast.
  • Como se inscrever em endereços multicast IPv6 em dispositivos Thread.

O que você vai precisar

  • Um dispositivo Raspberry Pi 3/4 e um cartão SD com capacidade de pelo menos 8 GB.
  • 3 Nordic Semiconductor nRF52840 DK placas.
  • A Wi-Fi AP sem IPv6 Router Advertisement Guarda habilitado no roteador.
  • Laptop Linux / macOS (Raspberry Pi também funciona) com Python3 instalado.

2. Configurar OTBR

Siga o Tópico Border Router - bidirecional conectividade IPv6 e DNS-Based Service Discovery codelab para configurar uma rosca Border Router na Raspberry Pi.

Quando concluído, o Raspberry Pi deve ter criado uma rede Thread em funcionamento e estar conectado a uma rede Wi-Fi.

OTBR deve se tornar o roteador de backbone primário em segundos.

$ 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. Dispositivos Build e Flash Thread

Crie o aplicativo Thread 1.2 CLI com Multicast e atualize as duas placas nRF52840 DK.

Construir firmware nRF52840 DK

Siga as instruções para clonar o projeto e construir o 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

Podemos encontrar o firmware HEX construiu com sucesso a ot-cli-ftd.hex .

Firmware DK nRF52840 Flash

Piscar o firmware para nRF52840 DK usando nrfjprog , que faz parte das ferramentas de linha de comando NRF .

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

4. Anexe dispositivos Thread à rede Thread

OTBR criou uma rede Thread nas etapas anteriores. Agora podemos adicionar o nRF52840 DKs à rede Thread:

Obtenha o conjunto de dados ativo bruto do OTBR:

$ sudo ot-ctl dataset active -x
0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff

Conecte a uma placa nRF52840 DK:

$ screen /dev/ttyACM0 115200

Configure o conjunto de dados ativo para o nRF52840 DK:

> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
Done

Inicie a pilha de threads e aguarde alguns segundos para verificar se o dispositivo foi conectado com sucesso:

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child

Repita as etapas acima para conectar a outra placa nRF52840 DK à rede Thread.

Agora configuramos com sucesso a rede Thread com 3 dispositivos Thread: OTBR e duas placas nRF52840 DK.

5. Configure a rede Wi-Fi

Configure a rede Wi-Fi no OTBR e no Laptop para que eles sejam conectados ao mesmo AP Wi-Fi.

Podemos usar Raspi-config para configurar o Wi-Fi SSID e senha no Raspberry Pi OTBR.

A topologia de rede final é mostrada abaixo:

5d0f36fd69ebcc9a.png

6. Assine o endereço multicast IPv6

Inscreva-se em ff05 :: abcd no nRF52840 Dispositivo final 1:

> ipmaddr add ff05::abcd
Done

Verifique ff05::abcd está inscrito com sucesso:

> 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

Inscreva-se em ff05 :: abcd no laptop:

Nós precisamos de um script Python subscribe6.py para inscrever-se para um endereço de multicast no portátil.

Copie o código abaixo e salve-o como 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.')

Execute subscribe6.py subscrever ff05::abcd na interface de rede Wi-Fi (por exemplo wlan0):

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

A topologia de rede final com assinaturas multicast é mostrada abaixo:

b118448c98b2d583.png

Agora que assinamos o endereço multicast IPv6 no dispositivo final nRF52840 1 na rede Thread e no laptop na rede Wi-Fi, vamos verificar a acessibilidade multicast IPv6 bidirecional nas seções a seguir.

7. Verificar multicast IPv6 de entrada

Agora, devemos ser capazes de chegar a tanto Dispositivo nRF52840 End 1 na rede da linha eo laptop usando IPv6 endereço de multicast ff05::abcd da rede Wi-Fi.

Faça ping ff05 :: abcd no OTBR por meio da interface 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!)

Podemos ver que OTBR pode receber duas respostas de ping de ambos os dispositivos nRF52840 End 1 eo laptop porque ambos se inscreveu para ff05::abcd . Isso mostra que o OTBR pode encaminhar os pacotes multicast de solicitação de ping IPv6 da rede Wi-Fi para a rede Thread.

8. Verifique o multicast IPv6 de saída

Ping ff05 :: abcd no nRF52840 Dispositivo final 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

O dispositivo final 2 nRF52840 pode receber respostas de ping do dispositivo final 1 nRF52840 e do laptop. Isso mostra que o OTBR pode encaminhar os pacotes multicast IPv6 Ping Reply da rede Thread para a rede Wi-Fi.

9. parabéns

Parabéns, você configurou com sucesso um Thread Border Router e verificou multicast IPv6 bidirecional!

Para saber mais sobre OpenThread, visita openthread.io .

Documentos de referência: