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Roteador de borda Thread Thread 1.2 multicast

1. Introdução

608c4c35050eb280.png

O que é a Thread?

A Thread é um protocolo de rede mesh sem fio de baixo consumo baseado em IP que permite a comunicação segura de dispositivo para dispositivo e de nuvem para dispositivo. As redes Thread podem se adaptar a mudanças de topologia para evitar falhas de ponto único.

O que é a OpenThread?

OpenThread lançado pelo Google é uma implementação de código aberto do Thread®.

O que é um roteador de borda do OpenThread?

O OpenThread Border Router (OTBR) lançado pelo Google é uma implementação de código aberto do Thread Border Router.

Thread 1.2 multicast

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

Um roteador de borda do Thread 1.2 registra seu conjunto de dados do Rosca de backbone (BBR), e o serviço BBR selecionado é o Roteador de backbone principal (PBBR), que é responsável pela entrada/saída externa de multicast.

Um dispositivo Thread 1.2 envia uma mensagem CoAP para registrar o endereço multicast no PBBR (Multicast Listener Registry, MLR) se o endereço for maior que o realm local. A PBBR usa o MLDv2 na própria interface externa para se comunicar com a LAN/WAN IPv6 mais ampla sobre os grupos de multicast IPv6 que ele precisa detectar em nome da rede Thread local. O PBBR encaminha o tráfego multicast para a rede Thread apenas quando o destino é inscrito por pelo menos um dispositivo Thread.

Para dispositivos finais mínimos do Thread 1.2, eles podem depender do pai para agregar o endereço multicast e fazer o MLR em nome deles. Eles também podem se registrar se o pai for do Thread 1.1.

Para saber mais, consulte Thread 1.2 Specification 5.24 Multicast Encaminhamento for more than Realm-Local Scope (link em inglês).

O que você criará

Neste codelab, você configurará um roteador de borda e dois dispositivos Thread, depois ativará e verificará os recursos do Multicast em dispositivos Thread e Wi-Fi.

O que você aprenderá

  • Como criar um firmware nRF52840 com os recursos do Thread 1.2 Multicast.
  • Como se inscrever em endereços multicast IPv6 em dispositivos Thread.

O que é necessário

  • Um dispositivo Raspberry Pi 3/4 e um cartão SD com pelo menos 8 GB de capacidade
  • 3 placas Nordic Semiconductor nRF52840 DK
  • Um Wi-Fi AP sem a proteção de publicidade do roteador IPv6 ativado.
  • Laptop Linux/macOS (Raspberry Pi também funciona) com o Python3 instalado.

2. Configurar OTBR

Siga o codelabThread Border Router - Conectividade IPv6 bidirecional e descoberta com base em DNS para configurar um roteador de borda de linha de execução no Raspberry Pi.

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

O OTBR se tornará o principal roteador de backbone 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 CLI Thread 1.2 com o multicast e atualize as duas placas nRF52840 DK.

Criar firmware nRF52840 DK

Siga as instruções para clonar o projeto e criar 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 criado em ot-cli-ftd.hex.

Firmware nRF52840 DK do Flash

Atualize o firmware para nRF52840 DK usando nrfjprog, que faz parte das nRF Command Line Tools.

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

4. Anexar dispositivos Thread à rede Thread

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

Receber o conjunto de dados ativo bruto da OTBR:

$ sudo ot-ctl dataset active -x
0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff

Conecte-se 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 Thread, aguarde alguns segundos e verifique se o dispositivo foi anexado:

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child

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

A rede Thread foi configurada com três dispositivos Thread: OTBR e duas placas nRF52840 DK.

5. Configurar 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 SSID do Wi-Fi e a senha longa no OTBR do Raspberry Pi.

A topologia de rede final é mostrada abaixo:

5d0f36fd69ebcc9a.png

6. Assinar o endereço multicast IPv6

Inscreva-se no ff05::abcd no dispositivo final nRF52840 1:

> ipmaddr add ff05::abcd
Done

Verifique se ff05::abcd está inscrito:

> 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 no ff05::abcd no laptop:

Precisamos de um script Python subscribe6.py para se inscrever em um endereço multicast no laptop.

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 para se inscrever em 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.

Veja abaixo a topologia de rede final com assinaturas multicast:

b118448c98b2d583.png

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

7. Verificar multicast de entrada IPv6

Agora será possível alcançar o dispositivo final nRF52840 1 na rede Thread e o laptop usando o endereço multicast IPv6 ff05::abcd da rede Wi-Fi.

Dê um ping ff05::abcd na 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!)

Vemos que o OTBR pode receber duas respostas de ping do dispositivo final nRF52840 e do laptop porque ambos se inscreveram no 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. Verificar multicast IPv6 de saída

Ping ff05::abcd no dispositivo final nRF52840 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 nRF52840 2 pode receber respostas de ping do dispositivo final nRF52840 e do laptop. Isso mostra que o OTBR pode encaminhar os pacotes multicast de resposta ping do IPv6 da rede Thread para a rede Wi-Fi.

9. Parabéns

Parabéns! Você configurou um roteador de borda com linha de execução e verificou o multicast IPv6 bidirecional bidirecional.

Para mais informações sobre o OpenThread, acesse openthread.io.

Documentos de referência: