Пограничный маршрутизатор потоков — Многоадресная рассылка потоков 1.2

1. Введение

608c4c35050eb280.png

Что такое нить?

Thread — это основанный на IP протокол маломощной беспроводной ячеистой сети, который обеспечивает безопасную связь между устройствами и между устройствами и облаком. Сети потоков могут адаптироваться к изменениям топологии, чтобы избежать единичных сбоев.

Что такое OpenThread?

OpenThread, выпущенный Google , представляет собой реализацию Thread® с открытым исходным кодом.

Что такое пограничный маршрутизатор OpenThread?

OpenThread Border Router (OTBR), выпущенный Google, представляет собой реализацию Thread Border Router с открытым исходным кодом.

Тема 1.2 Многоадресная рассылка

Thread 1.2 определяет ряд функций для поддержки многоадресной рассылки в гетерогенной сети (сегменты Thread и Wi-Fi/Ethernet Network) для многоадресных адресов с областью действия, превышающей локальную область.

Пограничный маршрутизатор потока 1.2 регистрирует свой набор данных магистрального маршрутизатора (BBR), а выбранная служба BBR является основным магистральным маршрутизатором (PBBR), который отвечает за многоадресную входящую/исходящую переадресацию.

Устройство потока 1.2 отправляет сообщение CoAP для регистрации адреса многоадресной рассылки в PBBR (регистрация прослушивателя многоадресной рассылки, сокращенно MLR), если адрес больше, чем локальный в области. PBBR использует MLDv2 на своем внешнем интерфейсе для связи с более широкой сетью IPv6 LAN/WAN о группах многоадресной рассылки IPv6, которые ему необходимо прослушивать, от имени своей локальной сети потоков. И PBBR перенаправляет многоадресный трафик в сеть потоков только в том случае, если пункт назначения подписан хотя бы одним устройством потока.

Для минимальных конечных устройств с потоком 1.2 они могут зависеть от своего родителя, чтобы агрегировать многоадресный адрес и выполнять MLR от их имени, или регистрировать себя, если их родитель относится к потоку 1.1.

Для получения более подробной информации обратитесь к разделу 5.24 Спецификации потока 1.2 5.24 Многоадресная переадресация для областей, превышающих локальную область .

Что вы будете строить

В этой лаборатории кода вы собираетесь настроить маршрутизатор Thread Border Router и два устройства Thread, а затем включить и проверить функции многоадресной рассылки на устройствах Thread и устройствах Wi-Fi.

Чему вы научитесь

  • Как собрать прошивку nRF52840 с функциями многоадресной рассылки Thread 1.2.
  • Как подписаться на многоадресные IPv6-адреса на устройствах Thread.

Что тебе понадобится

  • Устройство Raspberry Pi 3/4 и SD-карта емкостью не менее 8 ГБ.
  • 3 платы Nordic Semiconductor nRF52840 DK .
  • Точка доступа Wi-Fi без включенного на маршрутизаторе IPv6 Router Advertisement Guard .
  • Ноутбук Linux/macOS (также работает Raspberry Pi) с установленным Python3.

2. Настройка ОТБР

Следуйте лабораторной программе Thread Border Router — двунаправленное подключение IPv6 и обнаружение сервисов на основе DNS, чтобы настроить Thread Border Router на Raspberry Pi.

По завершении Raspberry Pi должен был создать рабочую сеть Thread и подключиться к сети Wi-Fi.

OTBR должен стать основным магистральным маршрутизатором в течение нескольких секунд.

$ 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. Сборка и прошивка устройств Thread

Создайте приложение CLI Thread 1.2 с многоадресной рассылкой и прошейте две платы nRF52840 DK.

Сборка прошивки nRF52840 DK

Следуйте инструкциям, чтобы клонировать проект и собрать прошивку 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

Мы можем найти успешно собранную HEX-прошивку по адресу ot-cli-ftd.hex .

Прошить прошивку nRF52840 DK

Запишите прошивку на nRF52840 DK с помощью nrfjprog , который является частью инструментов командной строки nRF .

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

4. Подключите устройства Thread к сети Thread

OTBR создал сеть потоков на предыдущих шагах. Теперь мы можем добавить DK nRF52840 в сеть Thread:

Получите необработанный активный набор данных из OTBR:

$ sudo ot-ctl dataset active -x
0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff

Подключитесь к плате nRF52840 DK:

$ screen /dev/ttyACM0 115200

Настройте активный набор данных для nRF52840 DK:

> dataset set active 0e080000000000000000000300000b35060004001fffc00208dead00beef00cafe0708fddead00beef00000510e50d3d0931b3430a59c261c684585a07030a4f70656e54687265616401022715041021cf5e5f1d80d2258d5cfd43416525e90c0302a0ff
Done

Запустите стек потоков и подождите несколько секунд, чтобы убедиться, что устройство успешно подключено:

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child

Повторите описанные выше шаги, чтобы подключить другую плату nRF52840 DK к сети Thread.

Теперь мы успешно настроили сеть Thread с тремя устройствами Thread: OTBR и двумя платами nRF52840 DK.

5. Настройте сеть Wi-Fi

Настройте сеть Wi-Fi на OTBR и ноутбуке, чтобы они были подключены к одной и той же точке доступа Wi-Fi.

Мы можем использовать raspi-config для настройки SSID и парольной фразы Wi-Fi на Raspberry Pi OTBR.

Окончательная топология сети показана ниже:

5d0f36fd69ebcc9a.png

6. Подпишитесь на многоадресный адрес IPv6.

Подпишитесь на ff05::abcd на конечном устройстве 1 nRF52840:

> ipmaddr add ff05::abcd
Done

Убедитесь ff05::abcd успешно подписан:

> 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

Подпишитесь на ff05::abcd на ноутбуке:

Нам нужен скрипт Python subscribe6.py для подписки на многоадресный адрес на ноутбуке.

Скопируйте приведенный ниже код и сохраните его как 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.')

Запустите subscribe6.py , чтобы подписаться на ff05::abcd на сетевом интерфейсе Wi-Fi (например, wlan0):

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

Окончательная топология сети с многоадресными подписками показана ниже:

b118448c98b2d583.png

Теперь, когда мы подписали адрес многоадресной рассылки IPv6 как на конечном устройстве 1 nRF52840 в сети Thread, так и на ноутбуке в сети Wi-Fi, мы собираемся проверить доступность двунаправленной многоадресной рассылки IPv6 в следующих разделах.

7. Проверка входящей многоадресной рассылки IPv6

Теперь мы должны иметь возможность связаться как с конечным устройством 1 nRF52840 в сети потоков, так и с ноутбуком, используя многоадресный IPv6-адрес ff05::abcd из сети Wi-Fi.

Пингуем ff05::abcd на OTBR через интерфейс 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!)

Мы видим, что OTBR может получить два пинг-ответа как от конечного устройства 1 nRF52840, так и от ноутбука, потому что они оба подписаны на ff05::abcd . Это показывает, что OTBR может пересылать многоадресные пакеты IPv6 Ping Request из сети Wi-Fi в сеть Thread.

8. Проверка исходящей многоадресной рассылки IPv6

Пинг ff05::abcd на конечном устройстве 2 nRF52840:

$ 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

Конечное устройство 2 nRF52840 может получать ответы на эхо-запросы как от конечного устройства 1 nRF52840, так и от ноутбука. Это показывает, что OTBR может пересылать многоадресные пакеты IPv6 Ping Reply из сети Thread в сеть Wi-Fi.

9. Поздравления

Поздравляем, вы успешно настроили пограничный маршрутизатор потоков и проверили двунаправленную многоадресную рассылку IPv6!

Чтобы узнать больше об OpenThread, посетите openthread.io .

Справочные документы: