1. 简介
什么是 Thread？
Thread 是基于 IP 的低功耗无线网状网络协议，支持设备到设备和设备到云的安全通信。线程网络可以适应拓扑变化，以避免单点故障。
什么是 OpenThread？
Google 发布的 OpenThread 是 Thread® 的开源实现。
什么是 OpenThread 边界路由器？
Google 发布的 OpenThread Border Router (OTBR) 是 Thread Border Router 的开源实现。
NAT64
NAT64 是一种机制，可让纯 IPv6 网络中的主机访问 IPv4 网络中的资源。NAT64 网关是 IPv4 协议和 IPv6 协议之间的转换程序。
NAT64 转换工具作为 OpenThread 边界路由器的一部分，支持转换 TCP、UDP 和 ICMP (ICMPv6) 协议。
构建内容
在此 Codelab 中，您将设置 OpenThread 边界边界和 Thread 设备，然后通过 OpenThread 边界路由器启用并验证 Thread 设备与互联网上的 IPv4 主机之间的通信。
学习内容
- 如何使用 NAT64 功能构建 OpenThread 边界路由器。
- 如何从 Thread 终端设备与 IPv4 主机通信。
所需条件
- 用于构建和刷写 Thread NCP、OpenThread CLI 和测试 IPv4 连接的 Linux 工作站。
- 线程线程路由器的 RAM 为 4GB 的 Raspberry Pi 4。应可通过此设备访问 IPv4 的 Linux 工作站。
- 2 款北欧半导体 nRF52840 DK 开发板。
此 Codelab 的网络拓扑：
2. 设置 OpenThread 边界路由器
按照“线程边界路由器 - 双向 IPv6 连接和基于 DNS 的服务发现”Codelab 的“设置 OTBR”步骤构建 OpenThread 边界路由器，并做出以下更改：
在构建和安装 OTBR 中，您需要将环境变量 NAT64 设置为 1，并将 NAT64_SERVICE 设置为 openthread，以指示脚本在 OpenThread 中启用 NAT64 转换器。在执行步骤之前运行以下命令：
$ export NAT64=1 NAT64_SERVICE=openthread
继续阅读线程边界路由器 - 双向 IPv6 连接和基于 DNS 的服务发现 Codelab。在形成线程网络后，您可以通过 OpenThread CLI 命令验证边界路由器是否发布了 NAT64 前缀。
首先，请确保边界路由器已启动并运行，并且边界路由器上启用了 NAT64：
$ sudo ot-ctl state leader Done $ sudo ot-ctl nat64 enable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Active Translator: Active Done
我们应该可以看到，OTBR 充当了线程主管，线程数据中有一个 NAT64 前缀（在本例中为 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96）：
$ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96 sn low 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
Thread 设备在与 IPv4 主机通信时将使用 NAT64 前缀。
3. 设置线程结束设备
按照使用 nRF52840 开发板和 OpenThread Codelab 设置 FTD 步骤构建并刷写 nRF52840 CLI 终端设备，同时更改后续步骤：
在 Build & flash 中，调用 script/build 时，必须将 -DOT_DNS_CLIENT=ON、-DOT_SRP_CLIENT=ON 和 -DOT_ECDSA=ON 附加到命令行：
$ cd ~/src/ot-nrf528xx $ rm -rf build $ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_JOINER=ON -DOT_COMMISSIONER=ON -DOT_DNS_CLIENT=ON -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
继续阅读编写采用 nRF52840 开发板和 OpenThread 的 Thread 网络。使用 CLI 映像刷写最终用户后，请遵循线程边界路由器 - 双向 IPv6 连接和基于 DNS 的服务发现来设置 Thread 终端设备。
设置 Thread 终端设备后，请等待几秒钟，然后验证能否成功加入 Thread 网络。您应该能够从网络数据中找到 NAT64 前缀（在本例中为 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96）：
> netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96 sn low 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
请确保网络数据与 OTBR 中的数据一致。
4. 从 Thread 终端设备与 IPv4 主机通信
您现在可以通过我们刚刚设置的终端设备与 IPv4 网络上的主机通信。
向 IPv4 主机发送 ICMP echo 请求
通过我们的 Thread 终端设备的 CLI：
> ping 8.8.8.8 Pinging synthesized IPv6 address: fd4c:9574:3720:2:0:0:808:808 16 bytes from fd4c:9574:3720:2:0:0:808:808: icmp_seq=15 hlim=119 time=48ms 1 packets transmitted, 1 packets received. Packet loss = 0.0%. Round-trip min/avg/max = 48/48.0/48 ms. Done
边界路由器通过 nat64 mappings 命令为此设备创建 NAT64 映射项：
$ sudo ot-ctl nat64 mappings | | Address | | 4 to 6 | 6 to 4 | +------------------+-------------------------------------------------------------+--------+-------------------------+-------------------------+ | ID | IPv6 | IPv4 | Expiry | Pkts | Bytes | Pkts | Bytes | +------------------+------------------------------------------+------------------+--------+----------+--------------+----------+--------------+ | 377ee63dd3127f1a | fd4c:9574:3720:1:1d61:b4c1:494f:f975 | 192.168.255.254 | 7190s | 1 | 16 | 1 | 16 | | | TCP | 0 | 0 | 0 | 0 | | | UDP | 0 | 0 | 0 | 0 | | | ICMP | 1 | 16 | 1 | 16 | Done
fd4c:9574:3720:1:1d61:b4c1:494f:f975 应该是您的 Thread 设备的 IPv6 地址。
您可随时在边界路由器上运行此命令，看看它会如何计算流量。
将 DNS 查询发送到 IPv4 DNS 服务器
使用 dns resolve4 解析 IPv4 网络上的主机名。DNS 服务器地址也可以是 IPv4 地址：
> dns resolve4 example.com 8.8.8.8 Synthesized IPv6 DNS server address: fd4c:9574:3720:2:0:0:808:808 DNS response for example.com. - fd4c:9574:3720:2:0:0:5db8:d822 TTL:20456 Done
通过 TCP 进行通信
您可以在 IPv4 网络中的终端设备和主机之间建立 TCP 连接。
假设您的 Linux IPv4 主机的 IP 地址为 192.168.0.2。
在 Linux IPv4 主机上，使用 nc 监听 TCP 连接：
$ nc -l 0.0.0.0 12345
在 Thread 终端设备上，建立 TCP 连接并向 Linux IPv4 主机发送消息：
> tcp init Done > tcp connect 192.168.0.2 12345 Connecting to synthesized IPv6 address: fd4c:9574:3720:2:0:0:c0a8:2 Done > tcp send hello
您的 Linux IPv4 主机输出：
hello
您还可以从 Linux IPv4 主机向 Thread 终端设备发送消息。在运行“nc”的 Linux IPv4 主机上，输入“world”，然后按 Enter 键，线程会话设备输出如下：
TCP: Received 6 bytes: world
通过 UDP 进行通信
可以在 IPv4 网络中的线程设备和主机之间使用 UDP 通信。
假设您的 Linux IPv4 主机的 IP 地址为 192.168.0.2。
使用 nc 监听 UDP 连接：
$ nc -u -l 0.0.0.0 12345
在 Thread 终端设备上，建立 UDP 连接并将消息发送到 Linux IPv4 主机：
> udp open Done > udp connect 192.168.0.2 12345 Connecting to synthesized IPv6 address: fd4c:9574:3720:2:0:0:c0a8:2 Done > udp send hello Done
您的 Linux IPv4 主机输出：
hello
您还可以从 Linux IPv4 主机向 Thread 终端设备发送消息。在运行“nc”的 Linux IPv4 主机上，输入“world”，然后按 Enter 键，线程会话设备输出如下：
6 bytes from fd4c:9574:3720:2:0:0:c0a8:2 12345 world
5. 在边界路由器上切换 NAT64
您可以随时启用或停用 NAT64。使用 nat64 disable 停用 NAT64。并使用 nat64 state 检查 NAT64 的状态。
$ sudo ot-ctl nat64 disable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Disabled Translator: Disabled Done
停用后，设备将不再发布 NAT64 前缀：
$ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
此外，Thread 网络中的设备无法再通过此边界路由器访问 IPv4 主机。
通过我们的 Thread 终端设备的 CLI：
> ping 8.8.8.8 Error 13: InvalidState
使用 nat64 enable 启用 NAT64。前缀管理器可能需要一段时间才能开始通告 NAT64 前缀：
$ sudo ot-ctl nat64 enable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Idle Translator: NotWorking Done
几秒钟后，NAT64 组件应该会启动并运行：
$ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Active Translator: Active Done $ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96 sn low 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
请注意，停用 NAT64 会清除映射表：
$ sudo ot-ctl nat64 mappings | | Address | | 4 to 6 | 6 to 4 | +------------------+-------------------------------------------------------------+--------+-------------------------+-------------------------+ | ID | IPv6 | IPv4 | Expiry | Pkts | Bytes | Pkts | Bytes | +------------------+------------------------------------------+------------------+--------+----------+--------------+----------+--------------+ Done
6. 将 DNS 查询转发到上游 DNS 服务器
在边界路由器上启用 NAT64 后，OpenThread 会尝试将针对互联网网域的 DNS 查询转发到上游 DNS 服务器。
内部 DNS-SD 服务器支持此功能，因此您需要确保已启用 DNS-SD 服务器。
$ sudo ot-ctl srp server state running Done
如果不是 running，则启用它：
$ sudo ot-ctl srp server enable Done
确保已启用上游 DNS 代理：
$ sudo ot-ctl dns server upstream Enabled Done
如果不是 Enabled，则启用它：
$ sudo ot-ctl dns server upstream enable Done
在最终设备上，确保已启用 SRP 客户端，使其将 DNS 查询发送到边界路由器：
> srp client state Enabled Done
如果不是 Enabled，则启用它：
> srp client autostart enable Done
在您的最终设备上，确保默认 DNS 服务器是边界路由器：
> dns config Server: [fdd2:0e53:2b87:b93f:50ad:4eea:0450:f1bf]:53 ResponseTimeout: 6000 ms MaxTxAttempts: 3 RecursionDesired: yes Done
服务器 IPv6 地址（上例中的 fdd2:0e53:2b87:b93f:50ad:4eea:0450:f1bf）应为 OpenThread 边界路由器的地址之一。
现在，您可以从最终用户设备发送互联网网域的 DNS 查询：
> dns resolve example.com DNS response for example.com. - 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946 TTL:8720 Done > dns resolve4 example.com DNS response for example.com. - fd4c:9574:3720:2:0:0:5db8:d822 TTL:20456 Done
7. 恭喜
恭喜！您已成功设置支持 NAT64 的边界路由器，并使用它来通过 Thread 终端设备访问互联网！
深入阅读
- OpenThread 指南
- OpenThread CLI 参考文档
- 适用于 NAT64 的 OpenThread API 参考文档
- 适用于上游 DNS 的 OpenThread API 参考文档
- DNS 的 OpenThread 平台抽象