1. 簡介
什麼是執行緒？
Thread 是一種 IP 型低功耗網網路通訊協定，可讓裝置間的通訊成為裝置與雲端之間的通訊。執行緒網路可以適應拓撲變更，避免單點故障。
什麼是 OpenThread？
Google 發布的 OpenThread 是 Thread® 的開放原始碼實作項目。
什麼是 OpenThread 邊界路由器？
Google 發布的 OpenThread 邊界路由器 (OTBR) 是 Thread 邊界路由器的開放原始碼實作。
NA64
NAT64 是一種機制，可讓僅限 IPv6 網路的主機存取 IPv4 網路中的資源。NAT64 閘道是 IPv4 通訊協定與 IPv6 通訊協定之間的轉譯器。
屬於 NATThread 邊界路由器的 NAT64 轉譯器支援轉譯 TCP、UDP 與 ICMP (ICMPv6) 通訊協定。
建構項目
在這個程式碼研究室中，您將設定 OpenThread 邊界路由器和 Thread 裝置，然後透過 OpenThread 邊界路由器，啟用及驗證網際網路上的 Thread 裝置和 IPv4 主機之間的通訊。
課程內容
- 如何建立具備 NAT64 功能的 OpenThread 邊界路由器。
- 如何與 Thread 結束裝置的 IPv4 主機通訊。
軟硬體需求
- 一個 Linux 工作站，用於建構及更新 Thread NCP、OpenThread CLI 以及測試 IPv4 連線。
- 為 Thread 邊界路由器提供 4 GB RAM 的 Raspberry Pi 4。你的 Linux 工作站應可透過 IPv4 存取。
- 2 Nordic Semiconductor nRF52840 DK.
本程式碼研究室的網路拓撲：
2. 設定 OpenThread 邊界路由器
按照「Thread 邊界路由器 - 雙向 IPv6 連線能力」和「以 DNS 為基礎的服務探索程式碼研究室」中的「設定 OTBR 步驟」，建構 OpenThread 邊界路由器並進行下列變更：
在「Build and install OTBR」中，您必須將環境變數 NAT64 設為 1，並將 NAT64_SERVICE 設為 openthread，藉此指示指令碼以在 OpenThread 中啟用 NAT64 翻譯工具。執行下列指令之前：
$ export NAT64=1 NAT64_SERVICE=openthread
繼續撰寫執行緒邊界路由器 - 雙向 IPv6 連線和 DNS 型服務探索程式碼研究室。建立 Thread 網路後，您可以透過 OpenThread CLI 指令驗證邊界路由器發布的 NAT64 前置字串。
首先，請確認邊界路由器已設定完成，且在邊界路由器上啟用 NAT64：
$ sudo ot-ctl state leader Done $ sudo ot-ctl nat64 enable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Active Translator: Active Done
我們應該能發現 OTBR 是 Thread 的領先者，而 Thread 網路資料中有一個 NAT64 前置字元 (在本例中為 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
與 IPv4 主機進行通訊時，Thread 裝置會使用 NAT64 前置字串。
3. 設定 Thread 結束裝置
按照使用 nRF52840 主機板和 OpenThread 程式碼研究室設定「建立 Thread 的 FTDs」步驟，以建構和更新 nRF52840 CLI 結束裝置，並執行以下步驟：
在 Build and flash 中，您必須在呼叫 script/build 時，在指令列中附加 -DOT_DNS_CLIENT=ON、-DOT_SRP_CLIENT=ON 和 -DOT_ECDSA=ON：
$ 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
繼續撰寫使用 nRF52840 主機板和 OpenThread 程式碼研究室撰寫的 Thread 網路。使用 CLI 映像檔刷新裝置後，請按照 Thread 邊界路由器 - 雙向 IPv6 連線和 DNS 型服務探索來設定 Thread 結束裝置。
設定 Thread 結束裝置後，請等待數秒，並檢查 Thread 網路是否成功。您應該可以從網路資料中找到 NAT64 前置字串 (在本例中為 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
請確認網路資料與 OTBR 中的網路資料相符。
4. 與 Thread 最終裝置上的 IPv4 主機通訊
您現在可以透過剛剛設定的裝置透過 IPv4 網路與主機通訊。
將 ICMP echo 要求傳送至 IPv4 主機
使用 Thread 結束裝置的 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
邊界路由器會透過 nat64 mappings 指令為這部裝置建立 NAT64 對應項目：
$ 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 必須是 Thread 裝置的 IPv6 位址。
隨時在邊界路由器上執行這個指令，瞭解流量的計算方式。
將 DNS 查詢傳送至 IPv4 DNS 伺服器
使用 dns resolve4 解析 IPv4 網路的主機名稱。DNS 伺服器位址也可以是 IPv4 位址：
> 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
透過 TCP 通訊
您可以在端裝置和 IPv4 網路之間建立 TCP 連線。
假設 Linux IPv4 主機的 IP 位址為 192.168.0.2。
在 Linux IPv4 主機上，使用 nc 監聽 TCP 連線：
$ nc -l 0.0.0.0 12345
使用 Thread 結束裝置建立 TCP 連線，並傳送訊息給 Linux IPv4 主機：
> 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
你的 Linux IPv4 主機輸出內容：
hello
你也可以從 Linux IPv4 主機傳送訊息到 Thread 端對端裝置。輸入「world」，然後按下執行 nc 的 Linux IPv4 主機，然後按下 Thread 結束裝置輸出內容：
TCP: Received 6 bytes: world
透過 UDP 進行通訊
您可以透過 Thread 裝置與 IPv4 網路中的主機之間的 UDP 進行通訊。
假設 Linux IPv4 主機的 IP 位址為 192.168.0.2。
使用 nc 監聽 UDP 連線：
$ nc -u -l 0.0.0.0 12345
使用 Thread 結束裝置建立 UDP 連線，並傳送訊息給 Linux IPv4 主機：
> 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
你的 Linux IPv4 主機輸出內容：
hello
你也可以從 Linux IPv4 主機傳送訊息到 Thread 端對端裝置。輸入「world」，然後按下執行 nc 的 Linux IPv4 主機，然後按下 Thread 結束裝置輸出內容：
6 bytes from fd4c:9574:3720:2:0:0:c0a8:2 12345 world
5. 切換邊界路由器上的 NAT64
你隨時可以啟用或停用 NAT64。使用 nat64 disable 停用 NAT64。然後使用 nat64 state 檢查 NAT64 的狀態。
$ sudo ot-ctl nat64 disable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Disabled Translator: Disabled Done
停用後，該裝置不會再發布 NAT64 前置字串：
$ 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 網路中的裝置也無法再透過這個邊界路由器存取 IPv4 主機。
使用 Thread 結束裝置的 CLI：
> ping 8.8.8.8 Error 13: InvalidState
使用 nat64 enable 啟用 NAT64。前置字元管理員可能需要一點時間才能宣傳 NAT64 前置字串：
$ sudo ot-ctl nat64 enable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Idle Translator: NotWorking Done
幾秒後，NAT44 元件應能啟動並開始運作：
$ 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
請注意，停用 NAT64 將會清除對應資料表：
$ sudo ot-ctl nat64 mappings | | Address | | 4 to 6 | 6 to 4 | +------------------+-------------------------------------------------------------+--------+-------------------------+-------------------------+ | ID | IPv6 | IPv4 | Expiry | Pkts | Bytes | Pkts | Bytes | +------------------+------------------------------------------+------------------+--------+----------+--------------+----------+--------------+ Done
6. 將 DNS 查詢轉送至上游 DNS 伺服器
在邊框路由器啟用網路位址轉譯 (NAT)44 時，OpenThread 會將網際網路網域的 DNS 查詢轉送至上游 DNS 伺服器。
內部 DNS-SD 伺服器支援此功能，因此請確認 DNS-SD 伺服器已啟用。
$ sudo ot-ctl srp server state running Done
如果不是 running，請啟用：
$ sudo ot-ctl srp server enable Done
確認已啟用上游 DNS Proxy：
$ sudo ot-ctl dns server upstream Enabled Done
如果不是 Enabled，請啟用：
$ sudo ot-ctl dns server upstream enable Done
確認已在裝置上啟用 SRP 用戶端，以便將 DNS 查詢傳送至邊界路由器：
> srp client state Enabled Done
如果不是 Enabled，請啟用：
> srp client autostart enable Done
在最終裝置上，確認預設的 DNS 伺服器是邊界路由器：
> dns config Server: [fdd2:0e53:2b87:b93f:50ad:4eea:0450:f1bf]:53 ResponseTimeout: 6000 ms MaxTxAttempts: 3 RecursionDesired: yes Done
伺服器 IPv6 位址 (上述範例中的 fdd2:0e53:2b87:b93f:50ad:4eea:0450:f1bf) 必須是 OpenThread 邊界路由器的其中一個位址。
您現在可以透過網際網路傳送網際網路網域的 DNS 查詢：
> 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！你已成功設定支援 NAT64 的邊界路由器，並使用該路由器為 Thread 終端裝置提供網際網路存取權！
其他資訊
- OpenThread 指南
- OpenThread CLI 參考資料
- 適用於 NAT64 的 OpenThread API 參考資料
- 上游 DNS 的 OpenThread API 參考資料
- DNS 的 OpenThread 平台抽象化機制