1. Wprowadzenie
Czym jest Thread?
Thread to protokół sieci bezprzewodowej typu mesh o niskim poborze mocy, który umożliwia bezpieczną komunikację między urządzeniami i między urządzeniami a chmurą. Sieci Thread mogą dostosowywać się do zmian topologii, aby uniknąć awarii pojedynczego punktu.
Co to jest OpenThread?
OpenThread udostępniony przez Google to implementacja Thread® typu open source.
Co to jest router graniczny Thread?
Router brzegowy Thread łączy sieć Thread z innymi sieciami opartymi na protokole IP, takimi jak Wi-Fi czy Ethernet. Sieć Thread wymaga routera granicznego do łączenia się z innymi sieciami. Router graniczny Thread obsługuje co najmniej te funkcje:
- Dwukierunkowe połączenie IP między sieciami Thread i Wi-Fi/Ethernet.
- Wykrywanie usług w obu kierunkach za pomocą mDNS (w ramach połączenia Wi-Fi/Ethernet) i SRP (w ramach sieci Thread).
- Infrastruktura Thread, która łączy partycje Thread za pomocą połączeń opartych na protokole IP.
- Zewnętrzny system autoryzacji Thread (np. telefon komórkowy) do uwierzytelniania i łączenia urządzenia Thread z siecią Thread.
OpenThread Border Router (OTBR) opublikowany przez Google to implementacja routera granicznego Thread w wersji open source.
Co utworzysz
W tym ćwiczeniu skonfigurujesz router graniczny Thread i połączysz telefon komórkowy z urządzeniem końcowym Thread za pomocą routera granicznego.
Czego się nauczysz
- Jak skonfigurować OTBR
- Tworzenie sieci Thread za pomocą urządzenia OTBR
- Jak utworzyć urządzenie OpenThread CLI z funkcją SRP
- Jak zarejestrować usługę w SRP
- Jak wykryć i dostępować do urządzenia końcowego Thread
Czego potrzebujesz
- stacja robocza z systemem Linux do kompilowania i programowania układów scalonych Thread RCP, interfejsu wiersza poleceń OpenThread oraz testowania multicastu IPv6.
- Raspberry Pi do routera granicznego Thread.
- 2 dongle USB nRF52840 firmy Nordic Semiconductor (jeden do RCP, a drugi do urządzenia końcowego Thread).
- telefon z iOS 14 lub nowszym albo Androidem 8.1 lub nowszym;
2. Konfigurowanie usługi OTBR
Najszybszym sposobem skonfigurowania usługi OTBR jest skorzystanie z przewodnika po konfiguracji usługi OTBR.
Po zakończeniu konfigurowania usługi OTBR użyj polecenia ot-ctl, aby sprawdzić, czy usługa działa jako wątek leader.
$ sudo ot-ctl state leader Done
Sprawdź też, czy OTBR automatycznie skonfigurował prefiks off-mesh-routable (OMR) w danych sieci Thread.
$ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: Prefixes: fd76:a5d1:fcb0:1707::/64 paos med 4000 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 4000 Services: 44970 5d c000 s 4000 44970 01 9a04b000000e10 s 4000 Done $ sudo ot-ctl ipaddr fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:fc11 fda8:5ce9:df1e:6620:0:0:0:fc38 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:fc10 fd76:a5d1:fcb0:1707:f3c7:d88c:efd1:24a9 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:fc00 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:4000 fda8:5ce9:df1e:6620:3593:acfc:10db:1a8d fe80:0:0:0:a6:301c:3e9f:2f5b Done
3. Konfigurowanie urządzenia końcowego klienta SRP
Tworzenie i flashowanie za pomocą interfejsu wiersza poleceń OT
Aby skompilować i sflashować urządzenie końcowe z interfejsem CLI nRF52840, wykonaj krok 5 w codelab Tworzenie sieci Thread z kartami nRF52840 i OpenThread.
Zamiast funkcji OT_COMMISSIONER i OT_JOINER węzeł interfejsu wiersza poleceń wymaga funkcji OT_SRP_CLIENT i OT_ECDSA.
Pełny wywołanie procesu kompilacji powinno wyglądać tak:
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
Dołączanie do sieci Thread
Aby dołączyć do sieci Thread, musimy pobrać zbiór danych Active Operational Dataset z urządzenia OTBR. Wróćmy do ot-ctl i pobierzmy aktywny zbiór danych:
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
Wróć do sesji ekranu węzła klienta SRP i ustaw aktywny zbiór danych:
> dataset set active 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
Następnie uruchom interfejs Thread:
> ifconfig up Done > thread start Done
Odczekaj kilka sekund i sprawdź, czy udało Ci się dołączyć do sieci Thread:
> state child Done > netdata show Prefixes: fd76:a5d1:fcb0:1707::/64 paos med 4000 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 4000 Services: 44970 5d c000 s 4000 44970 01 9a04b000000e10 s 4000 Done > ipaddr fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:4001 fda8:5ce9:df1e:6620:ed74:123:cc5d:74ba fe80:0:0:0:d4a9:39a0:abce:b02e Done
Sprawdź, czy dane sieciowe są zgodne z tymi wydrukowanymi na certyfikacie OTBR. Możemy teraz pingować adres OMR w OTBR:
> ping fd76:a5d1:fcb0:1707:f3c7:d88c:efd1:24a9 Done > 16 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:f3c7:d88c:efd1:24a9: icmp_seq=1 hlim=64 time=49ms
4. Publikowanie usługi na urządzeniu końcowym
mDNS jest szeroko używany do publikowania usługi DNS-SD w ramach link-local. Jednak wiadomości multicast zużywają zbyt dużo przepustowości i szybko wyczerpują baterię w przypadku urządzeń o niskim poborze mocy. Thread używa protokołu unicast SRP do rejestrowania usług w Border Routerze i korzysta z Border Routera do rozgłaszania usług w sieci Wi-Fi lub Ethernet.
Możemy zarejestrować usługę za pomocą polecenia srp client.
Otwórz sesję ekranu węzła klienta SRP i automatycznie uruchom klienta SRP:
> srp client autostart enable Done
Ustaw nazwę hosta, która będzie reklamowana w połączeniu Wi-Fi/Ethernet:
> srp client host name ot-host Done
Aby urządzenie z połączeniem Wi-Fi/Ethernet mogło się połączyć z urządzeniem końcowym Thread, adres OMR tego urządzenia końcowego musi być reklamowany:
> srp client host address fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 Done
Na koniec zarejestruj fałszywą usługę _ipps._tcp:
> srp client service add ot-service _ipps._tcp 12345 Done
Poczekaj kilka sekund. Powinniśmy zobaczyć zarejestrowaną usługę:
> srp client service instance:"ot-service", name:"_ipps._tcp", state:Registered, port:12345, priority:0, weight:0 Done
Zakończyliśmy konfigurowanie i usługa _ipps._tcp powinna być reklamowana w ramach połączenia Wi-Fi/Ethernet. Czas wykryć urządzenie końcowe i nawiązać z nim połączenie.
5. Poznawanie usługi
Poznaj usługę na telefonie
Używamy aplikacji Service Browser do wykrywania usług mDNS na telefonie z Androidem. Odpowiednią aplikację można też znaleźć na urządzeniach mobilnych z iOS. Otwórz aplikację, a usługa _ipps._tcp powinna się wyświetlić.
Odkrywanie usługi z hostem Linux
Jeśli chcesz wykryć usługę z innego hosta Linuksa, możesz użyć polecenia avahi-browse.
Zainstaluj aplikacje avahi-daemon i avahi-utils:
$ sudo apt-get install -y avahi-daemon avahi-utils
Rozwiązywanie problemu z usługą:
$ sudo service avahi-daemon start # Ensure the avahi daemon is started. $ avahi-browse -r _ipps._tcp + wlan0 IPv6 ot-service Secure Internet Printer local = wlan0 IPv6 ot-service Secure Internet Printer local hostname = [ot-host.local] address = [fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927] port = [12345] txt = [] ...
Poznaj usługę z hostem macOS
Aby rozwiązać problem z usługą, możesz użyć dns-sd w systemie macOS:
$ dns-sd -Z _ipps._tcp local. Browsing for _ipps._tcp.local. DATE: ---Sun 14 Mar 2021--- 21:31:42.125 ...STARTING... ; To direct clients to browse a different domain, substitute that domain in place of '@' lb._dns-sd._udp PTR @ ; In the list of services below, the SRV records will typically reference dot-local Multicast DNS names. ; When transferring this zone file data to your unicast DNS server, you'll need to replace those dot-local ; names with the correct fully-qualified (unicast) domain name of the target host offering the service. _ipps._tcp PTR ot-service._ipps._tcp ot-service._ipps._tcp SRV 0 0 12345 ot-host.local. ; Replace with unicast FQDN of target host ot-service._ipps._tcp TXT "" ...
6. Pingowanie urządzenia końcowego
Pingowanie z telefonu komórkowego
Na przykład w przypadku telefonu Pixel adres OMR wcześniej zarejestrowanej usługi „ot-service” można znaleźć na stronie z informacjami o jej wystąpieniu w aplikacji przeglądarki usług.
Teraz możemy pingować adres OMR za pomocą innej aplikacji Network Analyzer.
Wersja aplikacji Network Analyzer na Androida nie obsługuje zapytań mDNS dla narzędzia ping i nie możemy bezpośrednio pingować nazwy hosta ot-host.local (możemy pingować nazwę hosta za pomocą wersji aplikacji na iOS).
Pingowanie z hosta Linux/macOS
Router graniczny Thread wysyła zapytania o router ICMPv6 (RA), aby reklamować prefiksy (za pomocą opcji informacji o prefiksie) i trasy (za pomocą opcji informacji o trasie) na łączu Wi-Fi/Ethernet.
Przygotowanie hosta Linuksa
Upewnij się, że u Twojego dostawcy hostingu włączone są RA i RIO:
- Wartość
net.ipv6.conf.wlan0.accept_rapowinna wynosić co najmniej1, jeśli przekierowanie adresów IP nie jest włączone, oraz2w przeciwnym razie. - Wartość
net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plennie może być mniejsza niż64.
w przypadku większości dystrybucji wartość accept_ra domyślnie wynosi 1. Mogą jednak występować inne demony sieciowe, które zastąpią tę opcję (na przykład dhcpcd na Raspberry Pi zastąpi accept_ra wartością 0). Wartość accept_ra możesz sprawdzić za pomocą:
$ sudo sysctl -n net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra 0
Ustaw wartość na 1 (lub 2, jeśli przekierowywanie adresu IP jest włączone) z:
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra=1 Net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra = 1
Większość dystrybucji Linuksa ma domyślnie ustawioną opcję accept_ra_rt_info_max_plen na 0. Ustaw ją na 64:
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen=64 net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
Po ponownym uruchomieniu hosta zmiana zostanie utracona. Aby na stałe włączyć RIO, dodaj te polecenia do pliku /etc/sysctl.conf:
$ net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
Może być za późno na zmianę tych konfiguracji, ponieważ serwer OTBR wysyła już wiadomości RA, a odstęp między dwoma niechcianymi wiadomościami RA może wynosić kilkaset sekund. Jednym ze sposobów jest odłączenie się od punktu dostępu Wi-Fi i ponowne połączenie z nim, aby wysłać wiadomości z prośbą o router, dzięki czemu OTBR odpowie prośbami o router. Inną opcją jest ponowne uruchomienie funkcji Border Routing na routerze Border:
$ sudo ot-ctl br disable Done $ sudo ot-ctl br enable Done
Jeśli próbujesz ponownie połączyć się z Wi-Fi lub ponownie uruchomić interfejs Ethernet, upewnij się, że dhcpcd nie jest używany do zarządzania siecią IPv6 Wi-Fi/Ethernet. Ponieważ dhcpcd zawsze zastępuje opcję accept_ra za każdym razem, gdy interfejs jest restartowany, konfiguracja accept_ra zostanie utracona. Aby w pliku konfiguracji dhcpcd (np. /etc/dhcpcd.conf) wyraźnie wyłączyć IPv6 w dhcpcd, dodaj te wiersze:
noipv6 noipv6rs
Aby zmiany zaczęły obowiązywać, musisz ponownie uruchomić urządzenie.
Przygotuj hosta macOS
Obie opcje accept_ra* są domyślnie włączone, ale musisz zaktualizować system do co najmniej macOS Big Sur.
Użyj polecenia ping do sprawdzenia nazwy hosta lub adresu IPv6.
Teraz możemy pingować nazwę hosta ot-host.local za pomocą polecenia ping -6 (ping6 w systemie macOS):
$ ping -6 ot-host.local. PING ot-host.local.(fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927)) 56 data bytes 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=1 ttl=63 time=170 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=2 ttl=63 time=64.2 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=3 ttl=63 time=22.8 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=4 ttl=63 time=37.7 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=5 ttl=63 time=28.7 ms ...
To polecenie może się nie udać na hostach z Linuksem z powodu błędu "Name or service not known". Dzieje się tak, ponieważ polecenie ping nie rozpoznaje nazwy ot-host.local. za pomocą zapytań mDNS. Otwórz /etc/nsswitch.conf i dodaj mdns6_minimal do wiersza zaczynającego się od hosts:
hosts: files mdns4_minimal mdns6_minimal dns
Oczywiście zawsze możesz bezpośrednio pingować adres IPv6:
$ ping -6 fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 PING fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927(fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927) 56 data bytes 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=1 ttl=63 time=32.9 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=2 ttl=63 time=27.8 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=3 ttl=63 time=29.9 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=4 ttl=63 time=73.5 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=5 ttl=63 time=26.4 ms ...
7. Koniec publikacji usługi na urządzeniu
Aby usunąć adres i usługę zarejestrowane w węźle klienta SRP:
> srp client host remove Done
Usługa _ipps._tcp nie powinna być widoczna.
8. Gratulacje
Gratulacje! Udało Ci się skonfigurować OTBR jako router graniczny Thread, aby zapewnić dwukierunkową łączność IP i wykrywanie usług dla urządzeń końcowych Thread.
Co dalej?
Zapoznaj się z tymi ćwiczeniami z programowania…