1. 簡介
什麼是 Thread？
Thread 是一種 IP 架構的低耗電無線網狀網路通訊協定，可實現安全的裝置對裝置和裝置對雲端通訊。Thread 網路可因應拓撲結構變更，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 Thread 邊界路由器？
Thread 邊界路由器可將 Thread 網路連線至其他 IP 網路，例如 Wi-Fi 或乙太網路。Thread 網路需要邊界路由器才能連線至其他網路。Thread 邊界路由器至少支援下列功能：
- Thread 和 Wi-Fi/乙太網路之間的雙向 IP 連線。
- 透過 mDNS (在 Wi-Fi/乙太網路連結上) 和 SRP (在 Thread 網路上) 進行雙向服務探索。
- 透過 IP 連結合併 Thread 分區的 Thread-over-infrastructure。
- 外部 Thread 委派 (例如手機)，用於驗證並將 Thread 裝置加入 Thread 網路。
Google 發布的 OpenThread Border Router (OTBR) 是 Thread 邊界路由器的開放原始碼實作項目。
建構項目
在本程式碼研究室中，您將設定 Thread 邊界路由器，並透過邊界路由器將手機連線至 Thread 端點裝置。
課程內容
- 如何設定 OTBR
- 如何使用 OTBR 建立 Thread 網路
- 如何建構具備 SRP 功能的 OpenThread CLI 裝置
- 如何透過 SRP 註冊服務
- 如何探索及連線至 Thread 端點裝置
軟硬體需求
- Linux 工作站，用於建構及刷新 Thread RCP、OpenThread CLI，以及測試 IPv6 多點傳送。
- 用於 Thread 邊界路由器的 Raspberry Pi。
- 2 個 Nordic Semiconductor nRF52840 USB 轉接器 (一個用於 RCP，另一個用於 Thread 端裝置)。
- 搭載 iOS 14 以上版本的 iOS 手機，或搭載 Android 8.1 以上版本的 Android 手機。
2. 設定 OTBR
如要快速設定 OTBR，請按照OTBR 設定指南操作。
OTBR 設定完成後，請使用 ot-ctl 驗證 OTBR 是否以 Thread leader 的形式運作。
$ sudo ot-ctl state leader Done
另外，請確認 OTBR 是否已在 Thread 網路資料中自動設定 off-mesh-routable (OMR) 前置字串。
$ 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. 設定 SRP 用戶端終端裝置
建構及刷新 OT CLI
請按照「使用 nRF52840 電路板和 OpenThread 建構 Thread 網路」程式碼研究室的步驟 5 建構並刷新 nRF52840 CLI 終端裝置。
不過，CLI 節點需要 OT_SRP_CLIENT 和 OT_ECDSA 功能，而非啟用 OT_COMMISSIONER 和 OT_JOINER。
因此，完整的建構作業叫用應如下所示：
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
加入 Thread 網路
如要加入 Thread 網路，我們需要從 OTBR 裝置取得 Active Operational Dataset。讓我們回到 ot-ctl，並取得有效的資料集：
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
返回 SRP 用戶端節點畫面工作階段，並設定有效資料集：
> dataset set active 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
然後啟動 Thread 介面：
> ifconfig up Done > thread start Done
請稍候幾秒鐘，然後確認是否已成功加入 Thread 網路：
> 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
請確認網路資料與 OTBR 上列印的資料相符。我們現在可以對 OTBR 的 OMR 位址執行 ping 作業：
> 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. 在終端裝置上發布服務
mDNS 已廣泛用於在連結區域中發布 DNS-SD 服務。但多播訊息會耗用過多頻寬，並且會快速耗盡低耗電裝置的電池。Thread 會使用單播 SRP 通訊協定，向邊界路由器註冊服務，並仰賴邊界路由器在 Wi-Fi 或乙太網路連結上宣傳服務。
我們可以使用 srp client 指令註冊服務。
前往 SRP 用戶端節點畫面工作階段，並自動啟動 SRP 用戶端：
> srp client autostart enable Done
設定將在 Wi-Fi/乙太網路連結中宣傳的主機名稱：
> srp client host name ot-host Done
如要讓 Wi-Fi/乙太網路連結中的裝置連上 Thread 終端裝置，就必須宣傳終端裝置的 OMR 位址：
> srp client host address fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 Done
最後，請註冊虛擬 _ipps._tcp 服務：
> srp client service add ot-service _ipps._tcp 12345 Done
請稍候片刻，我們應該會看到已註冊的服務：
> srp client service instance:"ot-service", name:"_ipps._tcp", state:Registered, port:12345, priority:0, weight:0 Done
我們已完成所有設定工作，_ipps._tcp 服務應已在 Wi-Fi/乙太網路連結上宣傳。是時候探索並接觸終端裝置了！
5. 探索服務
透過手機探索這項服務
我們使用 Service Browser 應用程式，透過 Android 手機找出 mDNS 服務。iOS 行動裝置也有同等應用程式。開啟應用程式，服務 _ipps._tcp 就會顯示。
透過 Linux 主機探索服務
如要從其他 Linux 主機探索服務，可以使用 avahi-browse 指令。
安裝 avahi-daemon 和 avahi-utils：
$ sudo apt-get install -y avahi-daemon avahi-utils
解析服務：
$ 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 = [] ...
透過 macOS 主機探索服務
您可以在 macOS 上使用 dns-sd 解決服務：
$ 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. 連線偵測 (ping) 終端裝置
透過手機執行 Ping 命令
以 Pixel 手機為例，我們可以在「Service Browser」應用程式中，查看服務例項的詳細資料頁面，找出先前註冊的服務「ot-service」的 OMR 位址。
我們現在可以使用其他 Network Analyzer 應用程式來 ping OMR 位址。
很抱歉，Android 版 Network Analyzer 應用程式不支援 ping 公用程式的 mDNS 查詢，因此我們無法直接對主機名稱 ot-host.local 執行 ping 作業 (我們可以使用 iOS 版應用程式對主機名稱執行 ping 作業)。
從 Linux/macOS 主機執行 Ping
Thread Border Router 會傳送 ICMPv6 Router Advertisements (RA)，在 Wi-Fi/乙太網路連線上宣傳前置字元 (透過「Prefix Information」選項) 和路徑 (透過「Route Information」選項)。
準備 Linux 主機
請務必確認主機已啟用 RA 和 RIO：
- 如果未啟用 IP 轉送，
net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra應至少為1；如果已啟用，則應為2。 net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen不得小於64。
在大多數發行版本中，accept_ra 的預設值為 1。但可能會有其他網路守護程序會覆寫這個選項 (例如，Raspberry Pi 上的 dhcpcd 會將 accept_ra 覆寫為 0)。您可以使用下列方法檢查 accept_ra 值：
$ sudo sysctl -n net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra 0
並將值設為 1 (如果啟用 IP 轉送，則為 2)，如下所示：
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra=1 Net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra = 1
大多數 Linux 發行版本的 accept_ra_rt_info_max_plen 選項預設為 0，請使用以下指令將其設為 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
重新啟動主機後，變更內容就會遺失。舉例來說，您可以將下列指令附加至 /etc/sysctl.conf，永久啟用 RIO：
$ net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
由於 OTBR 已傳送 RA 訊息，且兩次非自願 RA 訊息之間的間隔可能長達數百秒，因此可能已太晚變更這些設定。其中一種方法是斷開並重新連線至 Wi-Fi AP，以便傳送路由器要求訊息，讓 OTBR 回覆要求的 RA。另一個選項是在邊界路由器上重新啟動邊界路由功能：
$ sudo ot-ctl br disable Done $ sudo ot-ctl br enable Done
如果您要重新連線至 Wi-Fi 或重新啟動乙太網路介面，請確認 dhcpcd 未用於管理 Wi-Fi/乙太網路 IPv6 網路。因為 dhcpcd 每次重新啟動介面時，都會覆寫 accept_ra 選項，因此 accept_ra 設定會遺失。將下列行附加至 dhcpcd 設定檔 (例如 /etc/dhcpcd.conf)，即可明確停用 dhcpcd 中的 IPv6：
noipv6 noipv6rs
您必須重新啟動裝置，變更才會生效。
準備 macOS 主機
系統預設會啟用這兩個 accept_ra* 選項，但您必須將系統升級至至少 macOS Big Sur。
對主機名稱或 IPv6 位址執行連線偵測 (ping)
我們現在可以使用 ping -6 指令 (ping6 適用於 macOS) 來 ping 主機名稱 ot-host.local：
$ 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 ...
這個指令在 Linux 主機上執行時，可能會發生 "Name or service not known" 錯誤。這是因為 ping 指令並未使用 mDNS 查詢來解析 ot-host.local. 名稱。開啟 /etc/nsswitch.conf，並在以 hosts 開頭的行中新增 mdns6_minimal：
hosts: files mdns4_minimal mdns6_minimal dns
當然，您也可以直接對 IPv6 位址執行 ping 作業：
$ 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. 結束裝置取消發布服務
如要從 SRP 用戶端節點移除已註冊的地址和服務，請按照下列步驟操作：
> srp client host remove Done
您現在「不應」能夠探索 _ipps._tcp 服務。
8. 恭喜
恭喜，你已成功將 OTBR 設為 Thread 邊界路由器，為 Thread 終端裝置提供雙向 IP 連線和服務探索功能。
後續步驟
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