1) Einführung
Was ist ein Thread-Border-Router?
Thread ist ein IP-basiertes drahtloses Mesh-Netzwerkprotokoll mit geringem Stromverbrauch, das eine sichere Kommunikation zwischen Geräten und Clouds ermöglicht. Thread-Netzwerke können sich an Topologieänderungen anpassen, um Single Point of Failure zu vermeiden.
Ein Thread-Border-Router verbindet ein Thread-Netzwerk mit anderen IP-basierten Netzwerken wie WLAN oder Ethernet. Für ein Thread-Netzwerk ist ein Border-Router erforderlich, um eine Verbindung zu anderen Netzwerken herzustellen. Ein Thread-Border-Router unterstützt mindestens die folgenden Funktionen:
- Bidirektionale IP-Verbindung zwischen Thread- und WLAN-/Ethernet-Netzwerken.
- Bidirektionale Diensterkennung über mDNS (WLAN-/Ethernet-Link) und SRP (Thread-Netzwerk).
- Thread-over-Infrastruktur, die Thread-Partitionen über IP-basierte Links verbindet.
- Externe Thread-Inbetriebnahme (z. B. ein Smartphone), um sich zu authentifizieren und ein Thread-Gerät mit einem Thread-Netzwerk zu verbinden.
Der von Google veröffentlichte OpenThread Border Router (OTBR) ist eine Open-Source-Implementierung des Thread-Border-Routers.
Entwicklung
In diesem Codelab richten Sie einen Thread-Border-Router ein und verbinden Ihr Smartphone über den Border-Router mit einem Thread-Endgerät.
Lerninhalte
- OTBR einrichten
- So erstellen Sie ein Thread-Netzwerk mit OTBR
- OpenThread CLI-Gerät mit dem SRP-Feature erstellen
- Dienst bei SRP registrieren
- Thread-Endgeräte finden und erreichen
Voraussetzungen
- Ein Raspberry Pi 3/4-Gerät und eine SD-Karte mit mindestens 8 GB Kapazität.
- 2 Nordic Semiconductor nRF52840 Entwicklerplatten.
- Ein WLAN-ZP, bei dem IPv6 Router Advertising Guard nicht auf dem Router aktiviert ist.
- Ein iOS-Smartphone mit iOS 14 oder Android 8.1 oder höher.
2. OTBR einrichten
Raspberry Pi einrichten
Mit dem rpi-imager-Tool können Sie ganz einfach ein neues Raspberry Pi-Gerät einrichten. Folgen Sie dazu der Anleitung auf raspberrypi.org. Statt das neueste Raspberry Pi OS im Tool zu verwenden, laden Sie 2021-05-07-raspios-buster-armhf-lite selbst herunter. Um die Schritte für Mobilgeräte in diesem Codelab abzuschließen, müssen Sie den Raspberry Pi mit einem WLAN-AP verbinden. Folgen Sie dieser Anleitung, um eine drahtlose Verbindung einzurichten. Wir empfehlen Ihnen, sich mit SSH im Raspberry Pi anzumelden. Hier finden Sie die Anleitung.
OTBR-Code abrufen
Melden Sie sich bei Ihrem Raspberry Pi an und klonen Sie ot-br-posix von GitHub:
$ git clone https://github.com/openthread/ot-br-posix.git --depth 1
OTBR erstellen und installieren
OTBR verfügt über zwei Skripts, die den Thread-Border-Router überstrahlen und einrichten:
$ cd ot-br-posix $ ./script/bootstrap $ INFRA_IF_NAME=wlan0 ./script/setup
OTBR funktioniert sowohl mit einer Thread-Schnittstelle als auch mit einer Netzwerk-Netzwerkschnittstelle (z.B. WLAN/Ethernet), die mit INFRA_IF_NAME angegeben wird. Die Thread-Schnittstelle wird von OTBR selbst erstellt und standardmäßig mit wpan0 benannt. Die Infrastrukturschnittstelle hat den Standardwert wlan0, wenn INFRA_IF_NAME nicht ausdrücklich angegeben ist. Wenn der Raspberry Pi über ein Ethernetkabel verbunden ist, geben Sie den Ethernet-Schnittstellennamen an (z.B. eth0):
$ INFRA_IF_NAME=eth0 ./script/setup
Prüfen Sie, ob OTBR erfolgreich installiert wurde:
$ sudo service otbr-agent status ● otbr-agent.service - Border Router Agent Loaded: loaded (/lib/systemd/system/otbr-agent.service; enabled; vendor preset: enabled) Active: activating (auto-restart) (Result: exit-code) since Mon 2021-03-01 05:43:38 GMT; 2s ago Process: 2444 ExecStart=/usr/sbin/otbr-agent $OTBR_AGENT_OPTS (code=exited, status=2) Main PID: 2444 (code=exited, status=2)
Es wird erwartet, dass der otbr-agent-Dienst nicht aktiv ist, da er einen RCP-Chip benötigt.
Starten Sie den Raspberry Pi neu, um die Änderungen zu übernehmen.
RCP-Firmware erstellen und Flash ausführen
OTBR unterstützt einen 15,4-Radio-Chip im Radio Co-Processor (RCP)-Modus. In diesem Modus wird der OpenThread-Stack auf der Hostseite ausgeführt und sendet/empfangen Frames über den IEEE802.15.4-Transceiver.
Führen Sie Schritt 4 des Builds eines Thread-Netzwerks mit nRF52840-Boards und OpenThread-Codelab aus, um ein nRF52840 RCP-Gerät zu erstellen und zu blinken:
$ script/build nrf52840 USB_trans
OTBR starten und Status prüfen
Verbinden Sie das nRF52840-Board mit Ihrem Raspberry Pi und starten Sie den Dienst otbr-agent:
$ sudo service otbr-agent restart
Prüfen Sie, ob der otbr-agent-Dienst aktiv ist:
$ sudo service otbr-agent status
● otbr-agent.service - Border Router Agent
Loaded: loaded (/lib/systemd/system/otbr-agent.service; enabled; vendor preset: enabled)
Active: active (running) since Mon 2021-03-01 05:46:26 GMT; 2s ago
Main PID: 2997 (otbr-agent)
Tasks: 1 (limit: 4915)
CGroup: /system.slice/otbr-agent.service
└─2997 /usr/sbin/otbr-agent -I wpan0 -B wlan0 spinel+hdlc+uart:///dev/ttyACM0
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: Stop publishing service
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: [adproxy] Stopped
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: PSKc is not initialized
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: Check if PSKc is initialized: OK
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: Initialize OpenThread Border Router Agent: OK
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: Border router agent started.
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: [INFO]-CORE----: Notifier: StateChanged (0x00038200) [NetData PanId NetName ExtPanId]
Mar 01 05:46:26 raspberrypi otbr-agent[2997]: [INFO]-PLAT----: Host netif is down
3. Thread-Netzwerk bilden
Es gibt einen ot-ctl-Befehl, mit dem der otbr-agent-Dienst gesteuert werden kann. ot-ctl akzeptiert alle OpenCLI-Befehlszeilenbefehle. Weitere Informationen finden Sie im OpenThread CLI Guide.
Thread-Netzwerk mit OTBR erstellen:
$ sudo ot-ctl dataset init new Done $ sudo ot-ctl dataset commit active Done $ sudo ot-ctl ifconfig up Done $ sudo ot-ctl thread start Done
Warten Sie einige Sekunden. Wir sollten sehen, dass OTBR als Thread leader fungiert und in den Thread-Netzwerkdaten das Präfix off-mesh-routable (OMR) steht:
$ sudo ot-ctl state leader Done $ 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
4. SRP-Client-Endgerät einrichten
OT CLI erstellen und Flash ausführen
Führen Sie Schritt 5 des Builds eines Thread-Netzwerks mit nRF52840-Boards und OpenThread-Codelab aus, um ein nRF52840 CLI-Endgerät zu erstellen und zu blinken.
Anstatt OT_COMMISSIONER und OT_JOINER aktiviert zu sein, sind für den CLI-Knoten allerdings die Features OT_SRP_CLIENT und OT_ECDSA erforderlich.
Der vollständige Build-Aufruf sollte also so aussehen:
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
Dem OTBR-Netzwerk beitreten
Zur Verbindung mit dem vom Dienst otbr-agent erstellten Thread-Netzwerk muss das Active Operational Dataset vom OTBR-Gerät abgerufen werden. Kehren wir zurück zur Befehlszeile otbr-agent zurück, um das aktive Dataset abzurufen:
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
Kehren Sie zur Bildschirmsitzung des SRP-Clientknotens zurück und legen Sie das aktive Dataset fest:
> dataset set active 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
Starten Sie dann die Thread-Oberfläche:
> ifconfig up Done > thread start Done
Warten Sie einige Sekunden und prüfen Sie, ob die Verbindung zum Thread-Netzwerk erfolgreich war:
> 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
Die Netzwerkdaten müssen mit den Netzwerkdaten übereinstimmen, die auf OTBR gedruckt werden. Wir können jetzt die OMR-Adresse von OTBR kontaktieren:
> 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
5. Dienst auf dem Endgerät veröffentlichen
mDNS wird häufig zur Veröffentlichung von DNS-SD-Diensten auf Link-Local verwendet. Multicast-Nachrichten verbrauchen jedoch zu viel Bandbreite und verbrauchen den Akku für Geräte mit geringem Stromverbrauch schnell. Thread verwendet das Unicast-SRP-Protokoll, um die Dienste beim Border Router zu registrieren. Für die Werbung der Dienste über den WLAN- oder Ethernet-Link nutzt sie den Border-Router.
Mit dem Befehl srp client können wir einen Dienst registrieren.
Rufen Sie die Bildschirmsitzung für den SRP-Clientknoten auf und starten Sie den SRP-Client automatisch:
> srp client autostart enable Done
Legen Sie den Hostnamen fest, der über den WLAN-/Ethernet-Link beworben wird:
> srp client host name ot-host Done
Damit ein Gerät über den WLAN-/Ethernet-Link ein Thread-Endgerät erreichen kann, muss die OMR-Adresse des Endgeräts beworben werden:
> srp client host address fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 Done
Registriere am Ende einen gefälschten _ipps._tcp-Dienst:
> srp client service add ot-service _ipps._tcp 12345 Done
Warten Sie einige Sekunden, damit der Dienst registriert werden kann:
> srp client service instance:"ot-service", name:"_ipps._tcp", state:Registered, port:12345, priority:0, weight:0 Done
Die Einrichtung war abgeschlossen und der _ipps._tcp-Dienst sollte über den WLAN-/Ethernet-Link beworben werden. Es ist Zeit, das Endgerät zu finden und zu erreichen.
6. Dienst ansehen
Den Dienst mit einem Smartphone entdecken
Wir verwenden die Service Browser App, um mDNS-Dienste mit dem Android-Smartphone zu erkennen. Eine äquivalente App kann auch für iOS-Mobilgeräte gefunden werden. Öffne die App. Dann sollte der Dienst _ipps._tcp angezeigt werden.
Dienst mit einem Linux-Host entdecken
Wenn Sie den Dienst von einem anderen Linux-Host herausfinden möchten, können Sie den Befehl avahi-browse verwenden.
Installieren Sie avahi-daemon und avahi-utils:
$ sudo apt-get install -y avahi-daemon avahi-utils
Beheben Sie den Dienst:
$ 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 = [] ...
Dienst mit einem macOS-Host entdecken
Sie können dns-sd unter macOS verwenden, um den Dienst aufzulösen:
$ 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 "" ...
7. Endgerät pingen
Benachrichtigungen von einem Smartphone senden
Als Beispiel finden wir die OMR-Adresse des zuvor registrierten Dienstes „ot-service“ von Pixel in der Service Browser App auf der Detailseite der Dienstinstanz.
Wir können die OMR-Adresse jetzt mit einer anderen Network Analyzer-App kontaktieren.
Leider unterstützt die Android-Version der Network Analyzer App keine mDNS-Abfragen für das Ping-Dienstprogramm und wir können den Hostnamen ot-host.local nicht direkt anpingen. Wir können den Hostnamen jedoch mit der iOS-Version der App kontaktieren.
Ping von einem Linux-/macOS-Host
Der Thread-Border-Router sendet ICMPv6-Router-Anzeigen (RA) zum Bewerben von Präfixen (über die Option für Präfixinformationen) und Routen (über die Option für Routeninformationen) über den WLAN-/Ethernet-Link.
Linux-Host vorbereiten
Achten Sie darauf, dass RA und RIO auf Ihrem Host aktiviert sind:
net.ipv6.conf.wlan0.accept_rasollte mindestens1betragen, wenn die IP-Weiterleitung nicht aktiviert ist, andernfalls2.net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plendarf nicht kleiner als64sein.
accept_ra ist für die meisten Distributionen auf 1 gesetzt. Möglicherweise gibt es aber andere Netzwerk-Daemons, die diese Option überschreiben (z. B. überschreiben dhcpcd auf Raspberry Pi accept_ra auf 0). Sie können den accept_ra-Wert mit folgendem Befehl prüfen:
$ sudo sysctl -n net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra 0
Setzen Sie den Wert auf 1 (oder 2, wenn die IP-Weiterleitung aktiviert ist):
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra=1 Net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra = 1
Die Option accept_ra_rt_info_max_plen ist bei den meisten Linux-Distributionen standardmäßig auf 0 eingestellt und muss auf 64 gesetzt werden:
$ 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
Die Änderung geht nach dem Neustart des Hosts verloren. Fügen Sie beispielsweise die folgenden Befehle an /etc/sysctl.conf an, um RIO dauerhaft zu aktivieren:
$ net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
Es ist möglicherweise zu spät, diese Konfigurationen zu ändern, da der OTBR bereits RA-Nachrichten gesendet hat und das Intervall zwischen zwei nicht angeforderten RA-Nachrichten mehrere hundert Sekunden betragen kann. Eine Möglichkeit besteht darin, die Verbindung zum Wi-Fi AP zu trennen und wieder zu verbinden, um Router-Anfragenachrichten zu senden, damit OTBR mit den angeforderten RAs antwortet. Sie können die Border Routing-Funktion auch auf dem Border-Router neu starten:
$ sudo ot-ctl br disable Done $ sudo ot-ctl br enable Done
Wenn Sie versuchen, das WLAN wieder zu verbinden oder eine Ethernet-Schnittstelle neu zu starten, achten Sie darauf, dass dhcpcd nicht für die Verwaltung Ihres WLAN-/Ethernet-IPv6-Netzwerks verwendet wird. Da „dhcpcd“ jedes Mal die Option accept_ra überschreibt, wenn die Benutzeroberfläche neu gestartet wird und Ihre accept_ra-Konfiguration verloren geht. Hängen Sie die folgenden Zeilen an die dhcpcd-Konfigurationsdatei an (z.B. /etc/dhcpcd.conf), um IPv6 in dhcpcd explizit zu deaktivieren:
noipv6 noipv6rs
Sie müssen das Gerät neu starten, damit die Änderung wirksam wird.
macOS-Host vorbereiten
Beide accept_ra*-Optionen sind standardmäßig aktiviert. Du musst dein System aber auf mindestens macOS Big Sur aktualisieren.
Hostname oder IPv6-Adresse kontaktieren
Wir können jetzt den Hostnamen ot-host.local mit dem Befehl ping -6 (ping6 unter macOS) kontaktieren:
$ 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 ...
Dieser Befehl kann auf Linux-Hosts mit dem Fehler "Name or service not known" fehlschlagen. Das liegt daran, dass der Befehl ping den Namen ot-host.local. nicht mit mDNS-Abfragen aufgelöst. Öffnen Sie /etc/nsswitch.conf und fügen Sie mdns6_minimal der Zeile hinzu, die mit hosts beginnt:
hosts: files mdns4_minimal mdns6_minimal dns
Natürlich können Sie die IPv6-Adresse auch jederzeit direkt anpingen:
$ 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 ...
8. Veröffentlichung des Dienstes auf Gerät beenden
So entfernen Sie die vom SRP-Clientknoten registrierte Adresse und den Dienst:
> srp client host remove Done
Sie sollten den Dienst _ipps._tcp jetzt nicht finden können.
9. Glückwunsch
Glückwunsch. Sie haben OTBR als Thread-Border-Router eingerichtet, um bidirektionale IP-Verbindungen und Diensterkennung für Thread-Endgeräte bereitzustellen.
Was liegt als Nächstes an?
Sehen Sie sich einige dieser Codelabs an...