1. מבוא
מהו נתב גבולות לשרשורים?
Thread הוא פרוטוקול של רשת אלחוטית מבוססת-IP עם צריכת אנרגיה נמוכה. פרוטוקול זה מאפשר תקשורת מאובטחת בין מכשירים לבין מכשירים לענן. רשתות שרשור יכולות להסתגל לשינויים בטופולוגיה כדי למנוע נקודת כשל אחת.
נתב גבולות מחבר מחבר רשת Thread לרשתות אחרות המבוססות על IP, כמו Wi-Fi או אתרנט. לרשת Thread נדרש נתב גבולות כדי להתחבר לרשתות אחרות. נתב גבולות Thread תומך באופן מינימלי בפונקציות הבאות:
- קישוריות IP דו-כיוונית בין פרוטוקול Thread לבין רשת Wi-Fi/Ethernet.
- גילוי שירותים דו-כיווניים באמצעות mDNS (בקישור Wi-Fi/Ethernet) ו-SRP (ברשת Thread).
- תשתית לשרשורי שרשורים שממזגת את מחיצות השרשור על סמך קישורים המבוססים על IP.
- הזמנת שרשורים חיצוניים (לדוגמה, טלפון נייד) לצורך אימות מכשיר Thread והצטרפות אליו לרשת Thread.
OpenThread Border Router (OTBR) שהושק על ידי Google הוא הטמעה של קוד פתוח של Thread Border Router.
מה תפַתחו
במעבדה הזו אתם מתכננים להגדיר נתב גבולות של Thread ולחבר את הטלפון הנייד אל מכשיר עם Thread End דרך נתב הגבולות.
מה תלמדו
- איך מגדירים OTBR
- איך ליצור רשת Thread עם OTBR
- איך לבנות מכשיר CLI של OpenThread עם התכונה SRP
- איך רושמים שירות באמצעות SRP
- איך למצוא מכשיר קצה Thread ולהגיע אליו.
מה הדרישות כדי להצטרף לתוכנית?
- מכשיר Rasperi Pi 3/4 וכרטיס SD עם נפח של 8 GB לפחות.
- 2 לוחות פיתוח נומריים למחצה nRF52840.
- AP של Wi-Fi ללא אפוטרופוס לפרסום נתב IPv6 מופעל בנתב.
- טלפון iOS עם מערכת הפעלה iOS 14 לפחות או Android עם גרסת Android 8.1 לפחות.
2. הגדרת OTBR
הגדרת פטל פאי
פשוט מגדירים מכשיר Raspery Pi חדש באמצעות הכלי rpi-imager. לשם כך, פועלים לפי ההוראות בכתובת raspneypi.org (במקום להשתמש במערכת ההפעלה העדכנית ביותר של Raspney Pi- , אבל מורידים את 2021-05-07-raspios-buster-armhf-lite בעצמכם). כדי להשלים את השלבים בטלפון הנייד ב-Codelab הזה, צריך לחבר את ה-Raspery Pi ל-Wi-Fi AP. יש לפעול לפי המדריך הזה כדי להגדיר קישוריות אלחוטית. קל להתחבר ל-Raspery Pi באמצעות SSH. אפשר למצוא הוראות כאן.
לקבלת קוד OTBR
מתחברים ל-Raspery Pi ומשכפלים את ot-br-posix מ-GitHub:
$ git clone https://github.com/openthread/ot-br-posix.git --depth 1
יצירה והתקנה של OTBR
ל-OTBR יש שני סקריפטים שמאתחלים ומגדירים את נתב הגבולות:
$ cd ot-br-posix $ ./script/bootstrap $ INFRA_IF_NAME=wlan0 ./script/setup
פרוטוקול OTBR פועל גם בממשק Thread וגם בממשק של רשת תשתית (למשל Wi-Fi/Ethernet) שמצוין ב-INFRA_IF_NAME. ממשק השרשור נוצר על ידי OTBR עצמו, בשם wpan0 כברירת מחדל, וממשק התשתית מקבל ערך ברירת מחדל של wlan0 אם לא צוין אחרת INFRA_IF_NAME. אם פטל פיי מחובר בכבל Ethernet, צריך לציין את השם של ממשק ה-Ethernet (למשל eth0):
$ INFRA_IF_NAME=eth0 ./script/setup
בדיקה אם OTBR מותקן בהצלחה:
$ 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)
צפוי ששירות otbr-agent לא יהיה פעיל, כי נדרש עבורו צ'יפ של RCP.
מפעילים מחדש את ה-Rasperi Pi כדי לבצע את השינויים.
יצירת קושחה ל-RCP
OTBR תומך בצ'יפ רדיו 15.4 במצב תחנת רדיו משותפת (RCP). במצב הזה, סטאק OpenThread פועל בצד המארח ומעביר/מקבל מסגרות באמצעות משדר ה-IEEE802.15.4.
יש לפעול לפי שלב 4 של יצירת רשת של Thread עם לוחות nRF52840 וקוד פתוח של Thread כדי לבנות ולהבליט מכשיר nRF52840 RCP:
$ script/build nrf52840 USB_trans
הפעלת OTBR ואימות הסטטוס
מחברים את לוח ה-nRF52840 ל-Raspney Pi ומתחילים את השירות otbr-agent:
$ sudo service otbr-agent restart
יש לוודא ששירות otbr-agent פעיל:
$ 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. יצירת רשת של Thread
יש פקודה ot-ctl שאפשר להשתמש בה כדי לשלוט בשירות otbr-agent. ot-ctl מקבל את כל פקודות CLI של Openthread, לפרטים נוספים אפשר לעיין במדריך OpenThread CLI.
יצירת רשת Thread עם OTBR:
$ 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
ממתינים כמה שניות, נוכל לראות ש-OTBR פועל כשרשור leader ושיש קידומת off-mesh-routable (OMR) בנתוני הרשת של השרשור:
$ 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. הגדרת מכשיר קצה של לקוח SRP
יצירת Flash ב-OT
פועלים לפי שלב 5 ברשת ליצירת שרשור עם לוחות nRF52840 וקוד פתוח של Thread כדי לבנות ולהבליט מכשיר קצה nRF52840 CLI.
עם זאת, במקום להפעיל את OT_COMMISSIONER ואת OT_JOINER, צומת ה-CLI מחייב תכונות OT_SRP_CLIENT ו-OT_ECDSA.
כך ההפעלה המלאה של ה-build אמורה להיראות כך:
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
הצטרפות לרשת OTBR
כדי להצטרף לרשת השרשורים שנוצרה על ידי השירות otbr-agent, עלינו לקבל את מערך הנתונים התפעולי הפעיל ממכשיר ה-OTBR. נחזור לשורת הפקודה otbr-agent ונקבל את מערך הנתונים הפעיל:
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
חוזרים לסשן מסך של צומת לקוח SRP ומגדירים את מערך הנתונים הפעיל:
> dataset set active 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
לאחר מכן, מתחילים את ממשק השרשור:
> ifconfig up Done > thread start Done
ממתינים מספר שניות ומוודאים שהצטרפות לרשת ה-thread הצליחה:
> 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
מוודאים שנתוני הרשת תואמים לנתונים המודפסים ב-OTBR. בשלב הזה אנחנו יכולים לשלוח פינג לכתובת ה-OMR של 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
5. פרסום השירות במכשיר הקצה
mDNS נמצא בשימוש נרחב בפרסום של שירות DNS-SD ב-link-local. עם זאת, הודעות מרובות-שידור צורכות יותר מדי רוחב פס, וכתוצאה מכך הסוללה מתרוקנת מהר. Thread משתמש בפרוטוקול SRP החד-פעמי כדי לרשום את השירותים שלהם בנתב הגבולות ומסתמך על נתב הגבולות כדי לפרסם את השירותים בקישור ה-Wi-Fi או ה-Ethernet.
אנו יכולים לרשום שירות באמצעות הפקודה srp client.
נכנסים לסשן של צומת לקוח SRP ומפעילים את לקוח SRP באופן אוטומטי:
> srp client autostart enable Done
הגדרת שם המארח שיפורסם בקישור ל-Wi-Fi/Ethernet:
> srp client host name ot-host Done
כדי שהמכשיר בקישור ה-Wi-Fi/Ethernet יגיע למכשיר קצה של Thread, צריך לפרסם את כתובת ה-OMR של המכשיר הסופי:
> srp client host address fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 Done
לסיום, רושמים שירות מזויף של _ipps._tcp:
> srp client service add ot-service _ipps._tcp 12345 Done
יש להמתין מספר שניות עד שנוכל לראות את השירות רשום:
> srp client service instance:"ot-service", name:"_ipps._tcp", state:Registered, port:12345, priority:0, weight:0 Done
השלמנו את כל שלבי ההגדרה והשירות של _ipps._tcp צריך להתפרסם בקישור ל-Wi-Fi/Ethernet. הגיע הזמן לגלות את המכשיר הסופי ולהגיע אליו!
6. היכרות עם השירות
גילוי השירות באמצעות טלפון נייד
אנחנו משתמשים באפליקציית דפדפן השירות כדי לגלות שירותי mDNS באמצעות טלפון Android. ניתן למצוא אפליקציה מקבילה גם למכשירי iOS. פותחים את האפליקציה והשירות _ipps._tcp אמור להופיע.
איך מגלים את השירות באמצעות מארח של Linux
אם ברצונך לגלות את השירות ממארח Linux אחר, אפשר להשתמש בפקודה avahi-browse.
התקנת האפליקציות avahi-daemon ו-avahi-utils:
$ sudo apt-get install -y avahi-daemon avahi-utils
משלימים את השירות:
$ 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 = [] ...
איך מגלים את השירות באמצעות מארח macOS
אפשר להשתמש במדיניות dns-sd ב-macOS כדי לפתור את הבעיה בשירות:
$ 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. פינג למכשיר הקצה
פינג מטלפון נייד
קחו את טלפון ה-Pixel כדוגמה. נוכל למצוא את כתובת ה-OMR של השירות שנרשמו בעבר בדף הפרטים של שירות השירות באפליקציה של דפדפן השירות.
עכשיו אנחנו יכולים לשלוח פינג לכתובת ה-OMR באמצעות אפליקציה אחרת לניתוח רשתות.
לצערנו, גרסת Android של אפליקציית ניתוח הרשת לא תומכת בשאילתות mDNS עבור כלי הפינג, ואנחנו לא יכולים לבצע פינג לשם המארח ot-host.local ישירות (אנחנו יכולים לשלוח פינג לשם המארח באמצעות גרסת ה-iOS של האפליקציה).
פינג ממארח Linux/macOS
Thread Border Router שולח מודעות ICMPv6 Router (RA) כדי לפרסם תחיליות (דרך קידומת של אפשרויות מידע) ומסלולים (דרך האפשרות Route Information) בקישור ה-Wi-Fi/Ethernet.
הכנת מארח של Linux
חשוב לוודא ש-RA ו-RIO מופעלים במארח:
- הערך של
net.ipv6.conf.wlan0.accept_raצריך להיות לפחות1אם ההגדרה 'העברת IP' לא מופעלת, ו-2אם היא לא מופעלת. net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plenלא יכול להיות קטן מ-64.
ברירת המחדל של accept_ra היא 1 לרוב ההפצות. עם זאת, ייתכן שיש daemons נוספים של רשתות שיחליפו את האפשרות הזו (לדוגמה, dhcpcd ב-Raspery Pi יחליף את accept_ra ל-0). אפשר לבדוק את הערך accept_ra עם:
$ sudo sysctl -n net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra 0
בנוסף, צריך להגדיר את הערך כ-1 (או כ-2 כשמפעילים העברה של כתובות IP) באמצעות:
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra=1 Net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra = 1
האפשרות accept_ra_rt_info_max_plen ברוב ההפצות של Linux מוגדרת כברירת מחדל בתור 0, עם ההגדרה 64 לערך הבא:
$ 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
השינוי יאבד לאחר הפעלה מחדש של המארח. לדוגמה, אפשר לצרף את הפקודות הבאות אל /etc/sysctl.conf כדי להפעיל RIO באופן סופי:
$ net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
ייתכן שיהיה מאוחר מדי לשנות את ההגדרות האלה, כי ה-OTBR כבר שלח הודעות RA. המרווח בין שתי הודעות RA לא רצויות יכול להיות כמה מאות שניות. אחת הדרכים היא להתנתק ולהתחבר מחדש ל-Wi-Fi AP כדי לשלוח הודעות שידול לנתב, כדי ש-OTBR יגיב עם RA שידולו. אפשרות נוספת היא להפעיל מחדש את הפונקציה 'ניתוב גבול' בנתב הגבולות:
$ sudo ot-ctl br disable Done $ sudo ot-ctl br enable Done
אם מנסים להתחבר מחדש ל-Wi-Fi או להפעיל מחדש את ממשק ה-Ethernet, צריך לוודא ש-dhcpcd לא משמשת לניהול רשת ה-Wi-Fi/Ethernet IPv6. מכיוון ש-dhcpc תמיד מבטלת את האפשרות accept_ra בכל פעם שהממשק מופעל מחדש, וההגדרה של accept_ra תאבד. הוספה של שורות מתחת לקובץ dhcpcd (למשל, /etc/dhcpcd.conf) כדי להשבית באופן מפורש את IPv6 ב-dhcpcd:
noipv6 noipv6rs
יש להפעיל מחדש כדי שהשינוי ייכנס לתוקף.
הכנת מארח macOS
שתי האפשרויות של accept_ra* מופעלות כברירת מחדל, אבל עליך לשדרג את המערכת ל-macOS Big Sur לפחות.
פינג לשם המארח או לכתובת IPv6
אנחנו יכולים עכשיו לבצע פינג לשם המארח ot-host.local באמצעות הפקודה ping -6 (ping6 ב-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 ...
הפקודה הזו עלולה להיכשל במארחי Linux עם השגיאה "Name or service not known". הסיבה לכך היא שהפקודה ping לא פותרת את השם של ot-host.local. באמצעות שאילתות mDNS. פותחים את /etc/nsswitch.conf ומוסיפים את mdns6_minimal לשורה שמתחילה ב-hosts:
hosts: files mdns4_minimal mdns6_minimal dns
כמובן שתמיד אפשר לשלוח פינג לכתובת ה-IPv6 באופן ישיר:
$ 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. ביטול הפרסום של המכשיר בביטול השירות
כדי להסיר את הכתובת והשירות הרשומים מצומת הלקוח SRP:
> srp client host remove Done
לא תהיה לך אפשרות לגלות את השירות של _ipps._tcp כרגע.
9. מזל טוב
הגדרת בהצלחה את OTBR כנתב Thread Border, כדי לספק קישוריות IP דו-כיוונית וזיהוי שירות למכשירי קצה של Thread.
מה השלב הבא?
בדקו כמה מ-Codelabs אלה...