1. 简介
什么是线程边界路由器？
Thread 是基于 IP 的低功耗无线网状网络协议，支持设备到设备和设备到云的安全通信。线程网络可以适应拓扑变化，以避免单点故障。
Thread Border（路由器边界路由器）会将 Thread 网络连接到其他基于 IP 的网络，例如 Wi-Fi 或以太网。Thread 网络需要边界路由器连接到其他网络。线程边界路由器至少支持以下功能：
- Thread 与 Wi-Fi/以太网之间的双向 IP 连接。
- 通过 mDNS（在 Wi-Fi/以太网链路上）和 SRP（在 Thread 网络上）实现双向服务发现。
- 线程型基础架构，通过基于 IP 的链接合并 Thread 分区。
- 外部线程调试（例如手机）进行身份验证，并将 Thread 设备加入 Thread 网络。
Google 发布的 OpenThread Border Router (OTBR) 是 Thread Border Router 的开源实现。
构建内容
在此 Codelab 中，您将设置线程边界路由器，并通过边界路由器将手机连接到线程终端设备。
学习内容
- 如何设置 OTBR
- 如何使用 OTBR 构建线程网络
- 如何使用 SRP 功能构建 OpenThread CLI 设备
- 如何使用 SRP 注册服务
- 如何发现并连接到 Thread 终端设备。
所需条件
- 一台 Raspberry Pi 3/4 设备和一张容量不低于 8 GB 的 SD 卡。
- 2 款北欧半导体 nRF52840 开发板。
- 路由器上未启用 IPv6 路由器通告保护的 Wi-Fi AP。
- 一部搭载 iOS 14 或以上版本且搭载 Android 8.1 的 Android 手机。
2. 设置 OTBR
设置 Raspberry Pi
您可以轻松使用 rpi-imager 工具设置新的 Raspberry Pi 设备，然后按照 raspberrypi.org 上的说明进行设置（不要在该工具中使用最新的 Raspberry Pi OS），自行下载 2021-05-07-raspios-buster-armhf-lite。要完成本 Codelab 中的手机步骤，您需要将 Raspberry Pi 连接到 Wi-Fi AP。按照此指南设置无线连接。使用 SSH 登录 Raspberry Pi 很方便，您可以点击此处查看相关说明。
获取 OTBR 代码
登录您的 Raspberry Pi 并从 GitHub 克隆 ot-br-posix：
$ git clone https://github.com/openthread/ot-br-posix.git --depth 1
构建和安装 OTBR
OTBR 有两个脚本，分别引导和设置线程边界路由器：
$ cd ot-br-posix $ ./script/bootstrap $ INFRA_IF_NAME=wlan0 ./script/setup
OTBR 可在线程接口和基础架构网络接口（例如 Wi-Fi/以太网）上使用，通过 INFRA_IF_NAME 指定。Thread 接口默认由 OTBR 创建，名为 wpan0。如果未明确指定 INFRA_IF_NAME，则基础架构接口的默认值为 wlan0。如果您的 Raspberry Pi 通过以太网线缆连接，请指定以太网接口名称（例如 eth0）：
$ INFRA_IF_NAME=eth0 ./script/setup
检查 OTBR 是否已成功安装：
$ 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)
otbr-agent 服务未启用，因为它需要 RCP 芯片才能运行。
重新启动 Raspberry Pi 以使更改生效。
构建和刷写 RCP 固件
OTBR 支持无线协处理器 (RCP) 模式下的 15.4 无线芯片。在此模式下，OpenThread 堆栈在主机端运行，并通过 IEEE802.15.4 收发器收发帧。
按照使用 nRF52840 开发板和 OpenThread 构建线程网络 Codelab 的第 4 步构建并刷写 nRF52840 RCP 设备：
$ script/build nrf52840 USB_trans
启动 OTBR 并验证状态
将 nRF52840 开发板连接到 Raspberry Pi 并启动 otbr-agent 服务：
$ sudo service otbr-agent restart
验证 otbr-agent 服务是否处于活动状态：
$ 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. 构建线程网络
有一个 ot-ctl 命令可用于控制 otbr-agent 服务。ot-ctl 接受所有 OpenThread CLI 命令。如需了解详情，请参阅 OpenThread CLI 指南。
使用 OTBR 构建线程网络：
$ 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
等待几秒钟，我们应该可以看到 OTBR 正在充当线程 leader，并且线程网络数据中有一个 off-mesh-routable (OMR) 前缀：
$ 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. 设置 SRP 客户端终端设备
构建和刷写 OT CLI
按照使用 nRF52840 开发板和 OpenThread 构建线程网络 Codelab 的第 5 步构建并刷写 nRF52840 CLI 终端设备。
不过，CLI 节点不是启用 OT_COMMISSIONER 和 OT_JOINER，而是需要使用 OT_SRP_CLIENT 和 OT_ECDSA 功能。
因此，完整的构建调用应如下所示：
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
加入 OTBR 网络
如需加入由 otbr-agent 服务创建的 Thread 网络，我们需要从 OTBR 设备获取活跃操作数据集。让我们返回到 otbr-agent 命令行并获取活跃数据集：
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
返回 SRP 客户端节点屏幕会话，并设置活跃数据集：
> dataset set active 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
然后，启动 Thread 接口：
> ifconfig up Done > thread start Done
等待几秒钟，并验证加入 Thread 网络是否成功：
> 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
请确保网络数据与 OTBR 中输出的网络数据一致。我们现在可以对 OTBR 的 OMR 地址执行 ping 操作：
> 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. 在最终用户设备上发布服务
mDNS 已广泛用于在链路本地上发布 DNS-SD 服务。但多播消息会消耗过多带宽，很快就会耗尽电池电量。Thread 使用单播 SRP 协议向边界路由器注册其服务，并依赖边界路由器通过 Wi-Fi 或以太网链路通告这些服务。
我们可以使用 srp client 命令注册服务。
转到 SRP 客户端节点屏幕会话，并自动启动 SRP 客户端：
> srp client autostart enable Done
设置将在 Wi-Fi/以太网链路上通告的主机名：
> srp client host name ot-host Done
要让 Wi-Fi/以太网链路到达连接 Thread 终端的设备，需要通告终端设备的 OMR 地址：
> srp client host address fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 Done
最后，注册虚构 _ipps._tcp 服务：
> srp client service add ot-service _ipps._tcp 12345 Done
几秒钟后，我们应该就可以看到已注册的服务了：
> srp client service instance:"ot-service", name:"_ipps._tcp", state:Registered, port:12345, priority:0, weight:0 Done
我们已完成所有设置工作，本应通过 Wi-Fi/以太网链接通告“_ipps._tcp”服务。立即发现并抵达最终设备！
6. 发现服务
使用手机探索服务
我们使用服务浏览器应用来探索 Android 手机中的 mDNS 服务。我们还为 iOS 移动设备提供了一个等效应用。打开应用，系统应该会显示 _ipps._tcp 服务。
通过 Linux 主机探索服务
如果您想从其他 Linux 主机发现该服务，可以使用 avahi-browse 命令。
安装 avahi-daemon 和 avahi-utils：
$ sudo apt-get install -y avahi-daemon avahi-utils
解析服务：
$ 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 = [] ...
通过 macOS 主机探索服务
您可以在 macOS 上使用 dns-sd 来解析服务：
$ 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. Ping 终端设备
通过手机执行 ping 操作
以 Pixel 手机为例，我们在 Service Browser 应用的服务实例的详细信息页面中发现了之前注册的服务“ot-service”的 OMR 地址。
我们现在可以使用其他网络分析器应用对 OMR 地址执行 ping 操作。
遗憾的是，Android 版网络分析器应用不支持 ping 实用程序的 mDNS 查询，并且我们无法直接 ping 主机名 ot-host.local（可以使用应用的 iOS 版本 ping 主机名）。
从 Linux/macOS 主机执行 ping 操作
线程边界路由器会发送 ICMPv6 路由器通告 (RA)，以便通过 Wi-Fi/以太网链路通告前缀（通过前缀信息选项）和路由（通过路由信息选项）。
准备 Linux 主机
请务必确保在主机上启用了 RA 和 RIO：
- 如果未启用 IP 转发，则
net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra应至少为1，否则为2。 net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen不得小于64。
对于大多数发行版，accept_ra 默认为 1。但可能还有其他网络守护程序将替换此选项（例如，Raspberry Pi 上的 dhcpcd 会将 accept_ra 替换为 0）。您可以使用以下命令检查 accept_ra 的值：
$ sudo sysctl -n net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra 0
然后，将该值设置为 1（如果是 IP 转发，则为 2）：
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra=1 Net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra = 1
对于大多数 Linux 发行版，accept_ra_rt_info_max_plen 选项默认为 0，请通过以下代码将其设置为 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
重新启动主机后，更改将会丢失。例如，将以下命令附加到 /etc/sysctl.conf 以永久启用 RIO：
$ net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
现在更改这些配置已经太晚了，因为 OTBR 已经发送了 RA 消息，并且两条未经请求的 RA 消息之间的时间间隔可能为几百秒。一种方法是断开连接并重新连接到 Wi-Fi AP，以发送路由器请求消息，以便 OTBR 以应求 RA 响应。另一种方法是在边界路由器上重启边界路由功能：
$ sudo ot-ctl br disable Done $ sudo ot-ctl br enable Done
如果您要尝试重新连接 Wi-Fi 或重启以太网接口，请确保没有使用 dhcpcd 管理 Wi-Fi/以太网 IPv6 网络。因为 dhcpcd 始终会在该接口重启时覆盖 accept_ra 选项，而且您的 accept_ra 配置将会丢失。将以下行附加到 dhcpcd 配置文件（例如 /etc/dhcpcd.conf）中，以在 dhcpcd 中明确停用 IPv6：
noipv6 noipv6rs
您需要重新启动，更改才能生效。
准备 macOS 主机
两个 accept_ra* 选项都默认处于启用状态，但您需要将系统升级为至少 macOS Big Sur。
Ping 主机名或 IPv6 地址
我们现在可以使用命令 ping -6（在 macOS 上为 ping6）对主机名 ot-host.local 执行 ping 操作：
$ 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 ...
此命令在 Linux 主机上可能会失败，并会显示 "Name or service not known" 错误。这是因为 ping 命令无法通过 mDNS 查询解析 ot-host.local. 名称。打开 /etc/nsswitch.conf 并将 mdns6_minimal 添加到以 hosts 开头的行：
hosts: files mdns4_minimal mdns6_minimal dns
当然，您可以随时 ping 通 IPv6 地址：
$ 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. 结束设备取消发布服务
如需移除在 SRP 客户端节点中注册的地址和服务，请执行以下操作：
> srp client host remove Done
您现在应该无法发现 _ipps._tcp 服务。
9. 恭喜
恭喜，您已成功将 OTBR 设置为线程边界路由器，以便为线程端设备提供双向 IP 连接和服务发现。
后续操作
查看下列 Codelab…