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使用 nRF52840 开发板和 OpenThread 构建 Thread 网络

1. 简介

Google 发布的 OpenThread 是 Thread® 网络协议的开源实现。Google Nest 发布了 OpenThread，供开发者广泛使用 Nest 产品中使用的技术，以加快智能家居产品开发速度。

线程规范为家庭应用定义了基于 IPv6 的可靠、安全、低功耗无线设备到设备通信协议。OpenThread 实现了所有 Thread 网络层，包括 IPv6、6LoWPAN、IEEE 802.15.4，以及 MAC 安全机制、网格链路建立服务和网格路由。

在此 Codelab 中，您将在真实硬件上编程 OpenThread、创建和管理 Thread 网络，以及在节点之间传递消息。

学习内容

构建 OpenThread CLI 二进制文件并将其刷写到开发板
构建由 Linux 机器和开发板组成的 RCP
使用 OpenThread 守护程序和 ot-ctl 与 RCP 通信
使用 GNU Screen 和 OpenThread CLI 手动管理线程节点
在 Thread 网络上安全调试设备
IPv6 多播的工作原理
使用 UDP 在线程节点之间传递消息

所需条件

硬件：

3 款北欧半导体 nRF52840 开发板
3 根 USB 转 Micro USB 线缆，用于连接开发板
具有至少 3 个 USB 端口的 Linux 机器

软件：

GNU 工具链
Nordic nRF5x 命令行工具
Segger J-Link 软件
OpenThread
Git

2. 使用入门

OpenThread 模拟

在开始之前，您可能需要浏览 OpenThread 模拟 Codelab，熟悉 Thread 的基本概念和 OpenThread CLI。

串行端口终端

你应熟悉如何通过终端连接到串行端口。此 Codelab 使用 GNU Screen 并提供使用情况概览，但你也可以使用其他终端软件。

Linux 机器

此 Codelab 旨在使用基于 i386 或 x86 的 Linux 机器充当无线协处理器 (RCP) Thread 设备的主机，并刷写所有 Thread 开发板。所有步骤已在 Ubuntu 14.04.5 LTS (Trusty Tahr) 上进行了测试。

北欧半导体 nRF52840 开发板

此 Codelab 使用了三个 nRF52840 PDK 板。

安装 SEGGER J-Link

我们使用 SEGGER J-Link 对 nRF52840 开发板进行编程，该开发板具有板载 JTAG 模块。在您的 Linux 计算机上安装该工具。

下载适合您的机器的软件包，并将其安装到正确的位置。在 Linux 上，则为 /opt/SEGGER/JLink。

安装 nRF5x 命令行工具

nRF5x 命令行工具可让您将 OpenThread 二进制文件刷写到 nRF52840 开发板。在 Linux 计算机上安装相应的 nRF5x-Command-Line-Tools-<OS> build。

将提取的软件包放在根文件夹 ~/ 中

安装 ARM GNU 工具链

ARM GNU 工具链用于构建。

我们建议将提取的归档文件放在 Linux 计算机上的 /opt/gnu-mcu-eclipse/arm-none-eabi-gcc/ 中。如需安装说明，请按照归档文件的 readme.txt 文件中的说明操作。

安装屏幕（可选）

屏幕是访问通过串行端口连接的设备的简单工具。此 Codelab 使用“屏幕”功能，但您可以根据需要使用任何串行端口终端应用。

$ sudo apt-get install screen

3. 克隆代码库

OpenThread

克隆和安装 OpenThread。script/bootstrap 命令可确保工具链已安装并且环境配置正确：

$ mkdir -p ~/src
$ cd ~/src
$ git clone --recursive https://github.com/openthread/openthread.git
$ cd openthread
$ ./script/bootstrap

构建 OpenThread 守护程序：

$ script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON

现在，您可以构建 OpenThread 并将其刷写到 nRF52840 开发板了。

4. 设置 RCP 连接器

构建和刷写

使用 Joiner 和原生 USB 功能构建 OpenThread nRF52840 示例。设备使用 Joiner 角色安全地在 Thread 网络上进行身份验证和委托。原生 USB 支持将 USB CDC ACM 用作 nRF52840 与主机之间的串行传输。

请务必通过运行 rm -rf build 先清理先前 build 的代码库。

$ cd ~/src
$ git clone --recursive https://github.com/openthread/ot-nrf528xx.git
$ cd ot-nrf528xx
$ script/build nrf52840 USB_trans

导航到包含 OpenThread RCP 二进制文件的目录，并将其转换为十六进制格式：

$ cd ~/src/ot-nrf528xx/build/bin
$ arm-none-eabi-objcopy -O ihex ot-rcp ot-rcp.hex

将 USB 线连接到 nRF52840 开发板上外部电源引脚旁边的 Micro-USB 调试端口，然后将其插入 Linux 机器。将 nRF52840 开发板上的 nRF 电源开关设置为 VDD。正确连接后，LED5 将处于开启状态。

如果这是第一块连接到 Linux 计算机的开发板，它会显示为串行端口 /dev/ttyACM0（所有 nRF52840 开发板均使用 ttyACM 作为串行端口标识符）。

$ ls /dev/ttyACM*
/dev/ttyACM0

请注意，用于 RCP 的 nRF52840 开发板的序列号：

找到 nRFx 命令行工具的位置，然后使用主板的序列号将 OpenThread RCP 十六进制文件刷写到 nRF52840 开发板上。请注意，如果您省略 --verify 标志，系统会显示一条警告消息，告诉您闪光灯进程可能会失败，且不会出现错误。

$ cd ~/nrfjprog/
$ ./nrfjprog -f nrf52 -s 683704924  --verify --chiperase --program \
       ~/src/ot-nrf528xx/build/bin/ot-rcp.hex --reset

成功生成后，将生成以下输出：

Parsing hex file.
Erasing user available code and UICR flash areas.
Applying system reset.
Checking that the area to write is not protected.
Programing device.
Applying system reset.
Run.

将开发板标记为“RCP”，以免日后混淆板级角色。

连接到原生 USB

由于 OpenThread RCP build 支持将原生 USB CDC ACM 用作串行传输，因此您必须使用 nRF52840 开发板上的 nRF USB 端口与 RCP 主机（Linux 机器）通信。

将 USB 线的 Micro USB 端与刷写的 nRF52840 开发板的调试端口分离，然后重新连接到 RESET 按钮旁边的 Micro-USB nRF USB 端口。将 nRF 电源开关设置为 USB。

启动 OpenThread 守护程序

在 RCP 设计中，使用 OpenThread 守护程序与 Thread 设备进行通信和管理。启动带有 -v 详细标志的 ot-daemon，以便查看日志输出并确认其正在运行：

$ cd ~/src/openthread
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-daemon -v \
    'spinel+hdlc+uart:///dev/ttyACM0?uart-baudrate=115200'

成功后，详细模式下的 ot-daemon 会生成类似于以下内容的输出：

ot-daemon[12463]: Running OPENTHREAD/thread-reference-20200818-1938-g0f10480ed; POSIX; Aug 30 2022 10:55:05
ot-daemon[12463]: Thread version: 4
ot-daemon[12463]: Thread interface: wpan0
ot-daemon[12463]: RCP version: OPENTHREAD/thread-reference-20200818-1938-g0f10480ed; SIMULATION; Aug 30 2022 10:54:10

请让此终端窗口保持打开状态，以便您可以查看来自 ot-daemon 的日志。

使用 ot-ctl 与 RCP 节点进行通信。ot-ctl 使用与 OpenThread CLI 应用相同的 CLI。因此，您可以使用与模拟其他 Thread 设备相同的方式控制 ot-daemon 节点。

在第二个终端窗口中，启动 ot-ctl：

$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-ctl
>

检查您使用 ot-daemon 启动的节点 2（RCP 节点）的 state：

> state
disabled
Done

5. 设置 FTD

此 Codelab 中使用的另外两个线程节点是采用标准系统芯片 (SoC) 设计的全线程设备 (FTD)。在生产环境设置中，可以使用 wpantund（生产级网络接口驱动程序）来控制 OpenThread NCP 实例，但在此 Codelab 中，我们将使用 OpenThread CLI ot-ctl。

其中一个设备充当调试器，用于安全地对设备连接到该网络进行身份验证和调试。其他设备充当连接器，让调试器能够向 Thread 网络进行身份验证。

构建和刷写

为 nRF52840 平台构建 OpenThread FTD 示例，同时启用“ Commissioner”和“Joiner”角色：

$ cd ~/src/ot-nrf528xx
$ rm -rf build
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_JOINER=ON -DOT_COMMISSIONER=ON

转到包含 OpenThread 全线程设备 (FTD) CLI 二进制文件的目录，并将其转换为十六进制格式：

$ cd ~/src/ot-nrf528xx/build/bin
$ arm-none-eabi-objcopy -O ihex ot-cli-ftd ot-cli-ftd.hex

将 USB 线连接到 nRF52840 开发板上外部电源引脚旁边的 Micro USB 端口，然后将其插入 Linux 机器。如果 RCP 仍挂接到 Linux 机器，则此新开发板应显示为串行端口 /dev/ttyACM1（所有 nRF52840 开发板均使用 ttyACM 作为串行端口标识符）。

$ ls /dev/ttyACM*
/dev/ttyACM0  /dev/ttyACM1

与之前一样，请注意用于 FTD 的 nRF52840 开发板的序列号：

导航到 nRFx 命令行工具的位置，并使用主板的序列号将 OpenThread CLI FTD 十六进制文件刷写到 nRF52840 开发板上：

$ cd ~/nrfjprog/
$ ./nrfjprog -f nrf52 -s 683704924 --verify --chiperase --program \
       ~/src/ot-nrf528xx/build/bin/ot-cli-ftd.hex --reset

将 Jamboard 标记为“Commissioner”。

连接到原生 USB

由于 OpenThread FTD build 支持将原生 USB CDC ACM 用作串行传输，因此您必须使用 nRF52840 开发板上的 nRF USB 端口与 RCP 主机（Linux 机器）通信。

验证 build

在终端窗口中使用 GNU 屏幕访问 OpenThread CLI 以验证构建是否成功。nRF52840 开发板的波特率为 115200。

$ screen /dev/ttyACM1 115200

在新窗口中，按键盘上的 Return 键多次打开 OpenThread CLI > 提示。启动 IPv6 接口并检查地址：

> ifconfig up
Done
> ipaddr
fe80:0:0:0:1cd6:87a9:cb9d:4b1d
Done

按 Ctrl+a →

d 从 FTD 调试器 CLI 屏幕分离并返回 Linux 终端，以便可以刷写下一个开发板。如需随时重新输入 CLI，请在命令行中使用 screen -r。如需查看可用屏幕的列表，请使用 screen -ls：

$ screen -ls
There is a screen on:
        74182.ttys000.mylinuxmachine        (Detached)
1 Socket in /tmp/uscreens/S-username.

设置 FTD 联接器

使用现有的 ot-cli-ftd.hex build 重复上述流程，刷写第三个 nRF52840 开发板。完成后，请务必使用 nRF USB 端口将板重新连接到 PC，并将 nRF 电源开关设置为 VDD。

如果另外三个节点在连接第三开发板时连接到 Linux 计算机，那么它应显示为串行端口 /dev/ttyACM2：

$ ls /dev/ttyACM*
/dev/ttyACM0  /dev/ttyACM1  /dev/ttyACM2

将 Jamboard 标记为“Joiner”。

使用 Screen 进行验证时，请不要从命令行创建新 Screen 实例，而是重新附加到现有 Screen 并在其内新建一个窗口（用于 FTD 调试器）：

$ screen -r

使用 Ctrl+a → c 在屏幕中创建新窗口。

系统会显示一个新的命令行提示符。访问 FTD 联接程序的 OpenThread CLI：

$ screen /dev/ttyACM2 115200

在此新窗口中，按键盘上的 Return 键多次打开 OpenThread CLI > 提示。启动 IPv6 接口并检查地址：

> ifconfig up
Done
> ipaddr
fe80:0:0:0:6c1e:87a2:df05:c240
Done

现在，FTD 联接 CLI 与 FTD 调试器处于同一屏幕实例中，您可以使用 Ctrl+a → n 在它们之间切换。

按 Ctrl+a →

d 以退出屏幕。

6. 终端窗口设置

今后，您将在 Thread 设备之间频繁切换，因此，请确保所有此类设备都在运行且可轻松访问。到目前为止，我们一直在使用 Screen 访问这两个 FTD，此工具还允许在同一终端窗口上分屏。使用此方法可以了解一个节点如何响应另一个节点发出的命令。

理想情况下，您应该有四个可用的窗口：

ot-daemon 服务 / 日志
RCP 加入者（通过 ot-ctl）
通过 OpenThread CLI 进行 FTD 调试器
FTD 联接（通过 OpenThread CLI）

如果您希望使用自己的终端 / 串行端口配置或工具，可随时跳到下一步。以最适合您的方式为所有设备配置终端窗口。

使用屏幕

为便于使用，请仅启动一个屏幕会话。设置这两个 FTD 时，您应该已经有了一台。

屏幕中的所有命令均以 Ctrl+a 开头。

基本屏幕命令：

重新附加到屏幕会话（从命令行）	`screen -r`
退出“屏幕”会话	Ctrl+a → `d`
在“屏幕”会话中创建新窗口	Ctrl+a → `c`
在同一屏幕会话中的窗口之间切换	Ctrl+a → `n`（前进）Ctrl+a → `p`（返回）
在屏幕会话中终止当前窗口	Ctrl+a → `k`

分屏

使用“屏幕”时，您可以将终端拆分为多个窗口：

若要使用 screen 中的命令，请按 Ctrl+a。每个命令都应以此访问键组合开头。

如果您一直严格按照 Codelab 操作，那么应该在同一 Screen 实例中有两个窗口（FTD 调试器、FTD 联接器）。如需在两种屏幕之间拆分屏幕，请先进入现有的屏幕会话：

$ screen -r

您应该使用的是其中一台 FTD 设备。在“屏幕”中按以下步骤操作：

按 Ctrl+a → S 可水平拆分窗口
Ctrl+a → Tab，可将光标移至新的空白窗口
按 Ctrl+a → n，可将新窗口切换到下一个窗口
如果与顶部窗口相同，请再次按 Ctrl+a → n，以查看其他 FTD 设备

它们现在都可见。使用 Ctrl+a → Tab，在它们之间切换。为避免混淆，建议您使用 Ctrl+a → A 为每个窗口重新命名。

高级使用情形

如需进一步将屏幕拆分为象限并查看 ot-daemon 日志和 RCP 联接器 ot-ctl，必须在同一 Screen 实例中启动这些服务。为此，请停止 ot-daemon 并退出 ot-ctl，然后在新的“屏幕”窗口中重新启动 (Ctrl+a → c)。

此设置不是必需设置，在用户留有练习时保留。

使用以下命令拆分并浏览窗口：

创建新窗口	Ctrl+a → `c`
垂直拆分窗口	Ctrl+a →
水平拆分窗口	Ctrl+a → `S`
跳转到下一个显示的窗口	Ctrl+a → `Tab`
向前或向后切换显示的窗口	Ctrl+a → `n` 或 `p`
重命名当前窗口	Ctrl+a → `A`

使用 Ctrl+a → d 随时退出“屏幕”，然后从命令行重新添加 screen -r。

如需详细了解“屏幕”，请参阅 GNU 屏幕快速参考。

7. 创建 Thread 网络

现在，您已经配置了所有终端窗口和屏幕，接下来我们来创建 Thread 网络。在 FTD 调试器上，创建一个新的操作数据集，并将其作为活跃数据集提交。Operationing Dataset 是您创建的 Thread 网络的配置。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> dataset init new
Done
> dataset
Active Timestamp: 1
Channel: 11
Channel Mask: 07fff800
Ext PAN ID: c0de7ab5c0de7ab5
Mesh Local Prefix: fdc0:de7a:b5c0/64
Network Key: 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de
Network Name: OpenThread-c0de
PAN ID: 0xc0de
PSKc: ebb4f2f8a68026fc55bcf3d7be3e6fe4
Security Policy: 0, onrcb
Done

记下网络密钥 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de，稍后将会用到。

将此数据集提交为活跃数据集：

> dataset commit active
Done

启动 IPv6 接口：

> ifconfig up
Done

启动线程协议操作：

> thread start
Done

片刻之后，检查设备状态。它应该是领先者。此外，还应获取 RLOC16 以供日后参考。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> state
leader
Done
> rloc16
0c00
Done

检查设备的 IPv6 地址：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:fc00        # Leader Anycast Locator (ALOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c00         # Routing Locator (RLOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:6394:5a75:a1ad:e5a    # Mesh-Local EID (ML-EID)
fe80:0:0:0:1cd6:87a9:cb9d:4b1d         # Link-Local Address (LLA)

现在，从其他 Thread 设备扫描时，系统会显示“Codelab”网络。

来自 RCP 联接人员的 ot-ctl：

## RCP Joiner ##
----------------

> scan
| PAN  | MAC Address      | Ch | dBm | LQI |
+------+------------------+----+-----+-----+
| c0de | 1ed687a9cb9d4b1d | 11 | -36 | 232 |

在 FTD 联接上打开 OpenThread CLI：

## FTD Joiner ##
----------------

> scan
| PAN  | MAC Address      | Ch | dBm | LQI |
+------+------------------+----+-----+-----+
| c0de | 1ed687a9cb9d4b1d | 11 | -38 | 229 |

如果“Codelab”网络未出现在列表中，请尝试重新扫描。

8. 添加 RCP 连接器

线程调试网络未处于活动状态，这意味着我们需要将 RCP 联接添加到我们使用带外调试过程创建的 Thread 网络中。

我们在 FTD 调试器中记录了网络键，例如 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de。如果您需要再次查找网络密钥，请在 FTD 调试器上运行以下命令：

## FTD Commissioner ##

> dataset networkkey
1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de
Done

接下来，在 RCP Joiner 上，将其活动数据集网络键设置为 FTD 调试器网络键：

## RCP Joiner ##
----------------

> dataset networkkey 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de
Done
> dataset commit active
Done

检查该数据集，确保其设置正确无误。

## RCP Joiner ##
----------------

> dataset
Network Key: 1234c0de7ab51234c0de7ab51234c0de

启动线程，以便 RCP 联接器加入“Codelab”网络。等待几秒钟，然后检查状态、RLOC16 及其 IPv6 地址：

## RCP Joiner ##
----------------

> ifconfig up
Done
> thread start
Done
> state
child
Done
> rloc16
0c01
Done
> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:0c01         # Routing Locator (RLOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f    # Mesh-Local EID (ML-EID)
fe80:0:0:0:18e5:29b3:a638:943b          # Link-Local Address (LLA)
Done

记下 Mesh-Local IPv6 地址（此处为 fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f），稍后会用到。

返回 FTD 调试器，检查路由器和子表，确认这两个设备属于同一网络。使用 RLOC16 识别 RCP 联接。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  35 | 1ed687a9cb9d4b1d |

Done
> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|VER| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+---+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         25 |     3 |   89 |1|1|1|  2| 1ae529b3a638943b |
Done

Ping RCP 连接器的网状网地址（从 RCP 连接器的 ipaddr 输出获取的网状网地址），以验证连接：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ping fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f
> 8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f: icmp_seq=1 hlim=64 time=40ms

我们现在有一个由两个节点组成的 Thread 网络，如下面的拓扑图所示：

拓扑图

您在完成此 Codelab 的其余部分时，每当网络状态发生变化时，我们都会显示新的线程拓扑图。节点角色表示如下：

路由器始终是五边形，而终端设备始终是圆形。每个节点上的数字表示 CLI 输出中显示的路由器 ID 或子 ID，具体取决于节点当时的当前角色和状态。

9. 邀请 FTD 成员

现在，我们将第三个线程设备添加到“Codelab”网络。这一次，我们将使用更安全的带内调试流程，仅允许 FTD 加入人员加入。

在 FTD 联接人员上获取 eui64，以便 FTD 专员能够识别它：

## FTD Joiner ##
----------------

> eui64
2f57d222545271f1
Done

在 FTD 调试器中，启动调试器，并指定可联接的设备的 eui64 以及联接器凭据，例如 J01NME。联接人员凭据是设备专用的字符串，包含所有大写的字母数字字符（0-9 和 A-Y，不包括 I、O、Q 和 Z，以提高可读性），长度介于 6 到 32 个字符之间。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> commissioner start
Done
> commissioner joiner add 2f57d222545271f1 J01NME
Done

切换到 FTD 联接。使用您刚刚在 FTD 调试器中设置的 Joiner 凭据开始 Joiner 角色：

## FTD Joiner ##
----------------

> ifconfig up
Done
> joiner start J01NME
Done

在大约一分钟内，您会收到有关身份验证成功的确认信息：

## FTD Joiner ##
----------------

>
Join success

启动 Thread，使 FTD 联接器加入“Codelab”网络，并立即检查状态和 RLOC16：

## FTD Joiner ##
----------------

> thread start
Done
> state
child
Done
> rloc16
0c02
Done

请检查设备的 IPv6 地址。请注意，没有 ALOC。这是因为此设备不是领先者，也没有任何需要 ALOC 的任播专用角色。

## FTD Joiner ##
----------------

> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c02         # Routing Locator (RLOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd    # Mesh-Local EID (ML-EID)
fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243         # Link-Local Address (LLA)

立即切换到 FTD 调试器，并检查路由器和子表，确认“Codelab”网络中是否存在三个设备：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  50 | 1ed687a9cb9d4b1d |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         25 |     3 |   89 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
|   2 | 0x0c02 |        240 |         15 |     3 |   44 |1|1|1|1| e6cdd2d93249a243 |
Done

基于 RLOC16，FTD 联接器已作为结束设备（子设备）连接到网络。以下是更新后的拓扑：

10. 线程的实际运用

此 Codelab 中的线程处理设备是一种特定的全线程设备 (FTD)，称为“路由器符合条件的最终设备”(REED)。这意味着它们既可作为路由器运行，也可以作为终端设备运行，并可自行从终端设备升级到路由器。

线程最多可支持 32 个路由器，但会尝试将路由器数量保持在 16 到 23 个之间。如果 REED 作为终端设备（子设备）连接，而路由器的数量低于 16，则在两分钟的随机时间段后，路由器会被自动提升为路由器。

添加 FTD 联接器后，如果您的线程网络中有两个子节点，请等待至少两分钟，然后在 FTD 调试器中重新检查路由器和子表：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  50 | 1ed687a9cb9d4b1d |
| 46 | 0xb800 |       63 |         0 |     3 |      3 |   1 | e6cdd2d93249a243 |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         61 |     3 |   89 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
Done

FTD 联接 (Extended MAC = e6cdd2d93249a243) 已自行提升到路由器。请注意，RLOC16 不同于 b800（而不是 0c02）。这是因为 RLOC16 基于设备的路由器 ID 和子 ID。当从终端设备过渡到路由器时，其路由器 ID 和子 ID 值会发生更改，RLOC16 也会更改。

在 FTD 联接上确认新状态和 RLOC16：

## FTD Joiner ##
----------------

> state
router
Done
> rloc16
b800
Done

将 FTD 成员降级

您可以测试此行为，只需手动将 FTD 联接器从路由器降级到终端设备。将状态更改为子项并检查 RLOC16：

## FTD Joiner ##
----------------

> state child
Done
> rloc16
0c03
Done

现在回到 FTD 调试器，FTD 联接器现在应显示在子表 (ID = 3) 中。在过渡期间，它甚至可能会同时出现：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |        3 |         0 |     0 |      0 |  50 | 1ed687a9cb9d4b1d |
| 46 | 0xb800 |       63 |         0 |     3 |      3 |   1 | e6cdd2d93249a243 |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0x0c01 |        240 |         61 |     3 |   89 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
|   3 | 0x0c03 |        240 |         16 |     3 |   94 |1|1|1|1| e6cdd2d93249a243 |
Done

一段时间后，它会切换回 RLOC 为 b800 的路由器。

移除领先变体

主要副本在所有线程路由器之间是自选的。这意味着，如果当前 Leader 已从 Thread 网络中移除，其他路由器将变为新的 Leader。

关闭 FTD 调试器，关闭 Thread 以将其从 Thread 网络中移除：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> thread stop
Done
> ifconfig down
Done

在两分钟内，FTD 联接成为了新的 Thread leader。检查 FTD 联接器的状态和 IPv6 地址以验证：

## FTD Joiner ##
----------------

> state
leader
Done
> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:fc00       # Now it has the Leader ALOC!
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:b800
fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd
fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243
Done

检查子表。请注意，这里有新的 RLOC16。这是 RCP 连接器，由其 ID 和扩展 MAC 指示。为确保 Thread 网络保持一致，它会将 FTD 调试器切换到 FTD 连接器。这会导致 RCP 联接器的新 RLOC16（因为其路由器 ID 已从 3 更改为 46）。

## FTD Joiner ##
----------------

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0xb801 |        240 |         27 |     3 |  145 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
Done

您可能需要等待几分钟，才能让 RCP 加入者作为儿童附加到 FTD 加入者。检查状态和 RLOC16 以确认：

## RCP Joiner ##
--------------

> state
child
> rloc16
b801

重新附加 FTD 专员

包含两个节点的线程网络没有太大意义。让我们的 FTD 专员上线。

在 FTD 调试器上，重启 Thread：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ifconfig up
Done
> thread start
Done

在两分钟内，它会自动以端点形式重新连接到“Codelab”网络，然后再将自己提升到路由器。

## FTD Commissioner ##
----------------------

> state
router
Done

检查 FTD 联接上的路由器和子表，以验证：

## FTD Joiner ##
----------------

> router table
| ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC     |
+----+--------+----------+-----------+-------+--------+-----+------------------+
|  3 | 0x0c00 |       63 |         0 |     3 |      3 |   0 | 1ed687a9cb9d4b1d |
| 46 | 0xb800 |       46 |         0 |     0 |      0 |  15 | e6cdd2d93249a243 |

> child table
| ID  | RLOC16 | Timeout    | Age        | LQ In | C_VN |R|S|D|N| Extended MAC     |
+-----+--------+------------+------------+-------+------+-+-+-+-+------------------+
|   1 | 0xb801 |        240 |        184 |     3 |  145 |1|1|1|1| 1ae529b3a638943b |
Done

我们的 Thread 网络再次由三个节点组成。

11. 问题排查

管理在不同终端或屏幕窗口中有多个设备的 Thread 网络可能很复杂。如果遇到问题，请参考以下提示来“重置”网络或工作区的状态。

Screen

如果您在配置过程中迷路过（屏幕窗口或屏幕中的屏幕过多），请使用 Ctrl+a → k 终止屏幕窗口，直到不存在窗口为止；命令行中 screen -ls 会输出 No Sockets found。然后，为每个设备重新创建屏幕窗口。即使屏幕终止，设备状态仍将保留。

线程节点

如果线程网络拓扑与本 Codelab 不同，或者节点由于某种原因而断开连接（原因可能是运行这些机器的 Linux 机器进入了休眠状态），那么最好关闭线程并清除网络凭据，然后从创建线程网络步骤重新开始。

如需重置 FTD，请执行以下操作：

## FTD Commissioner or FTD Joiner ##
------------------------------------

> thread stop
Done
> ifconfig down
Done
> factoryreset
Done

您可以通过与 ot-ctl 相同的方式重置 RCP：

## RCP Joiner ##
----------------

> thread stop
Done
> ifconfig down
Done
> factoryreset
Done

12. 使用多播

多播用于同时向一组设备传达信息。在 Thread 网络中，系统会为特定地址预留特定的地址，供不同的设备组使用，具体取决于范围。

IPv6 地址	镜	已送达
`ff02::1`	本地链接	所有 FTD 和 MED
`ff02::2`	本地链接	所有 FTD 和边界路由器
`ff03::1`	网状本地	所有 FTD 和 MED
`ff03::2`	网状本地	所有 FTD 和边界路由器

在本 Codelab 中，我们不使用边界路由器，所以我们重点关注两个 FTD 和 MED 多播地址。

本地链接

链路本地范围包括可通过单个无线电传输或单个“跳转”访问的所有线程接口。网络拓扑决定了哪些设备可以对 ff02::1 多播地址做出 ping 响应。

从 FTD 专员 ping ff02::1：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ping ff02::1
> 8 bytes from fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243: icmp_seq=2 hlim=64 time=9ms

网络中还有另外两台设备（FTD 联接和 RCP 联接），但 FTD 专员只收到 1 个来自 FTD 成员的链路本地地址 (LLA) 的响应。这意味着 FTD 专员是 FTD 专员通过单次跳点连接的唯一设备。

现在从 FTD 联接器 ping ff02::1：

## FTD Joiner ##
----------------

> ping ff02::1
> 8 bytes from fe80:0:0:0:1cd6:87a9:cb9d:4b1d: icmp_seq=1 hlim=64 time=11ms
8 bytes from fe80:0:0:0:18e5:29b3:a638:943b: icmp_seq=1 hlim=64 time=24ms

两种回答！检查其他设备的 IPv6 地址，我们可以看到第一个（以 4b1d 结尾）是 FTD 调试器的 LLA，第二个（以 943b 结尾）是 RCP 联接者的 LLA。

这意味着 FTD 加入者直接连接到 FTD 专员和 RCP 加入者，这会确认我们的拓扑。

网状本地

Mesh-Local 范围包含在同一线程网络中可访问的所有线程接口。下面我们来看一个对 ff03::1 多播地址的 ping 的响应。

从 FTD 专员 ping ff03::1：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> ping ff03::1
> 8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:b800: icmp_seq=3 hlim=64 time=9ms
8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f: icmp_seq=3 hlim=64 time=68ms

这次 FTD 管理员收到两个响应，一个来自 FTD 合并者的路由定位器 (RLOC，以 b800 结尾），另一个来自 RCP 联接者的 Mesh-Local EID (ML-EID，以 d55f 结尾)。这是因为网格本地范围包含整个 Thread 网络。无论设备位于网络中的哪个位置，都会订阅 ff03::1 地址。

从 FTD 联接器 ping ff03::1 以确认相同行为：

## FTD Joiner ##
----------------

> ping ff03::1
> 8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c00: icmp_seq=2 hlim=64 time=11ms
8 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:66bf:99b9:24c0:d55f: icmp_seq=2 hlim=64 time=23ms

请注意这两个 ping 输出中 RCP 联接器的响应时间。RCP 新员工联系 FTD 专员的时间（68 毫秒）比 FTD 员工（23 毫秒）长。这是因为，它只能实现两次跳转才能到达 FTD 专员，而 FTD 联接器只能跳一次。

您可能还注意到，网状网多播 ping 对 RLOC 仅响应了两个 FTD，而不是 RCP 联接器。这是因为 FTD 是网络内的路由器，而 RCP 是最终用户。

检查 RCP 联接状态，进行确认：

## RCP Joiner ##
----------------

> state
child

13. 使用 UDP 发送消息

OpenThread 提供的应用服务之一是传输层协议 (UDP)，它是一种传输层协议。在 OpenThread 上构建的应用可以使用 UDP API 在 Thread 网络中的节点之间传递消息，或者在外部网络（如互联网，如果 Thread 网络有边界路由器）上传递消息。

UDP 套接字通过 OpenThread CLI 公开。我们来使用它在两个 FTD 之间传递消息。

获取 FTD 联接的 Mesh-Local EID 地址。我们之所以使用此地址，是因为它在 Thread 网络内的任何位置都可以访问。

## FTD Joiner ##
----------------

> ipaddr
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:fc00        # Leader Anycast Locator (ALOC)
fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:b800        # Routing Locator (RLOC)
fe80:0:0:0:e4cd:d2d9:3249:a243         # Link-Local Address (LLA)
fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd    # Mesh-Local EID (ML-EID)
Done

启动 UDP 并将其绑定到任何 IPv6 地址的套接字：

## FTD Joiner ##
----------------

> udp open
Done
> udp bind :: 1212

切换到 FTD 调试器，启动 UDP，并使用其 ML-EID 连接到您在 FTD 联接器上设置的套接字：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> udp open
Done
> udp connect fdc0:de7a:b5c0:0:3e2e:66e:9d41:ebcd 1212
Done

UDP 连接应在两个节点之间建立。向金融调查专员服务处发送消息：

## FTD Commissioner ##
----------------------

> udp send hellothere
Done

通过 FTD 联接器接收 UDP 消息！

## FTD Joiner ##
----------------

> 10 bytes from fdc0:de7a:b5c0:0:0:ff:fe00:c00 49153 hellothere

14. 恭喜！

您已创建实体 Thread 网络！

您现在已经知道：

Thread 设备类型、角色和作用域之间的区别
Thread 设备如何管理其在网络中的状态
如何使用 UDP 在节点之间传递简单消息

后续步骤

在此 Codelab 的基础上，尝试执行以下练习：

使用 ot-cli-mtd 二进制文件将 FTD 联接板作为 MTD 重新刷写，并观察到它绝不会自行升级到路由器，或者试图成为领先变体
向网络添加更多设备（尝试使用其他平台！），通过使用路由器和子表以及对多播地址的 ping 来草拟拓扑结构
使用 pyspinel 控制 NCP
使用 OpenThread Border Router 将 NCP 转换为边界路由器，并将您的 Thread 网络连接到互联网

深入阅读

访问 openthread.io 和 GitHub，获取各种 OpenThread 资源，包括：

支持的平台 - 发现支持 OpenThread 的所有平台
构建 OpenThread - 详细了解如何构建和配置 OpenThread
Thread Primer - 涵盖此 Codelab 中介绍的所有 Thread 概念

参考：