1. 소개
Google에서 출시한 OpenThread는 Thread 네트워킹 프로토콜의 오픈소스 구현입니다. Google Nest는 Nest 제품에 사용되는 기술을 개발자가 널리 사용할 수 있도록 OpenThread를 출시하여 커넥티드 홈 제품 개발을 가속화했습니다.
스레드 사양은 홈 애플리케이션을 위한 IPv6 기반의 안정적이고 안전하며 저전력 무선 기기 간 통신 프로토콜을 정의합니다. OpenThread는 IPv6, 6LoWPAN, MAC 보안이 적용된 IEEE 802.15.4, 메시 링크 설정, 메시 라우팅을 비롯한 모든 스레드 네트워킹 계층을 구현합니다.
이 Codelab에서는 시뮬레이션된 기기에서 스레드 네트워크를 시뮬레이션하는 방법을 안내합니다.
학습할 내용
- OpenThread 빌드 도구 모음을 설정하는 방법
- 스레드 네트워크 시뮬레이션 방법
- 스레드 노드를 인증하는 방법
- OpenThread Daemon으로 스레드 네트워크를 관리하는 방법
필요한 항목
- git
- Linux, 네트워크 라우팅에 관한 기본 지식
2. 빌드 시스템 설정
Git
이 Codelab을 완료하려면 Git이 필요합니다. 계속하기 전에 다운로드하여 설치하세요.
설치가 완료되면 특정 OS의 안내에 따라 OpenThread를 다운로드하고 빌드합니다.
Mac OS X용 XCode
Mac OS X에 OpenThread를 설치하고 빌드하려면 XCode가 필요합니다.
Xcode를 설치한 후 Xcode 명령줄 도구를 설치합니다.
$ xcode-select --install
Linux / Mac OS X에서 빌드
이 설치 안내는 Ubuntu Server 14.04 LTS 및 Mac OS X Sierra 10.12.6에서 테스트되었습니다.
OpenThread를 설치합니다. bootstrap 명령어는 도구 모음이 설치되고 환경이 올바르게 구성되었는지 확인합니다.
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recursive https://github.com/openthread/openthread.git $ cd openthread $ ./script/bootstrap
Windows 사용
Windows를 선호하는 경우 이 Codelab의 Docker 버전을 사용해 보세요.
3. OpenThread 애플리케이션 빌드
설치가 완료되면 OpenThread 애플리케이션 예시를 빌드합니다. 이 Codelab에서는 시뮬레이션 예시를 사용합니다.
$ cd ~/src/openthread $ ./script/cmake-build simulation
이제 OpenThread 데몬을 빌드합니다.
$ ./script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON
4. 스레드 네트워크 시뮬레이션
이 Codelab에서 사용할 예시 애플리케이션은 기본 명령줄 인터페이스 (CLI)를 통해 OpenThread 구성 및 관리 인터페이스를 노출하는 최소한의 OpenThread 애플리케이션을 보여줍니다.
이 연습에서는 시뮬레이션된 한 스레드 기기에서 다른 시뮬레이션된 스레드 기기로 핑하는 데 필요한 최소 단계를 안내합니다.
아래 그림은 기본 스레드 네트워크 토폴로지를 설명합니다. 이 연습에서는 녹색 원 안에 있는 두 노드(스레드 리더와 스레드 라우터)를 시뮬레이션합니다. 두 노드 사이에는 하나의 연결이 있습니다.
노드 핑
1. 노드 1 시작
openthread 디렉터리로 이동하고 ot-cli-ftd 바이너리를 사용하여 시뮬레이션된 스레드 기기의 CLI 프로세스를 생성합니다.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
참고: 이 명령어를 실행한 후 > 프롬프트가 표시되지 않으면 enter 키를 누릅니다.
이 바이너리는 POSIX를 기반으로 시뮬레이션된 OpenThread 기기를 구현합니다. IEEE 802.15.4 라디오 드라이버는 UDP 위에 구현됩니다 (IEEE 802.15.4 프레임은 UDP 페이로드 내에서 전달됨).
1의 인수는 시뮬레이션된 기기의 '공장에서 할당한' IEEE EUI-64의 최하위 비트를 나타내는 파일 설명자입니다. 이 값은 IEEE 802.15.4 라디오 에뮬레이션 (포트 = 9000 + 파일 설명자)을 위해 UDP 포트에 바인딩할 때도 사용됩니다. 이 Codelab의 시뮬레이션된 스레드 기기의 각 인스턴스는 서로 다른 파일 설명자를 사용합니다.
참고: 시뮬레이션된 기기의 프로세스를 생성할 때는 이 Codelab에 설명된 대로 1 이상의 파일 설명자만 사용하세요. 0 파일 설명자는 다른 용도로 예약되어 있습니다.
새 운영 데이터 세트를 만들고 활성 데이터 세트로 커밋합니다. 운영 데이터 세트는 생성 중인 스레드 네트워크의 구성입니다.
> dataset init new Done > dataset Active Timestamp: 1 Channel: 20 Channel Mask: 07fff800 Ext PAN ID: d6263b6d857647da Mesh Local Prefix: fd61:2344:9a52:ede0/64 Network Key: e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Network Name: OpenThread-c169 PAN ID: 0xc169 PSKc: ebb4f2f8a68026fc55bcf3d7be3e6fe4 Security Policy: 0, onrcb Done
이 데이터 세트를 활성 데이터 세트로 커밋합니다.
> dataset commit active Done
IPv6 인터페이스를 가져옵니다.
> ifconfig up Done
스레드 프로토콜 작업을 시작합니다.
> thread start Done
몇 초 정도 기다린 후 기기가 스레드 리더가 되었는지 확인합니다. 리더는 라우터 ID 할당을 관리하는 기기입니다.
> state leader Done
노드 1의 스레드 인터페이스에 할당된 IPv6 주소를 확인합니다 (출력은 다를 수 있음).
> ipaddr fd61:2344:9a52:ede0:0:ff:fe00:fc00 fd61:2344:9a52:ede0:0:ff:fe00:5000 fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6 fe80:0:0:0:94da:92ea:1353:4f3b Done
특정 IPv6 주소 유형을 확인합니다.
fd= mesh-local로 시작fe80= 링크-로컬로 시작
메시 로컬 주소 유형은 다음과 같이 추가로 분류됩니다.
ff:fe00= 라우터 로케이터 (RLOC) 포함ff:fe00= 엔드포인트 식별자 (EID)가 포함되지 않음
콘솔 출력에서 EID를 확인하고 나중에 사용할 수 있도록 기록해 둡니다. 위 샘플 출력에서 EID는 다음과 같습니다.
fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6
2. 노드 2 시작
새 터미널을 열고 openthread 디렉터리로 이동하여 CLI 프로세스를 생성합니다. 두 번째 시뮬레이션된 스레드 기기는 다음과 같습니다.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
참고: 이 명령어를 실행한 후 > 프롬프트가 표시되지 않으면 enter 키를 누릅니다.
노드 1의 운영 데이터 세트와 동일한 값을 사용하여 스레드 네트워크 키와 PAN ID를 구성합니다.
> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Done > dataset panid 0xc169 Done
이 데이터 세트를 활성 데이터 세트로 커밋합니다.
> dataset commit active Done
IPv6 인터페이스를 가져옵니다.
> ifconfig up Done
스레드 프로토콜 작업을 시작합니다.
> thread start Done
기기가 자녀로 초기화됩니다. 스레드 하위 요소는 스레드 기기로, 유니캐스트 트래픽을 상위 요소 기기에서만 전송하고 수신하는 엔드 기기와 동일합니다.
> state child Done
2분 이내에 상태가 child에서 router로 전환됩니다. 스레드 라우터는 스레드 기기 간에 트래픽을 라우팅할 수 있습니다. 상위 항목이라고도 합니다.
> state router Done
네트워크 확인
메시 네트워크를 확인하는 쉬운 방법은 라우터 표를 살펴보는 것입니다.
1. 연결 확인
노드 2에서 RLOC16을 가져옵니다. RLOC16은 기기의 RLOC IPv6 주소의 마지막 16비트입니다.
> rloc16 5800 Done
노드 1에서 노드 2의 RLOC16 라우터 테이블을 확인합니다. 먼저 노드 2가 라우터 상태로 전환되었는지 확인합니다.
> router table | ID | RLOC16 | Next Hop | Path Cost | LQI In | LQI Out | Age | Extended MAC | +----+--------+----------+----------+-------+---------+-----+------------------+ | 20 | 0x5000 | 63 | 0 | 0 | 0 | 0 | 96da92ea13534f3b | | 22 | 0x5800 | 63 | 0 | 3 | 3 | 23 | 5a4eb647eb6bc66c |
표에 노드 1의 0xa800 RLOC가 표시되어 메시에 연결되어 있음을 확인할 수 있습니다.
2. 노드 2에서 노드 1 핑
시뮬레이션된 두 스레드 기기 간의 연결을 확인합니다. 노드 2에서 노드 1에 할당된 EID를 ping합니다.
> ping fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6 > 16 bytes from fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6: icmp_seq=1 hlim=64 time=12ms
enter을 눌러 > CLI 프롬프트로 돌아갑니다.
네트워크 테스트
이제 시뮬레이션된 두 스레드 기기 간에 핑할 수 있으므로 한 노드를 오프라인으로 전환하여 메시 네트워크를 테스트합니다.
노드 1로 돌아가 스레드를 중지합니다.
> thread stop Done
노드 2로 전환하고 상태를 확인합니다. 2분 이내에 노드 2에서 리더 (노드 1)가 오프라인 상태임을 감지하고 노드 2가 네트워크의 leader로 전환되는 것을 확인할 수 있습니다.
> state router Done ... > state leader Done
확인되면 스레드를 중지하고 나가기 전에 노드 2를 초기화합니다. 초기화는 이 실습에서 사용한 스레드 네트워크 사용자 인증 정보가 다음 실습으로 이어지지 않도록 하기 위해 실행합니다.
> thread stop Done > factoryreset > > exit
또한 노드 1을 초기화하고 종료합니다.
> factoryreset > > exit
사용 가능한 모든 CLI 명령어를 살펴보려면 OpenThread CLI 참조를 확인하세요.
5. 커미셔닝으로 노드 인증
이전 연습에서는 시뮬레이션된 기기 두 개로 스레드 네트워크를 설정하고 연결을 확인했습니다. 하지만 이렇게 하면 인증되지 않은 IPv6 링크 로컬 트래픽만 기기 간에 전달할 수 있습니다. 노드 간 (및 스레드 테두리 라우터를 통한 인터넷)에 전역 IPv6 트래픽을 라우팅하려면 노드를 인증해야 합니다.
인증하려면 한 기기가 커미셔너 역할을 해야 합니다. 커미셔너는 현재 선택된 새 스레드 기기의 인증 서버이며 기기가 네트워크에 가입하는 데 필요한 네트워크 사용자 인증 정보를 제공하는 승인자입니다.
이 실습에서는 이전과 동일한 2노드 토폴로지를 사용합니다. 인증의 경우 스레드 리더는 커미셔너로, 스레드 라우터는 조이너로 작동합니다.
1. 네트워크 만들기
이전 실습에서 계속하는 경우 이미 두 개의 터미널 창이 열려 있어야 합니다. 그렇지 않은 경우 두 개가 열려 있고 사용할 준비가 되었는지 확인합니다. 하나는 노드 1, 다른 하나는 노드 2로 사용됩니다.
노드 1에서 CLI 프로세스를 생성합니다.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
참고: 이 명령어를 실행한 후 > 프롬프트가 표시되지 않으면 enter 키를 누릅니다.
새 운영 데이터 세트를 만들고 활성 데이터 세트로 커밋하고 스레드를 시작합니다.
> dataset init new Done > dataset Active Timestamp: 1 Channel: 12 Channel Mask: 07fff800 Ext PAN ID: e68d05794bf13052 Mesh Local Prefix: fd7d:ddf7:877b:8756/64 Network Key: a77fe1d03b0e8028a4e13213de38080e Network Name: OpenThread-8f37 PAN ID: 0x8f37 PSKc: f9debbc1532487984b17f92cd55b21fc Security Policy: 0, onrcb Done
이 데이터 세트를 활성 데이터 세트로 커밋합니다.
> dataset commit active Done
IPv6 인터페이스를 가져옵니다.
> ifconfig up Done
스레드 프로토콜 작업을 시작합니다.
> thread start Done
몇 초 정도 기다린 후 기기가 스레드 리더가 되었는지 확인합니다.
> state leader Done
2. 커미셔너 역할 시작
Node 1에 있는 동안 커미셔너 역할을 시작합니다.
> commissioner start Done
J01NME 조이너 사용자 인증 정보가 있는 모든 조이너 (* 와일드 카드 사용)가 네트워크에 커미셔닝되도록 허용합니다. 조이너는 인간 관리자가 커미셔닝된 스레드 네트워크에 추가한 기기입니다.
> commissioner joiner add * J01NME Done
3. 조이너 역할 시작
두 번째 터미널 창에서 새 CLI 프로세스를 생성합니다. 노드 2입니다.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
노드 2에서 J01NME 조이너 사용자 인증 정보를 사용하여 조이너 역할을 사용 설정합니다.
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... 확인을 위해 몇 초간 기다립니다 ...
Join success
조이너로서 기기 (노드 2)가 커미셔너 (노드 1)로 자체 인증을 완료하고 스레드 네트워크 사용자 인증 정보를 수신했습니다.
이제 노드 2가 인증되었으므로 스레드를 시작합니다.
> thread start Done
4. 네트워크 인증 유효성 검사
노드 2에서 state를 확인하여 네트워크에 가입되었는지 확인합니다. 2분 이내에 노드 2가 child에서 router로 전환됩니다.
> state child Done ... > state router Done
5. 구성 재설정
다음 실습을 준비하려면 구성을 재설정하세요. 각 노드에서 스레드를 중지하고 초기화한 후 시뮬레이션된 스레드 기기를 종료합니다.
> thread stop Done > factoryreset > > exit
factoryreset 명령어를 실행한 후 > 프롬프트를 다시 표시하려면 enter를 몇 번 눌러야 할 수도 있습니다.
6. OpenThread 데몬으로 네트워크 관리
이 연습에서는 하나의 CLI 인스턴스 (단일 삽입 SoC 스레드 기기)와 하나의 라디오 공동 프로세서 (RCP) 인스턴스를 시뮬레이션합니다.
ot-daemon는 OpenThread 코어가 서비스로 실행될 수 있도록 UNIX 소켓을 입력 및 출력으로 사용하는 OpenThread Posix 앱의 모드입니다. 클라이언트는 OpenThread CLI를 프로토콜로 사용하여 소켓에 연결하여 이 서비스와 통신할 수 있습니다.
ot-ctl는 RCP를 관리하고 구성하기 위해 ot-daemon에서 제공하는 CLI입니다. 이를 사용하여 RCP를 스레드 기기에서 만든 네트워크에 연결합니다.
ot-daemon 사용
이 연습에서는 다음 항목에 해당하는 세 개의 터미널 창을 사용합니다.
- 시뮬레이션된 스레드 기기 (노드 1)의 CLI 인스턴스
ot-daemon프로세스ot-ctlCLI 인스턴스
이전 실습에서 계속하는 경우 이미 두 개의 터미널 창이 열려 있어야 합니다. 세 번째 터미널을 열어 이 연습에 사용할 수 있는 터미널 창이 세 개인지 확인합니다.
1. 노드 1 시작
첫 번째 터미널 창에서 시뮬레이션된 스레드 기기의 CLI 프로세스를 생성합니다.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
참고: 이 명령어를 실행한 후 > 프롬프트가 표시되지 않으면 enter 키를 누릅니다.
새 운영 데이터 세트를 만들고 활성 데이터 세트로 커밋하고 스레드를 시작합니다.
> dataset init new Done > dataset Active Timestamp: 1 Channel: 13 Channel Mask: 07fff800 Ext PAN ID: 97d584bcd493b824 Mesh Local Prefix: fd55:cf34:dea5:7994/64 Network Key: ba6e886c7af50598df1115fa07658a83 Network Name: OpenThread-34e4 PAN ID: 0x34e4 PSKc: 38d6fd32c866927a4dfcc06d79ae1192 Security Policy: 0, onrcb Done
이 데이터 세트를 활성 데이터 세트로 커밋합니다.
> dataset commit active Done
IPv6 인터페이스를 가져옵니다.
> ifconfig up Done
스레드 프로토콜 작업을 시작합니다.
> thread start Done
노드 1의 스레드 인터페이스에 할당된 IPv6 주소를 확인합니다.
> ipaddr fd55:cf34:dea5:7994:0:ff:fe00:fc00 fd55:cf34:dea5:7994:0:ff:fe00:d000 fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab fe80:0:0:0:9cd8:aab6:482f:4cdc Done >
스레드 네트워크 시뮬레이션 단계에서 설명한 대로 한 주소는 링크-로컬 (fe80)이고 세 주소는 메시-로컬 (fd)입니다. EID는 주소에 ff:fe00가 포함되지 않은 메시-로컬 주소입니다. 이 샘플 출력에서 EID는 fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab입니다.
ipaddr 출력에서 노드와 통신하는 데 사용될 특정 EID를 식별합니다.
2. ot-daemon 시작
두 번째 터미널 창에서 openthread 디렉터리로 이동하고 RCP 노드(노드 2라고 함)의 ot-daemon을 시작합니다. 로그 출력을 확인하고 실행 중인지 확인할 수 있도록 -v 자세한 플래그를 사용하고 sudo를 사용해야 합니다.
$ cd ~/src/openthread
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-daemon -v \
'spinel+hdlc+forkpty://build/simulation/examples/apps/ncp/ot-rcp?forkpty-arg=2'
성공하면 자세한 모드의 ot-daemon에서 다음과 비슷한 출력이 생성됩니다.
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
이 터미널을 열어 두고 백그라운드에서 실행 중인 상태로 둡니다. 여기에는 더 이상 명령어를 입력하지 않습니다.
3. ot-ctl을 사용하여 네트워크에 가입
아직 스레드 네트워크에 노드 2 (ot-daemon RCP)를 위임하지 않았습니다. 이때 ot-ctl가 사용됩니다. ot-ctl는 OpenThread CLI 앱과 동일한 CLI를 사용합니다. 따라서 다른 시뮬레이션된 스레드 기기와 동일한 방식으로 ot-daemon 노드를 제어할 수 있습니다.
세 번째 터미널 창에서 ot-ctl를 시작합니다.
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-ctl >
참고: 이 명령어를 실행한 후 > 프롬프트가 표시되지 않으면 enter 키를 누릅니다.
이 세 번째 터미널 창에서 ot-ctl를 사용하여 두 번째 터미널 창에서 ot-daemon로 시작한 노드 2 (RCP 노드)를 관리합니다. 노드 2의 state을 확인합니다.
> state disabled Done
특정 조이너에 대한 참여를 제한하기 위해 노드 2의 eui64를 가져옵니다.
> eui64 18b4300000000001 Done
노드 1 (첫 번째 터미널 창)에서 커미셔너를 시작하고 해당 eui64만 참여하도록 제한합니다.
> commissioner start Done > commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME Done
노드 2 (세 번째 터미널 창)에서 네트워크 인터페이스를 가져오고 네트워크에 참여합니다.
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... 확인을 위해 몇 초간 기다립니다 ...
Join success
조이너인 RCP (노드 2)가 커미셔너 (노드 1)로 인증되었으며 스레드 네트워크 사용자 인증 정보를 수신했습니다.
이제 노드 2를 스레드 네트워크에 가입시킵니다.
> thread start Done
4. 네트워크 인증 유효성 검사
노드 2에서 state를 확인하여 네트워크에 가입되었는지 확인합니다. 2분 이내에 노드 2가 child에서 router로 전환됩니다.
> state child Done ... > state router Done
5. 연결 유효성 검사
Ctrl+D 또는 exit 명령어를 사용하여 ot-ctl를 종료하고 호스트 머신의 명령줄에서 ping6 명령어를 사용하여 EID로 노드 1을 핑합니다. ot-daemon RCP 인스턴스가 스레드 네트워크에 성공적으로 참여하고 통신하는 경우 핑이 성공합니다.
$ ping6 -c 4 fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab PING fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab (fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab): 56 data bytes 64 bytes from fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab: icmp_seq=0 ttl=64 time=4.568 ms 64 bytes from fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab: icmp_seq=1 ttl=64 time=6.396 ms 64 bytes from fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab: icmp_seq=2 ttl=64 time=7.594 ms 64 bytes from fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab: icmp_seq=3 ttl=64 time=5.461 ms --- fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab ping statistics --- 4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss round-trip min/avg/max/stddev = 4.568/6.005/7.594/1.122 ms
7. 축하합니다.
OpenThread를 사용하여 첫 번째 스레드 네트워크를 시뮬레이션했습니다. 좋습니다.
이 Codelab을 통해 학습한 내용은 다음과 같습니다.
- OpenThread 빌드 도구 모음 설정
- 스레드 네트워크 시뮬레이션
- 스레드 노드 인증
- OpenThread 데몬으로 스레드 네트워크 관리
자세히 알아보려면 다음 참고 자료를 살펴보세요.