1. Introduction
OpenThread publié par Google est une implémentation Open Source du protocole réseau Thread. Google Nest a lancé OpenThread afin de rendre la technologie utilisée dans les produits Nest largement accessible aux développeurs afin d’accélérer le développement de produits pour la maison connectée.
La spécification Thread définit un protocole de communication sans fil d'appareil à appareil fiable, sécurisé et à faible consommation d'énergie basé sur IPv6 pour les applications domestiques. OpenThread implémente toutes les couches réseau Thread, y compris IPv6, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4 avec sécurité MAC, établissement de liens maillés et routage maillé.
Cet atelier de programmation vous explique comment simuler un réseau Thread sur des appareils de simulation.
Points abordés
- Configurer la chaîne d'outils de compilation OpenThread
- Simuler un réseau Thread
- Authentifier les nœuds Thread
- Gérer un réseau Thread avec le daemon OpenThread
Prérequis
- git
- Connaissances de base de Linux, le routage réseau
2. Configurer le système de compilation
Git
Git est requis pour cet atelier de programmation. Téléchargez-la et installez-la avant de continuer.
Une fois installé, suivez les instructions de votre système d’exploitation spécifique pour télécharger et compiler OpenThread.
XCode pour Mac OS X
XCode est requis pour installer et compiler OpenThread sous Mac OS X.
Une fois XCode installé, installez les outils de ligne de commande XCode:
$ xcode-select --install
Compiler sur Linux / Mac OS X
Ces instructions d'installation ont été testées sur Ubuntu Server 14.04 LTS et sur Mac OS X Sierra 10.12.6.
Installez OpenThread. Les commandes bootstrap garantissent que la chaîne d'outils est installée et que l'environnement est correctement configuré:
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recursive https://github.com/openthread/openthread.git $ cd openthread $ ./script/bootstrap
Sous Windows
Si vous préférez Windows, nous vous recommandons d'essayer la version Docker de cet atelier de programmation.
3. Créer les applications OpenThread
Une fois l'installation terminée, créez l'exemple d'application OpenThread. Pour cet atelier de programmation, nous utilisons l'exemple de simulation.
$ cd ~/src/openthread $ ./script/cmake-build simulation
Créez maintenant le daemon OpenThread:
$ ./script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON
4. Simuler un réseau Thread
L'exemple d'application que vous utiliserez pour cet atelier de programmation illustre une application OpenThread minimale qui expose les interfaces de configuration et de gestion OpenThread via une interface de ligne de commande (CLI) de base.
Cet exercice vous explique les étapes minimales requises pour pinguer un appareil Thread simulé à partir d'un autre appareil Thread simulé.
La figure ci-dessous décrit une topologie de base d'un réseau Thread. Pour cet exercice, nous allons simuler les deux nœuds situés dans le cercle vert: un leader de thread et un routeur de thread avec une seule connexion entre eux.
Pinguer un nœud
1. Démarrer le nœud 1
Accédez au répertoire openthread et générez le processus CLI pour un appareil Thread simulé à l'aide du binaire ot-cli-ftd.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Remarque:Si vous ne voyez pas l'invite > après avoir exécuté cette commande, appuyez sur enter.
Ce binaire implémente un périphérique OpenThread simulé sur POSIX. Le pilote radio IEEE 802.15.4 est implémenté au-dessus de l'UDP (les trames IEEE 802.15.4 sont transmises dans les charges utiles UDP).
L'argument de 1 est un descripteur de fichier qui représente les bits les moins significatifs des "attribués par l'usine". IEEE EUI-64 pour l'appareil simulé. Cette valeur est également utilisée lors de la liaison à un port UDP pour l'émulation radio IEEE 802.15.4 (port = 9000 + descripteur de fichier). Dans cet atelier de programmation, chaque instance d'un appareil Thread simulé utilisera un descripteur de fichier différent.
Remarque:N'utilisez que des descripteurs de fichier de 1 ou d'une version ultérieure, comme indiqué dans cet atelier de programmation, lorsque vous générez le processus pour un appareil simulé. Un descripteur de fichier 0 est réservé à d'autres utilisations.
Créez un ensemble de données opérationnel et validez-le en tant qu'ensemble de données actif. L'ensemble de données opérationnel correspond à la configuration du réseau Thread que vous créez.
> 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
Validez cet ensemble de données en tant qu'ensemble de données actif:
> dataset commit active Done
Affichez l'interface IPv6:
> ifconfig up Done
Démarrer l'opération du protocole Thread:
> thread start Done
Attendez quelques secondes, puis vérifiez que l'appareil est devenu Thread Leader. Le responsable est l'appareil responsable de la gestion de l'attribution des ID de routeur.
> state leader Done
Affichez les adresses IPv6 attribuées à l'interface Thread du nœud 1 (votre résultat sera différent):
> 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
Notez les types d'adresses IPv6 spécifiques:
- Commence par
fd= mesh-local - Commence par
fe80= lien-local
Les types d'adresses de réseau maillé local sont classés plus précisément:
- Contient
ff:fe00= outil de localisation de routeurs (RLOC) - Ne contient pas
ff:fe00= identifiant du point de terminaison (EID)
Identifiez l'EID dans la sortie de votre console et notez-le pour une utilisation ultérieure. Dans l'exemple de résultat ci-dessus, l'EID est le suivant:
fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6
2. Démarrer le nœud 2
Ouvrez un nouveau terminal, accédez au répertoire openthread et générez le processus CLI. Voici votre deuxième appareil Thread de simulation:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
Remarque:Si vous ne voyez pas l'invite > après avoir exécuté cette commande, appuyez sur enter.
Configurez la clé du réseau Thread et l'ID du PAN en utilisant les mêmes valeurs que l'ensemble de données opérationnel du nœud 1:
> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Done > dataset panid 0xc169 Done
Validez cet ensemble de données en tant qu'ensemble de données actif:
> dataset commit active Done
Affichez l'interface IPv6:
> ifconfig up Done
Démarrer l'opération du protocole Thread:
> thread start Done
L'appareil s'initialise en tant qu'enfant. Un enfant Thread est équivalent à un appareil final, c'est-à-dire un périphérique Thread qui transmet et reçoit le trafic unicast uniquement avec un appareil parent.
> state child Done
Au bout de deux minutes, vous devriez voir l'état passer de child à router. Un routeur Thread est capable d'acheminer le trafic entre des appareils Thread. Elle est également appelée parent.
> state router Done
Vérifier le réseau
Pour vérifier facilement le réseau maillé, consultez la table du routeur.
1. Vérifier la connectivité
Sur le nœud 2, obtenez le RLOC16. Le RLOC16 correspond aux 16 derniers bits de l'adresse IPv6 RLOC de l'appareil.
> rloc16 5800 Done
Sur le nœud 1, consultez la table du routeur pour trouver le RLOC16 du nœud 2. Assurez-vous d'abord que le nœud 2 est passé à l'état du routeur.
> 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 |
Le RLOC 0xa800 du nœud 1 figure dans la table, ce qui confirme qu'il est connecté au maillage.
2. Pinguer le nœud 1 du nœud 2
Vérifier la connectivité entre les deux appareils Thread de simulation Dans le nœud 2, ping l'EID attribué au nœud 1:
> 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
Appuyez sur enter pour revenir à l'invite de CLI >.
Tester le réseau
Maintenant que vous pouvez pinguer deux appareils Thread de simulation, testez le réseau maillé en mettant un nœud hors connexion.
Revenez au nœud 1 et arrêtez le thread:
> thread stop Done
Passez au nœud 2 et vérifiez l'état. Au bout de deux minutes, le nœud 2 détecte que le nœud principal (nœud 1) est hors connexion. La transition du nœud 2 devrait donc apparaître en tant que leader du réseau:
> state router Done ... > state leader Done
Une fois que vous avez confirmé, arrêtez le thread et rétablissez la configuration d'usine du nœud 2 avant de quitter. Une restauration de la configuration d'usine est effectuée pour s'assurer que les identifiants du réseau Thread que nous avons utilisés dans cet exercice ne seront pas transférés vers l'exercice suivant.
> thread stop Done > factoryreset > > exit
Rétablissez également la configuration d'usine et quittez le nœud 1:
> factoryreset > > exit
Consultez la documentation de référence de la CLI OpenThread pour explorer toutes les commandes CLI disponibles.
5. Authentifier les nœuds avec la mise en service
Dans l'exercice précédent, vous avez configuré un réseau Thread avec deux appareils de simulation et vérifié la connectivité. Toutefois, cela n'autorise que le trafic de liaison locale IPv6 non authentifié à passer entre les appareils. Pour acheminer le trafic IPv6 global entre eux (et Internet via un routeur de bordure Thread), les nœuds doivent être authentifiés.
Pour s'authentifier, un appareil doit agir en tant que "Commissaire". Le Commissioner est le serveur d'authentification actuellement élu pour les nouveaux appareils Thread et l'agent d'autorisation qui fournit les identifiants réseau requis pour que les appareils puissent le rejoindre.
Dans cet exercice, nous allons utiliser la même topologie à deux nœuds qu'auparavant. Pour l'authentification, le leader de thread agira en tant que commissaire, le routeur de threads en tant que jointer.
1. Créer un réseau
Si vous poursuivez l'exercice précédent, vous devriez déjà avoir deux fenêtres de terminal ouvertes. Si ce n'est pas le cas, assurez-vous que deux d'entre eux sont ouverts et prêts à être utilisés. L'un servira de nœud 1, l'autre de nœud 2.
Dans le nœud 1, générez le processus CLI:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Remarque:Si vous ne voyez pas l'invite > après avoir exécuté cette commande, appuyez sur enter.
Créez un ensemble de données opérationnel, validez-le en tant qu'ensemble de données actif, puis démarrez le thread:
> 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
Validez cet ensemble de données en tant qu'ensemble de données actif:
> dataset commit active Done
Affichez l'interface IPv6:
> ifconfig up Done
Démarrer l'opération du protocole Thread:
> thread start Done
Attendez quelques secondes et vérifiez que l'appareil est devenu Thread Leader:
> state leader Done
2. Démarrer le rôle de commissaire
Toujours sur le nœud 1, démarrez le rôle "Commissaire" :
> commissioner start Done
Autorisez toutes les jointures (en utilisant le caractère générique *) disposant de l'identifiant Joiner J01NME à être mise en service sur le réseau. Un Joiner est un appareil ajouté par un administrateur humain à un réseau Thread mis en service.
> commissioner joiner add * J01NME Done
3. Démarrer le rôle Joiner
Dans une deuxième fenêtre de terminal, générez un nouveau processus CLI. Il s'agit du nœud 2.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
Sur le nœud 2, activez le rôle Joiner à l'aide des identifiants Joiner J01NME.
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... patientez quelques secondes pour confirmation ...
Join success
En tant que Joiner, l'appareil (Node 2) s'est authentifié auprès du Commissioner (Node 1) et a reçu les identifiants du réseau Thread.
Maintenant que le nœud 2 est authentifié, démarrez Thread:
> thread start Done
4. Valider l'authentification réseau
Vérifiez le state sur le nœud 2 pour confirmer qu'il a maintenant rejoint le réseau. En deux minutes, le nœud 2 passe de child à router:
> state child Done ... > state router Done
5. Réinitialiser la configuration
Pour préparer l'exercice suivant, réinitialisez la configuration. Sur chaque nœud, arrêtez le thread, rétablissez la configuration d'usine et quittez l'appareil Thread simulé:
> thread stop Done > factoryreset > > exit
Vous devrez peut-être appuyer sur enter plusieurs fois pour que l'invite > réapparaisse après une commande factoryreset.
6. Gérer le réseau avec le daemon OpenThread
Pour cet exercice, nous allons simuler une instance CLI (un seul appareil de thread SoC intégré) et une instance de co-processeur radio (RCP).
ot-daemon est un mode de l'application OpenThread Posix qui utilise un socket UNIX en entrée et en sortie, afin que le cœur OpenThread puisse s'exécuter en tant que service. Un client peut communiquer avec ce service en se connectant au socket en utilisant la CLI OpenThread comme protocole.
ot-ctl est une CLI fournie par ot-daemon pour gérer et configurer le RCP. À l'aide de cela, nous connecterons le RCP au réseau créé par l'appareil Thread.
Utiliser ot-daemon
Cet exercice utilise trois fenêtres de terminal, correspondant aux éléments suivants:
- Instance CLI de l'appareil Thread simulé (nœud 1)
- Nœud de traitement
ot-daemon - Instance CLI
ot-ctl
Si vous continuez à partir de l'exercice précédent, deux fenêtres de terminal doivent déjà être ouvertes. Ouvrez-en une troisième pour vous assurer que vous disposez de trois fenêtres de terminal pour cet exercice.
1. Démarrer le nœud 1
Dans la première fenêtre de terminal, générez le processus CLI pour votre appareil Thread simulé:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Remarque:Si vous ne voyez pas l'invite > après avoir exécuté cette commande, appuyez sur enter.
Créez un ensemble de données opérationnel, validez-le en tant qu'ensemble de données actif, puis démarrez le thread:
> 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
Validez cet ensemble de données en tant qu'ensemble de données actif:
> dataset commit active Done
Affichez l'interface IPv6:
> ifconfig up Done
Démarrer l'opération du protocole Thread:
> thread start Done
Affichez les adresses IPv6 attribuées à l'interface Thread du nœud 1:
> 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 >
Comme expliqué dans l'étape Simuler un réseau Thread, une adresse est de type liaison locale (fe80) et trois sont de type réseau maillé (fd). L'EID est l'adresse du réseau maillé local dont l'adresse ne contient pas ff:fe00. Dans cet exemple de résultat, l'EID est fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab.
Identifiez l'EID spécifique dans la sortie ipaddr, qui sera utilisé pour communiquer avec le nœud.
2. Démarrer ot-daemon
Dans la deuxième fenêtre de terminal, accédez au répertoire openthread et démarrez ot-daemon pour un nœud RCP, que nous appellerons "Node 2". Utilisez l'indicateur détaillé -v pour afficher la sortie du journal et vérifier qu'elle est en cours d'exécution. Veillez à utiliser sudo:
$ cd ~/src/openthread
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-daemon -v \
'spinel+hdlc+forkpty://build/simulation/examples/apps/ncp/ot-rcp?forkpty-arg=2'
Si l'opération réussit, ot-daemon en mode détaillé génère un résultat semblable à celui-ci:
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
Laissez ce terminal ouvert et exécuté en arrière-plan. Vous n'y saisirez aucune autre commande.
3. Utiliser ot-ctl pour rejoindre le réseau
Nous n'avons encore mis en service le nœud 2 (le RCP ot-daemon) d'aucun réseau Thread. C'est là que ot-ctl entre en jeu. ot-ctl utilise la même CLI que l'application CLI OpenThread. Par conséquent, vous pouvez contrôler les nœuds ot-daemon de la même manière que les autres appareils Thread simulés.
Dans une troisième fenêtre de terminal, démarrez ot-ctl:
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-ctl >
Remarque:Si vous ne voyez pas l'invite > après avoir exécuté cette commande, appuyez sur enter.
Vous allez utiliser ot-ctl dans cette troisième fenêtre de terminal pour gérer le nœud 2 (le nœud RCP) que vous avez démarré dans la deuxième fenêtre de terminal avec ot-daemon. Vérifiez le state du nœud 2:
> state disabled Done
Obtenez le eui64 du nœud 2 pour limiter la jointure à la jointure spécifique:
> eui64 18b4300000000001 Done
Sur le nœud 1 (première fenêtre de terminal), démarrez le "Commissioner" et limitez la jointure à cette interface utilisateur:
> commissioner start Done > commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME Done
Sur le nœud 2 (troisième fenêtre de terminal), affichez l'interface réseau et rejoignez le réseau:
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... patientez quelques secondes pour confirmation ...
Join success
En tant que Joiner, le RCP (Node 2) s'est authentifié avec le Commissaire (Node 1) et a reçu les identifiants du réseau Thread.
Joignez maintenant le nœud 2 au réseau Thread:
> thread start Done
4. Valider l'authentification réseau
Vérifiez le state sur le nœud 2 pour confirmer qu'il a maintenant rejoint le réseau. En deux minutes, le nœud 2 passe de child à router:
> state child Done ... > state router Done
5. Valider la connectivité
Quittez ot-ctl à l'aide de la commande Ctrl+D ou exit, puis sur la ligne de commande de votre machine hôte, pinguez le nœud 1 en utilisant son EID avec la commande ping6. Si l'instance RCP ot-daemon est correctement jointe au réseau Thread et qu'elle communique avec lui, le ping aboutit:
$ 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. Félicitations !
Vous avez réussi à simuler votre premier réseau Thread à l'aide d'OpenThread. Parfait !
Dans cet atelier de programmation, vous avez appris à :
- Configurer la chaîne d'outils de compilation OpenThread
- Simuler un réseau Thread
- Authentifier les nœuds Thread
- Gérer un réseau Thread avec un daemon OpenThread
Pour en savoir plus, consultez les références suivantes: