Google berkomitmen untuk mendorong terwujudnya keadilan ras bagi komunitas Kulit Hitam. Lihat caranya.

Menyimulasikan jaringan Thread dengan OpenThread

Tetap teratur dengan koleksi Simpan dan kategorikan konten berdasarkan preferensi Anda.

1. Pengantar

26b7f4f6b3ea0700.png

OpenThread yang dirilis oleh Google merupakan implementasi open source dari protokol jaringan Thread. Google Nest telah merilis OpenThread agar teknologi yang digunakan dalam produk Nest tersedia secara luas bagi developer untuk mempercepat pengembangan produk untuk rumah yang terhubung.

Spesifikasi Thread mendefinisikan protokol komunikasi perangkat-ke-perangkat nirkabel berbasis IPv6 yang andal, aman, dan rendah daya untuk aplikasi rumah. OpenThread mengimplementasikan semua lapisan jaringan Thread termasuk IPv6, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4 dengan keamanan MAC, Mesh Link Enforcementment, dan Mesh Routing.

Codelab ini memandu Anda melakukan simulasi jaringan Thread pada perangkat yang disimulasikan.

Yang akan Anda pelajari

  • Cara menyiapkan toolchain build OpenThread
  • Cara menyimulasikan jaringan Thread
  • Cara mengautentikasi node Thread
  • Cara mengelola jaringan Thread dengan OpenThread Daemon

Yang akan Anda butuhkan

  • git
  • Pengetahuan dasar tentang Linux, pemilihan rute jaringan

2. Menyiapkan sistem build

Git

Git diperlukan untuk menyelesaikan Codelab ini. Download dan instal aplikasi sebelum melanjutkan.

Setelah diinstal, ikuti petunjuk agar OS tertentu mendownload dan mem-build OpenThread.

XCode untuk Mac OS X

XCode diperlukan untuk menginstal dan membuat OpenThread pada Mac OS X.

Setelah XCode terinstal, instal XCode Command Line Tools:

$ xcode-select --install

Mem-build pada Linux / Mac OS X

Petunjuk penginstalan ini telah diuji di Ubuntu Server 14.04 LTS dan Mac OS X Sierra 10.12.6.

Instal OpenThread. Perintah bootstrap memastikan toolchain telah terinstal dan lingkungan dikonfigurasi dengan benar:

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

Menggunakan Windows

Jika Anda lebih suka Windows, sebaiknya coba versi Docker dari Codelab ini.

3. Mem-build aplikasi OpenThread

Setelah penginstalan selesai, buat contoh aplikasi OpenThread. Untuk Codelab ini, kita menggunakan contoh simulasi.

$ cd ~/src/openthread
$ ./script/cmake-build simulation

Sekarang build OpenThread Daemon:

$ ./script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON

4. Menyimulasikan jaringan Thread

Aplikasi contoh yang akan Anda gunakan untuk Codelab ini menunjukkan aplikasi OpenThread minimal yang mengekspos konfigurasi pengelolaan dan antarmuka OpenThread melalui antarmuka command line (CLI) dasar.

Latihan ini akan memandu Anda melalui langkah-langkah minimal yang diperlukan untuk mem-ping satu perangkat Thread yang disimulasikan dari perangkat Thread tersimulasi lainnya.

Gambar di bawah ini menjelaskan topologi jaringan Thread dasar. Untuk latihan ini, kita akan menyimulasikan dua node dalam lingkaran hijau: Thread Leader dan Thread Router dengan satu koneksi di antara keduanya.

6e3aa07675f902dc.png

Ping node

1. Memulai Node 1

Buka direktori openthread dan berikan proses CLI untuk perangkat Thread yang disimulasikan menggunakan biner ot-cli-ftd.

$ cd ~/src/openthread
$ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1

Catatan: Jika Anda tidak melihat perintah > setelah menjalankan perintah ini, tekan enter.

Biner ini mengimplementasikan perangkat OpenThread yang disimulasikan di atas POSIX. Driver radio IEEE 802.15.4 diimplementasikan di atas UDP (frame IEEE 802.15.4 diteruskan dalam payload UDP).

Argumen 1 adalah deskriptor file yang mewakili bit yang paling tidak signifikan dari "factory-assigned" IEEE EUI-64 untuk perangkat yang disimulasikan. Nilai ini juga digunakan saat mengikat port UDP untuk emulasi radio IEEE 802.15.4 (port = 9000 + deskriptor file). Setiap instance perangkat Thread yang disimulasikan di Codelab ini akan menggunakan deskriptor file yang berbeda.

Catatan: Hanya gunakan deskriptor file dari 1 atau yang lebih besar, seperti yang disebutkan dalam Codelab ini saat menghasilkan proses untuk perangkat yang disimulasikan. Deskriptor file 0 dicadangkan untuk penggunaan lain.

Membuat Set Data Operasional baru dan menerapkannya sebagai yang aktif. Set Data Operasional adalah konfigurasi untuk jaringan Thread yang Anda buat.

> 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

Lakukan commit pada set data ini sebagai set data aktif:

> dataset commit active
Done

Tampilkan antarmuka IPv6:

> ifconfig up
Done

Memulai operasi protokol Thread:

> thread start
Done

Tunggu beberapa detik dan verifikasi bahwa perangkat telah menjadi Thread Leader. Leader adalah perangkat yang bertanggung jawab untuk mengelola penetapan ID router.

> state
leader
Done

Lihat alamat IPv6 yang ditetapkan ke antarmuka Thread Node 1 (output Anda akan berbeda):

> 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

Perhatikan jenis alamat IPv6 tertentu:

  • Diawali dengan fd = mesh-local
  • Diawali dengan fe80 = link-local

Jenis alamat mesh lokal diklasifikasikan lebih lanjut:

  • Berisi ff:fe00 = Pencari Router (RLOC)
  • Tidak berisi ff:fe00 = ID Endpoint (EID)

Identifikasi EID di output konsol Anda dan catat untuk digunakan nanti. Dalam contoh output di atas, EID-nya adalah:

fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6

2. Memulai Node 2

Buka terminal baru dan buka direktori openthread lalu jalankan proses CLI. Ini adalah perangkat Thread simulasi kedua Anda:

$ cd ~/src/openthread
$ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2

Catatan: Jika Anda tidak melihat perintah > setelah menjalankan perintah ini, tekan enter.

Konfigurasikan Kunci Jaringan Thread dan ID PAN, menggunakan nilai yang sama dengan Set Data Operasional Node 1'

> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786
Done
> dataset panid 0xc169
Done

Lakukan commit pada set data ini sebagai set data aktif:

> dataset commit active
Done

Tampilkan antarmuka IPv6:

> ifconfig up
Done

Memulai operasi protokol Thread:

> thread start
Done

Perangkat akan melakukan inisialisasi sendiri sebagai Turunan. Thread Turunan setara dengan Perangkat Akhir, yang merupakan perangkat Thread yang mentransmisikan dan menerima traffic unicast hanya dengan perangkat Parent.

> state
child
Done

Dalam 2 menit, Anda akan melihat tombol status dari child menjadi router. Thread Router dapat merutekan traffic antar-perangkat Thread. Hal ini juga disebut sebagai Orang Tua.

> state
router
Done

Memverifikasi jaringan

Cara mudah untuk memverifikasi jaringan mesh adalah dengan melihat tabel router.

1. Memeriksa konektivitas

Di Node 2, dapatkan RLOC16. RLOC16 adalah 16 bit terakhir dari alamat IPv6 RLOC perangkat.

> rloc16
5800
Done

Pada Node 1, periksa tabel router untuk menemukan RLOC16 Node 2. Pastikan Node 2 telah beralih ke status router terlebih dahulu.

> 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 |

RLOC node 1 dari 0xa800 ditemukan di tabel, yang mengonfirmasi bahwa node tersebut terhubung ke mesh.

2. Node Ping 1 dari Node 2

Memverifikasi konektivitas antara dua perangkat Thread yang disimulasikan. Di Node 2, ping EID yang ditetapkan ke Node 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

Tekan enter untuk kembali ke perintah CLI >.

Menguji jaringan

Setelah Anda berhasil melakukan ping antara dua perangkat Thread yang disimulasikan, uji jaringan mesh dengan menerapkan satu node secara offline.

Kembali ke Node 1 dan hentikan Thread:

> thread stop
Done

Beralihlah ke Node 2 dan periksa statusnya. Dalam dua menit, Node 2 mendeteksi bahwa pemimpin (Node 1) sedang offline, dan Anda akan melihat transisi Node 2 sebagai leader dari jaringan:

> state
router
Done
...
> state
leader
Done

Setelah dikonfirmasi, hentikan Thread dan reset Node 2 ke setelan pabrik sebelum keluar. Reset ke setelan pabrik telah dilakukan untuk memastikan kredensial jaringan Thread yang kami gunakan dalam latihan ini tidak terbawa ke latihan berikutnya.

> thread stop
Done
> factoryreset
>
> exit

Juga reset ke setelan pabrik dan keluar dari Node 1:

> factoryreset
>
> exit

Lihat Referensi CLI OpenThread untuk menjelajahi semua perintah CLI yang tersedia.

5. Mengautentikasi node dengan Komisi

Dalam latihan sebelumnya, Anda akan menyiapkan jaringan Thread dengan dua perangkat simulasi dan konektivitas terverifikasi. Namun, hal ini hanya memungkinkan traffic link-local IPv6 yang tidak diautentikasi untuk melewati antar-perangkat. Untuk mengarahkan traffic IPv6 global di antara traffic tersebut (dan internet melalui router perbatasan Thread), node harus diautentikasi.

Untuk mengautentikasi, satu perangkat harus bertindak sebagai Komisaris. Komisaris adalah server autentikasi yang saat ini dipilih untuk perangkat Thread baru, dan pemberi otorisasi untuk memberikan kredensial jaringan yang diperlukan perangkat untuk bergabung ke jaringan.

Dalam latihan ini, kita akan menggunakan topologi dua node yang sama seperti sebelumnya. Untuk autentikasi, Thread Leader akan bertindak sebagai Komisaris, Thread Router sebagai Joiner.

d6a67e8a0d0b5dcb.png

1. Buat jaringan

Jika melanjutkan latihan sebelumnya, Anda seharusnya sudah membuka dua jendela terminal. Jika tidak, pastikan dua di antaranya terbuka dan siap digunakan. Salah satunya akan berfungsi sebagai Node 1, yang lainnya sebagai Node 2.

Di Node 1, lakukan proses CLI:

$ cd ~/src/openthread
$ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1

Catatan: Jika Anda tidak melihat perintah > setelah menjalankan perintah ini, tekan enter.

Buat Set Data Operasional baru, commit sebagai yang aktif, dan mulai 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

Lakukan commit pada set data ini sebagai set data aktif:

> dataset commit active
Done

Tampilkan antarmuka IPv6:

> ifconfig up
Done

Memulai operasi protokol Thread:

> thread start
Done

Tunggu beberapa detik dan verifikasi bahwa perangkat telah menjadi Thread Leader:

> state
leader
Done

2. Memulai peran Komisaris

Saat masih berada di Node 1, mulai peran Komisaris:

> commissioner start
Done

Mengizinkan setiap Penggabung (dengan menggunakan karakter pengganti *) dengan Kredensial Gabungan J01NME untuk menetapkan komisi ke jaringan. Joiner adalah perangkat yang ditambahkan oleh administrator manusia ke Jaringan Thread yang ditugaskan.

> commissioner joiner add * J01NME
Done

3. Memulai peran Penggabung

Di jendela terminal kedua, muncul proses CLI baru. Ini adalah Node 2.

$ cd ~/src/openthread
$ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2

Di Node 2, aktifkan peran Joiner menggunakan Kredensial Penggabung J01NME.

> ifconfig up
Done
> joiner start J01NME
Done

... tunggu beberapa detik untuk konfirmasi ...

Join success

Sebagai Joiner, perangkat (Node 2) telah berhasil melakukan autentikasi sendiri dengan Commissioner (Node 1) dan menerima kredensial Thread Network.

Setelah Node 2 diautentikasi, mulai Thread:

> thread start
Done

4. Memvalidasi autentikasi jaringan

Periksa state di Node 2, untuk memvalidasi bahwa Node telah bergabung dengan jaringan. Dalam dua menit, Node 2 akan bertransisi dari child ke router:

> state
child
Done
...
> state
router
Done

5. Reset konfigurasi

Untuk mempersiapkan latihan berikutnya, reset konfigurasi. Di setiap Node, hentikan Thread, lakukan reset ke setelan pabrik, dan keluar dari perangkat Thread yang disimulasikan:

> thread stop
Done
> factoryreset
>
> exit

Anda mungkin harus menekan enter beberapa kali untuk memunculkan perintah > setelah perintah factoryreset.

6. Mengelola jaringan dengan OpenThread Daemon

Untuk latihan ini, kita akan menyimulasikan satu instance CLI (satu perangkat SoC Thread tersemat) dan satu instance Radio Co-Processor (RCP).

ot-daemon adalah mode aplikasi OpenThread Posix yang menggunakan soket UNIX sebagai input dan output, sehingga inti OpenThread dapat berjalan sebagai layanan. Klien dapat berkomunikasi dengan layanan ini dengan terhubung ke soket menggunakan OpenThread CLI sebagai protokol.

ot-ctl adalah CLI yang disediakan oleh ot-daemon untuk mengelola dan mengonfigurasi RCP. Dengan menggunakan ini, kita akan menghubungkan RCP ke jaringan yang dibuat oleh perangkat Thread.

Gunakan ot-daemon

Latihan ini akan menggunakan tiga jendela terminal, yang sesuai dengan hal berikut:

  1. Instance CLI dari perangkat Thread yang disimulasikan (Node 1)
  2. Proses ot-daemon
  3. Instance ot-ctl CLI

Jika melanjutkan dari latihan sebelumnya, Anda seharusnya sudah membuka dua jendela terminal. Buka yang ketiga untuk memastikan Anda memiliki tiga jendela terminal yang tersedia untuk latihan ini.

1. Memulai Node 1

Di jendela terminal pertama, berikan proses CLI untuk perangkat Thread yang disimulasikan:

$ cd ~/src/openthread
$ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1

Catatan: Jika Anda tidak melihat perintah > setelah menjalankan perintah ini, tekan enter.

Buat Set Data Operasional baru, commit sebagai yang aktif, dan mulai 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

Lakukan commit pada set data ini sebagai set data aktif:

> dataset commit active
Done

Tampilkan antarmuka IPv6:

> ifconfig up
Done

Memulai operasi protokol Thread:

> thread start
Done

Lihat alamat IPv6 yang ditetapkan untuk antarmuka Thread Node 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
>

Seperti yang dijelaskan pada langkah Simulasikan jaringan Thread, satu alamat adalah link-local (fe80) dan tiga alamat lainnya adalah mesh-local (fd). EID adalah alamat mesh-local yang tidak berisi ff:fe00 di alamat. Dalam contoh output ini, EID-nya adalah fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab.

Identifikasi EID tertentu dari output ipaddr Anda, yang akan digunakan untuk berkomunikasi dengan node.

2. Mulai ot-daemon

Di jendela terminal kedua, buka direktori openthread, lalu mulai ot-daemon untuk node RCP, yang akan kita sebut Node 2. Gunakan flag panjang -v sehingga Anda dapat melihat output log dan memastikan bahwa output tersebut berjalan, dan pastikan untuk menggunakan 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'

Jika berhasil, ot-daemon dalam mode panjang menghasilkan output yang mirip dengan berikut ini:

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

Biarkan terminal ini terbuka dan berjalan di latar belakang. Anda tidak akan memasukkan perintah lebih lanjut di dalamnya.

3. Gunakan ot-ctl untuk bergabung dengan jaringan

Kami belum mengirimkan Node 2 (ot-daemon RCP) ke jaringan Thread mana pun. Di sinilah ot-ctl berperan. ot-ctl menggunakan CLI yang sama dengan aplikasi OpenThread CLI. Oleh karena itu, Anda dapat mengontrol node ot-daemon dengan cara yang sama seperti perangkat Thread tersimulasi lainnya.

Di jendela terminal ketiga, mulai ot-ctl:

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

Catatan: Jika Anda tidak melihat perintah > setelah menjalankan perintah ini, tekan enter.

Anda akan menggunakan ot-ctl di jendela terminal ketiga ini untuk mengelola Node 2 (node RCP) yang Anda mulai di jendela terminal kedua dengan ot-daemon. Periksa state Node 2:

> state
disabled
Done

Dapatkan eui64 Node 2, untuk membatasi bergabung dengan Joiner tertentu:

> eui64
18b4300000000001
Done

Pada Node 1 (jendela terminal pertama), mulai Commissioner dan batasi bergabung hanya untuk eui64 tersebut:

> commissioner start
Done
> commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME
Done

Di Node 2 (jendela terminal ketiga), tampilkan antarmuka jaringan dan bergabunglah dengan jaringan:

> ifconfig up
Done
> joiner start J01NME
Done

... tunggu beberapa detik untuk konfirmasi ...

Join success

Sebagai Joiner, RCP (Node 2) telah berhasil melakukan autentikasi sendiri dengan Commissioner (Node 1) dan menerima kredensial Thread Network.

Sekarang, hubungkan Node 2 ke jaringan Thread:

> thread start
Done

4. Memvalidasi autentikasi jaringan

Periksa state di Node 2, untuk memvalidasi bahwa Node telah bergabung dengan jaringan. Dalam dua menit, Node 2 akan bertransisi dari child ke router:

> state
child
Done
...
> state
router
Done

5. Memvalidasi konektivitas

Keluar dari ot-ctl dengan menggunakan Ctrl+D atau perintah exit, dan di command line mesin host Anda, ping Node 1, menggunakan EID-nya dengan perintah ping6. Jika instance RCP ot-daemon berhasil bergabung dan berkomunikasi dengan jaringan Thread, ping berhasil:

$ 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. Selamat!

Anda telah berhasil menyimulasikan jaringan Thread pertama Anda menggunakan OpenThread. Keren!

Dalam codelab ini, Anda telah mempelajari cara:

  • Menyiapkan toolchain build OpenThread
  • Menyimulasikan jaringan Thread
  • Mengautentikasi node Thread
  • Mengelola jaringan Thread dengan OpenThread Daemon

Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut, pelajari referensi berikut: