1. Introducción
OpenThread, lanzado por Google, es una implementación de código abierto del protocolo de red Thread. Google Nest lanzó OpenThread a fin de que la tecnología que se usa en los productos Nest esté disponible para los desarrolladores con el fin de acelerar el desarrollo de productos para el hogar conectado.
La especificación de Thread define un protocolo de comunicación de dispositivos inalámbricos, seguro y de bajo consumo basado en IPv6 para aplicaciones domésticas. OpenThread implementa todas las capas de herramientas de redes de Thread, como IPv6, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4 con seguridad MAC, establecimiento de vínculos de malla y enrutamiento de malla.
En este Codelab, se te guiará para simular una red de Thread en dispositivos simulados.
Qué aprenderás
- Cómo configurar la cadena de herramientas de compilación de OpenThread
- Cómo simular una red Thread
- Cómo autenticar nodos de Thread
- Cómo administrar una red de Thread con Daemon de OpenThread
Qué necesitarás
- git
- Conocimientos básicos de Linux y enrutamiento de red
2. Cómo configurar el sistema de compilación
Git
Se requiere Git para completar este Codelab. Descárgala e instálala antes de continuar.
Una vez instalado, sigue las instrucciones para tu SO específico a fin de descargar y compilar OpenThread.
XCode para Mac OS X
Se requiere XCode para instalar y compilar OpenThread en Mac OS X.
Después de instalar Xcode, instala las herramientas de línea de comandos de XCode:
$ xcode-select --install
Compilación en Linux / Mac OS X
Estas instrucciones de instalación se probaron en Ubuntu Server 14.04 LTS y Mac OS X Sierra 10.12.6.
Instala OpenThread. Los comandos bootstrap garantizan que la cadena de herramientas esté instalada y que el entorno esté configurado de forma correcta:
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recursive https://github.com/openthread/openthread.git $ cd openthread $ ./script/bootstrap
Usa Windows
Si prefieres Windows, te recomendamos que pruebes la versión de Docker de este Codelab.
3. Compila las aplicaciones de OpenThread
Cuando se complete la instalación, compila la aplicación de OpenThread de ejemplo. Para este Codelab, usaremos el ejemplo de la simulación.
$ cd ~/src/openthread $ ./script/cmake-build simulation
Ahora, compila OpenThread Daemon:
$ ./script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON
4. Simula una red Thread
En la aplicación de ejemplo que usarás para este Codelab, se muestra una aplicación mínima de OpenThread que expone las interfaces de configuración y administración de OpenThread a través de una interfaz de línea de comandos (CLI) básica.
Este ejercicio te guiará por los pasos mínimos necesarios para hacer ping a un dispositivo Thread simulado desde otro dispositivo simulado.
En la siguiente figura, se describe una topología básica de red de Thread. Para este ejercicio, simularemos los dos nodos que están dentro del círculo verde: un líder de subproceso y un router de subprocesos con una sola conexión entre ellos.
Haz ping a un nodo
1. Iniciar Node 1
Navega al directorio openthread y genera el proceso de la CLI para un dispositivo Thread simulado con el objeto binario ot-cli-ftd.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Nota: Si no ves el mensaje de > después de ejecutar este comando, presiona enter.
Este objeto binario implementa un dispositivo OpenThread simulado sobre POSIX. El controlador de radio IEEE 802.15.4 se implementa por encima de UDP (los marcos IEEE 802.15.4 se pasan dentro de cargas útiles de UDP).
El argumento de 1 es un descriptor de archivo que representa los bits menos importantes del IEEE EUI-64 "asignado de fábrica" para el dispositivo simulado. Este valor también se usa cuando se vincula a un puerto UDP para la emulación de radio IEEE 802.15.4 (puerto = 9000 + descriptor de archivo). Cada instancia de un dispositivo Thread simulado en este Codelab usará un descriptor de archivos diferente.
Nota: Cuando generes el proceso para un dispositivo simulado, solo se usan descriptores de archivos de 1 o superiores según se indica en este Codelab. Un descriptor de archivo de 0 está reservado para otro uso.
Crear un nuevo conjunto de datos operativo y confirmarlo como el activo El conjunto de datos operativo es la configuración de la red Thread que estás creando.
> 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
Confirme este conjunto de datos como el activo:
> dataset commit active Done
Abre la interfaz IPv6:
> ifconfig up Done
Inicia la operación del protocolo Thread:
> thread start Done
Espera unos segundos y verifica que el dispositivo se haya convertido en el líder del subproceso. El líder es el dispositivo responsable de administrar la asignación del ID del router.
> state leader Done
Visualice las direcciones IPv6 asignadas a la interfaz del subproceso de Node 1 (su resultado será diferente):
> 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
Observa los tipos de direcciones IPv6 específicos:
- Comienza con
fd= malla local - Comienza con
fe80= link-local
Los tipos de dirección locales en malla se clasifican con más detalle:
- Contiene
ff:fe00= Localizador de router (RLOC) - No contiene
ff:fe00= Identificador de extremo (EID)
Identifica el EID en el resultado de tu consola y anótalo para usarlo más tarde. En el resultado de muestra anterior, el EID es el siguiente:
fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6
2. Iniciar Node 2
Abre una terminal nueva, navega al directorio openthread y genera el proceso de la CLI. Este es tu segundo dispositivo Thread simulado:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
Nota: Si no ves el mensaje de > después de ejecutar este comando, presiona enter.
Configura la clave de red de Thread y el ID de PAN mediante los mismos valores que el conjunto de datos operativo del nodo 1:
> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Done > dataset panid 0xc169 Done
Confirme este conjunto de datos como el activo:
> dataset commit active Done
Abre la interfaz IPv6:
> ifconfig up Done
Inicia la operación del protocolo Thread:
> thread start Done
El dispositivo se inicializará como elemento secundario. Un subproceso Thread secundario es equivalente a un dispositivo final, que es un dispositivo Thread que transmite y recibe tráfico de unidifusión solo con un dispositivo superior.
> state child Done
En 2 minutos, deberías ver el cambio de estado de child a router. Un router de Thread puede enrutar el tráfico entre dispositivos de Thread. También se lo conoce como madre o padre.
> state router Done
Verifica la red
Una forma sencilla de verificar la red en malla es mirar la tabla del router.
1. Verifica la conectividad
En Node 2, obtén el RLOC16. El RLOC16 son los últimos 16 bits de la dirección IPv6 de RLOC del dispositivo.
> rloc16 5800 Done
En el Nodo 1, revisa la tabla del router para el RLOC16 del Nodo 2. Primero, asegúrate de que el nodo 2 haya cambiado al estado del router.
> 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 |
El RLOC del nodo 1 de 0xa800 se encuentra en la tabla, lo que confirma que está conectado a la malla.
2. Haga ping al nodo 1 desde el nodo 2
Verifica la conectividad entre los dos dispositivos de Thread simulados. En el Nodo 2, ping el EID asignado al Nodo 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
Presiona enter para volver al mensaje de la CLI de >.
Prueba la red
Ahora que puedes hacer ping correctamente entre dos dispositivos Thread simulados, prueba la red en malla y deja un nodo sin conexión.
Vuelva al nodo 1 y detenga el subproceso:
> thread stop Done
Cambia a Node 2 y verifica el estado. En dos minutos, el Node 2 detecta que el líder (Node 1) está sin conexión, y deberías ver que la transición del Node 2 es el leader de la red:
> state router Done ... > state leader Done
Cuando se confirme, detén Thread y restablece la configuración de fábrica del nodo 2 antes de salir. Se restablece la configuración de fábrica para garantizar que no se transfieran las credenciales de red de Thread que usamos en este ejercicio.
> thread stop Done > factoryreset > > exit
También restablece la configuración de fábrica y sal del nodo 1:
> factoryreset > > exit
Consulta la referencia de la CLI de OpenThread para explorar todos los comandos disponibles.
5. Autentica nodos con comisiones
En el ejercicio anterior, configuraste una red Thread con dos dispositivos simulados y conectividad verificada. Sin embargo, esto solo permite que el tráfico local IPv6 sin autenticación pase entre dispositivos. Para enrutar el tráfico IPv6 global entre ellos (y a Internet a través de un router de borde Thread), se deben autenticar los nodos.
A fin de autenticarse, un dispositivo debe actuar como comisionado. El comisionado es el servidor de autenticación elegido para los nuevos dispositivos Thread y el autorizador a fin de proporcionar las credenciales de red necesarias para que los dispositivos se unan a la red.
En este ejercicio, usaremos la misma topología de dos nodos que antes. Para la autenticación, el líder de Thread actuará como comisionado, es decir, el router de subprocesos como un unión.
1. Crea una red
Si continúa desde el ejercicio anterior, ya debería tener abiertas dos ventanas de terminal. De lo contrario, asegúrate de que dos estén abiertos y listos para usarse. Uno servirá como Nodo 1 y el otro como Nodo 2.
En el Nodo 1, genera el proceso de la CLI:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Nota: Si no ves el mensaje de > después de ejecutar este comando, presiona enter.
Crea un nuevo conjunto de datos operativo, confírmalo como el activo y, luego, inicia el subproceso:
> 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
Confirme este conjunto de datos como el activo:
> dataset commit active Done
Abre la interfaz IPv6:
> ifconfig up Done
Inicia la operación del protocolo Thread:
> thread start Done
Espera unos segundos y verifica que el dispositivo se haya convertido en un líder del subproceso:
> state leader Done
2. Inicie el rol de comisionado
Mientras está en el Nodo 1, inicie el rol de comisionado:
> commissioner start Done
Permita que cualquier Joiner (mediante el comodín *) con la credencial de Joiner J01NME haga la asignación a la red. Un Joiner es un dispositivo que agrega un administrador humano a una red Thread encargada.
> commissioner joiner add * J01NME Done
3. Inicie la función de Joiner
En una segunda ventana de la terminal, genere un nuevo proceso de la CLI. Esto es Node 2.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
En el nodo 2, habilita la función de Joiner con la credencial de unión J01NME.
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... espera unos segundos para la confirmación ...
Join success
Como Joiner, el dispositivo (Node 2) se autenticó correctamente con el comisionado (Node 1) y recibió las credenciales de Thread Network.
Ahora que el nodo 2 está autenticado, inicia el subproceso:
> thread start Done
4. Valida la autenticación de la red
Verifica el state en el Nodo 2 para validar que se haya unido a la red. En dos minutos, el Nodo 2 pasa de child a router:
> state child Done ... > state router Done
5. Restablecer configuración
Restablece la configuración a fin de prepararte para el próximo ejercicio. En cada nodo, detén Thread, restablece la configuración de fábrica y sal del dispositivo simulado de Thread:
> thread stop Done > factoryreset > > exit
Es posible que debas presionar enter varias veces para mostrar el mensaje de > después de un comando factoryreset.
6. Cómo administrar la red con OpenThread Daemon
Para este ejercicio, simularemos una instancia de la CLI (un solo dispositivo con subproceso de SoC incorporado) y una instancia de radioprocesador (RCP).
ot-daemon es un modo de la app de Posix de OpenThread que usa un socket UNIX como entrada y salida, de modo que el núcleo de OpenThread puede ejecutarse como un servicio. Un cliente puede comunicarse con este servicio si se conecta al socket mediante la CLI de OpenThread como protocolo.
ot-ctl es una CLI proporcionada por ot-daemon para administrar y configurar el RCP. Con esto, conectaremos el RCP a la red creada por el dispositivo Thread.
Usar ot-daemon
En este ejercicio, se usarán tres ventanas de terminal, que corresponden a lo siguiente:
- Instancia de CLI del dispositivo simulado de Thread (nodo 1)
- Proceso de
ot-daemon - Instancia de CLI
ot-ctl
Si continúa desde el ejercicio anterior, ya debería tener abiertas dos ventanas de terminal. Abra un tercero a fin de asegurarse de tener tres ventanas de terminal disponibles para este ejercicio.
1. Iniciar Node 1
En la primera ventana de la terminal, genera el proceso de la CLI para tu dispositivo Thread simulado:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Nota: Si no ves el mensaje de > después de ejecutar este comando, presiona enter.
Crea un nuevo conjunto de datos operativo, confírmalo como el activo y, luego, inicia el subproceso:
> 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
Confirme este conjunto de datos como el activo:
> dataset commit active Done
Abre la interfaz IPv6:
> ifconfig up Done
Inicia la operación del protocolo Thread:
> thread start Done
Consulta las direcciones IPv6 asignadas a la interfaz de Thread del nodo 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 >
Como se explicó en el paso Simula una red Thread, una dirección es de vínculo local (fe80) y tres son locales de la malla (fd). El EID es la dirección local de la malla que no contiene ff:fe00 en la dirección. En este resultado de muestra, el EID es fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab.
Identifica el EID específico del resultado de ipaddr, que se usará para comunicarse con el nodo.
2. Iniciar ot-daemon
En la segunda ventana de la terminal, navega al directorio openthread y, luego, inicia ot-daemon para un nodo RCP, al que llamaremos Node.2. Usa la marca detallada -v para ver el resultado del registro, confirmar que se está ejecutando y asegurarte de usar 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'
Cuando se ejecuta de forma correcta, ot-daemon en modo detallado genera un resultado similar al siguiente:
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
Deje esta terminal abierta y en ejecución en segundo plano. No ingresará más comandos.
3. Use ot-ctl para unirse a la red
Aún no le encargamos el Nodo 2 (el RCP a ot-daemon) a ninguna red de Thread. Aquí es donde ot-ctl entra en juego. ot-ctl usa la misma CLI que la app de CLI de OpenThread. Por lo tanto, puedes controlar los nodos ot-daemon de la misma manera que los otros dispositivos simulados de Thread.
En una tercera ventana de la terminal, inicia ot-ctl:
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-ctl >
Nota: Si no ves el mensaje de > después de ejecutar este comando, presiona enter.
Usarás ot-ctl en esta tercera ventana de la terminal para administrar el nodo 2 (el nodo RCP) que iniciaste en la segunda ventana de la terminal con ot-daemon. Verifica el state del nodo 2:
> state disabled Done
Obtenga el eui64 de Node 2 para restringir la unión al Joiner específico:
> eui64 18b4300000000001 Done
En Node 1 (primera ventana de la terminal), inicia el comisionado y restringe la unión para que solo use ese eui64:
> commissioner start Done > commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME Done
En el Node 2 (tercera ventana de la terminal), abre la interfaz de red y únete a la red:
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... espera unos segundos para la confirmación ...
Join success
Como Unión, el RCP (Nodo 2) se autenticó correctamente con el Comisionado (Nodo 1) y recibió las credenciales de la Red Thread.
Ahora, únete al nodo 2 en la red de Thread:
> thread start Done
4. Valida la autenticación de la red
Verifica el state en el Nodo 2 para validar que se haya unido a la red. En dos minutos, el Nodo 2 pasa de child a router:
> state child Done ... > state router Done
5. Valida la conectividad
Sal de ot-ctl con el comando Ctrl+D o exit, y en la línea de comandos de tu máquina anfitrión, haz ping al nodo 1 con su EID con el comando ping6. Si la instancia de RCP ot-daemon se unió correctamente a la red de Thread y se comunica con ella, el ping tiene éxito:
$ 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. Felicitaciones
Simulaste correctamente tu primera red Thread con OpenThread. ¡Genial!
En este Codelab aprendiste a hacer lo siguiente:
- Cómo configurar la cadena de herramientas de compilación de OpenThread
- Simula una red Thread
- Autentica nodos de subprocesos
- Cómo administrar una red de Thread con Daemon de OpenThread
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