1. Introdução
O OpenThread lançado pelo Google é uma implementação de código aberto do protocolo de rede Thread. O Google Nest lançou o OpenThread para disponibilizar aos desenvolvedores a tecnologia usada nos produtos Nest para acelerar o desenvolvimento de produtos para a casa conectada.
A especificação da linha de execução define um protocolo de comunicação dispositivo a dispositivo sem fio confiável, seguro e de baixo consumo energético IPv6 para aplicativos domésticos. O OpenThread implementa todas as camadas de rede Thread, incluindo IPv6, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4 com segurança MAC, estabelecimento de link de malha e roteamento de malha.
Este codelab mostra como simular uma rede Thread em dispositivos simulados.
O que você vai aprender
- Como configurar o conjunto de ferramentas de compilação do OpenThread
- Como simular uma rede Thread
- Como autenticar nós de Thread
- Como gerenciar uma rede Thread com o Daemon do OpenThread
O que é necessário
- git
- Conhecimento básico do Linux e do roteamento de rede
2. Configurar o sistema de compilação
Git
O Git é necessário para concluir este codelab. Faça o download e a instalação antes de continuar.
Depois de instalado, siga as instruções para seu SO específico fazer o download e criar o OpenThread.
XCode para Mac OS X
O XCode é necessário para instalar e criar o OpenThread no Mac OS X.
Depois que o XCode for instalado, instale as ferramentas de linha de comando do XCode:
$ xcode-select --install
Criar no Linux / Mac OS X
Estas instruções de instalação foram testadas no Ubuntu Server 14.04 LTS e no Mac OS X Sierra 10.12.6.
Instale o OpenThread. Os comandos bootstrap garantem que o conjunto de ferramentas esteja instalado e o ambiente esteja configurado corretamente:
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recursive https://github.com/openthread/openthread.git $ cd openthread $ ./script/bootstrap $ ./bootstrap
Com o Windows
Se você preferir o Windows, recomendamos testar a versão do Docker deste codelab.
3. Criar aplicativos do OpenThread
Quando a instalação estiver concluída, crie o aplicativo OpenThread de exemplo. Neste codelab, estamos usando o exemplo de simulação.
$ cd ~/src/openthread $ ./script/cmake-build simulation
Agora crie o Daemon do OpenThread:
$ ./script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON
4. Simular uma rede Thread
O aplicativo de exemplo que você usará para este codelab demonstra um aplicativo mínimo do OpenThread que expõe a interface de configuração e gerenciamento do OpenThread por meio de uma interface de linha de comando (CLI) básica.
Esse exercício guia você pelas etapas mínimas necessárias para dar um ping em um dispositivo Thread simulado a partir de outro dispositivo simulado.
A figura abaixo descreve uma topologia de rede Thread básica. Para este exercício, vamos simular os dois nós dentro do círculo verde: um Thread Leader e Thread Router com uma única conexão entre eles.
Dar um ping em um nó
1. Iniciar nó 1
Navegue até o diretório openthread e gere o processo da CLI para um dispositivo Thread simulado usando o binário ot-cli-ftd.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Observação: se o prompt > não for exibido depois que o comando for executado, pressione enter.
Esse binário implementa um dispositivo OpenThread simulado sobre o POSIX. O driver de rádio IEEE 802.15.4 é implementado sobre UDP (os frames IEEE 802.15.4 são transmitidos em payloads UDP).
O argumento de 1 é um descritor de arquivo que representa os bits menos significativos do IEEE EUI-64 atribuído ao dispositivo simulado. Esse valor também é usado ao vincular uma porta UDP para emulação de rádio IEEE 802.15.4 (porta = 9000 + descritor de arquivo). Cada instância de um dispositivo de linha de execução simulada neste codelab usará um descritor de arquivo diferente.
Observação: use descritores de arquivos de 1 ou mais, como indicado neste codelab, ao criar o processo para um dispositivo simulado. Um descritor de arquivo 0 é reservado para outro uso.
Criar um conjunto de dados operacional e confirmá-lo como ativo. O conjunto de dados operacional é a configuração para a rede Thread que você está criando.
> 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 que este conjunto de dados é o ativo:
> dataset commit active Done
Mostrar a interface IPv6:
> ifconfig up Done
Inicie a operação do protocolo Thread:
> thread start Done
Aguarde alguns segundos e verifique se o dispositivo se tornou o Líder em linhas de execução. O líder é o dispositivo responsável por gerenciar a atribuição de IDs do roteador.
> state leader Done
Ver os endereços IPv6 atribuídos à interface Thread do Node 1' sua saída 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
Observe os tipos específicos de endereço IPv6:
- Começa com
fd= mesh-local - Começa com
fe80= link-local
Os tipos de endereço locais de malha são classificados ainda mais:
- Contém
ff:fe00= Localizador de roteadores (RLOC) - Não contém
ff:fe00= identificador de endpoint (EID)
Identifique o EID na saída do seu console e anote-o para uso posterior. No exemplo de saída acima, o EID é:
fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6
2. Iniciar nó 2
Abra um novo terminal, navegue até o diretório openthread e gere o processo da CLI. Este é o segundo dispositivo Thread simulado:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
Observação: se o prompt > não for exibido depois que o comando for executado, pressione enter.
Configure a chave de rede e a ID da PAN usando as mesmas valores do conjunto de dados operacional do nó 1:
> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Done > dataset panid 0xc169 Done
Confirme que este conjunto de dados é o ativo:
> dataset commit active Done
Mostrar a interface IPv6:
> ifconfig up Done
Inicie a operação do protocolo Thread:
> thread start Done
O dispositivo será inicializado como um filho. Um filho do Thread é equivalente a um dispositivo final, que é um dispositivo do Thread que transmite e recebe tráfego unicast somente com um dispositivo pai.
> state child Done
Em dois minutos, você verá a mudança de estado de child para router. Um roteador de linha de execução é capaz de rotear tráfego entre dispositivos. Também é conhecido como pai/mãe.
> state router Done
Verifique a rede
Uma maneira fácil de verificar a rede mesh é analisar a tabela do roteador.
1. Verificar conectividade
No Nó 2, acesse o RLOC16. O RLOC16 são os últimos 16 bits do endereço IPv6 do RLOC do dispositivo.
> rloc16 5800 Done
No Nó 1, verifique na tabela do roteador o RLOC16 do Nó 2. Certifique-se de que o Nó 2 tenha mudado para o estado do roteador primeiro.
> 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 |
O RLOC de 0xa800 do nó 1, foi encontrado na tabela, confirmando que está conectado à malha.
2. Dê um ping no nó 1 do nó 2
Verifique a conectividade entre os dois dispositivos Thread simulados. No Nó 2, ping o EID atribuído ao Nó 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
Pressione enter para retornar ao prompt da CLI >.
Testar a rede
Agora que você pode dar um ping entre dois dispositivos Thread simulados, teste a rede mesh pegando um nó off-line.
Volte ao Nó 1 e interrompa a conversa:
> thread stop Done
Alterne para o Nó 2 e verifique o estado. Em dois minutos, o nó 2 detecta que o líder (nó 1) está off-line, e você verá o nó 2 ser o leader da rede:
> state router Done ... > state leader Done
Após a confirmação, interrompa a linha de execução e redefina o nó 2 para a configuração original antes de sair. Uma redefinição para a configuração original é feita para garantir que as credenciais da rede Thread que usamos neste exercício não sejam transferidas para o próximo exercício.
> thread stop Done > factoryreset > > exit
Você também pode redefinir para a configuração original e sair do Nó 1:
> factoryreset > > exit
Consulte a Referência da CLI do OpenThread para ver todos os comandos disponíveis da CLI.
5. Autenticar nós com comissionamento
No exercício anterior, você configurou uma rede Thread com dois dispositivos simulados e conectividade verificada. No entanto, isso só permite que o tráfego local de link IPv6 não autenticado passe entre dispositivos. Para rotear o tráfego IPv6 global entre eles e a Internet usando um roteador de borda do Thread, os nós precisam ser autenticados.
Para autenticar, um dispositivo precisa funcionar como um comissário. O Commissioner é o servidor de autenticação atualmente escolhido para novos dispositivos Thread e o autorizador que fornece as credenciais de rede necessárias para que os dispositivos participem da rede.
Neste exercício, usaremos a mesma topologia de dois nós de antes. Para a autenticação, o líder da linha de execução vai atuar como o comissário, o roteador de linha de execução como um Combinador.
1. Criar uma rede
Se você continuar do exercício anterior, precisará ter duas janelas de terminal abertas. Se não estiver, verifique se duas estão abertas e prontas para uso. Um será exibido como Nó 1 e o outro como Nó 2.
No Nó 1, gere o processo da CLI:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Observação:se o prompt > não for exibido depois que o comando for executado, pressione enter.
Crie um novo conjunto de dados operacional, confirme-o como o ativo e inicie a 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
Confirme que este conjunto de dados é o ativo:
> dataset commit active Done
Mostrar a interface IPv6:
> ifconfig up Done
Inicie a operação do protocolo Thread:
> thread start Done
Aguarde alguns segundos e verifique se o dispositivo se tornou um Líder em linhas de execução:
> state leader Done
2. Começar a função de Comissário
Enquanto ainda estiver no Node 1, inicie o papel de Comissário:
> commissioner start Done
Permita que qualquer Combinador (usando o caractere curinga *) com a credencial de Joiner J01NME para comissionar na rede. Um Combinador é um dispositivo adicionado por um administrador humano a uma rede Thread encomendada.
> commissioner joiner add * J01NME Done
3. Iniciar a função de Combinador
Em uma segunda janela do terminal, crie um novo processo de CLI. Este é o Nó 2.
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
No nó 2, ative o papel de Combinador usando a credencial de combinador J01NME.
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... aguarde alguns segundos para confirmar ...
Join success
Como combinador, o dispositivo (Nó 2) foi autenticado corretamente com o Comissário (Nó 1) e recebeu as credenciais da Rede de linhas de execução.
Agora que o Node 2 está autenticado, inicie a Thread:
> thread start Done
4. Validar autenticação de rede
Verifique o state no Nó 2 para validar se ele agora entrou na rede. Em dois minutos, o Nó 2 fará a transição de child para router:
> state child Done ... > state router Done
5. Redefinir configuração
Para se preparar para o próximo exercício, redefina a configuração. Em cada nó, interrompa a linha de execução, faça uma redefinição para a configuração original e saia do dispositivo simulado da linha de execução:
> thread stop Done > factoryreset > > exit
Talvez seja necessário pressionar enter algumas vezes para retornar o prompt > após um comando factoryreset.
6. Gerenciar a rede com o OpenThread Daemon
Para este exercício, vamos simular uma instância da CLI (um único dispositivo SoC Thread incorporado) e uma instância do Radio Coprocessador (RCP).
ot-daemon é um modo do app OpenThread Posix que usa um soquete UNIX como entrada e saída. Assim, o núcleo do OpenThread pode ser executado como um serviço. O cliente pode se comunicar com esse serviço se conectando ao soquete usando a CLI do OpenThread como protocolo.
ot-ctl é uma CLI fornecida por ot-daemon para gerenciar e configurar o RCP. Usando isso, vamos conectar o RCP à rede criada pelo dispositivo Thread.
Usar ot-daemon
Este exercício usará três janelas de terminal, correspondentes ao seguinte:
- Instância da CLI do dispositivo Thread simulado (nó 1)
- Processo
ot-daemon - Instância da CLI
ot-ctl
Se você continuar do exercício anterior, precisará ter duas janelas de terminal abertas. Abra um terço para garantir que haja três janelas de terminal disponíveis para este exercício.
1. Iniciar nó 1
Na primeira janela do terminal, crie o processo da CLI para seu dispositivo Thread simulado:
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Observação: se o prompt > não for exibido depois que o comando for executado, pressione enter.
Crie um novo conjunto de dados operacional, confirme-o como o ativo e inicie a 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
Confirme que este conjunto de dados é o ativo:
> dataset commit active Done
Mostrar a interface IPv6:
> ifconfig up Done
Inicie a operação do protocolo Thread:
> thread start Done
Ver os endereços IPv6 atribuídos à interface Thread do 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 >
Conforme explicado na etapa Simular uma rede Thread, um endereço é link-local (fe80) e três são locais de malha (fd). O EID é o endereço local mesh que não contém ff:fe00 no endereço. Nesta saída de exemplo, o EID é fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab.
Identifique o EID específico da saída do ipaddr, que será usada para se comunicar com o nó.
2. Iniciar ot-daemon
Na segunda janela do terminal, navegue até o diretório openthread e inicie o ot-daemon para um nó do RCP, que chamaremos de Nó 2. Use a sinalização detalhada -v para ver a saída do registro e confirmar se ela está em execução e 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'
Quando bem-sucedido, ot-daemon no modo detalhado gera uma saída semelhante a esta:
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
Deixe o terminal aberto e em execução em segundo plano. Não é preciso inserir mais comandos.
3. Use o ot-ctl para participar da rede
Ainda não encomendamos o Nó 2 (o RCP ot-daemon) a nenhuma rede Thread. É aí que entra o ot-ctl. O ot-ctl usa a mesma CLI que o app de CLI do OpenThread. Portanto, você pode controlar os nós ot-daemon da mesma forma que os outros dispositivos simulados do Thread.
Em uma terceira janela de terminal, inicie ot-ctl:
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-ctl >
Observação:se o prompt > não for exibido depois que o comando for executado, pressione enter.
Você usará o ot-ctl nessa terceira janela de terminal para gerenciar o Nó 2 (o nó do RCP) iniciado na segunda janela do terminal com ot-daemon. Verifique o state do nó 2:
> state disabled Done
Acesse o eui64 do nó 2 e para restringir a mesclagem ao Joiner específico:
> eui64 18b4300000000001 Done
No Nó 1 (primeira janela do terminal), inicie o Comissário e restrinja a participação apenas a esse eui64:
> commissioner start Done > commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME Done
No nó 2 (terceira janela do terminal), acesse a interface de rede e participe da rede:
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... aguarde alguns segundos para confirmar ...
Join success
Como Combinador, o RCP (nó 2) foi autenticado com sucesso pelo Comissário (nó 1) e recebeu as credenciais da rede Thread.
Agora mescle o nó 2 à rede Thread:
> thread start Done
4. Validar autenticação de rede
Verifique o state no Nó 2 para validar se ele agora entrou na rede. Em dois minutos, o Nó 2 fará a transição de child para router:
> state child Done ... > state router Done
5. Validar a conectividade
Saia do ot-ctl usando o comando Ctrl+D ou exit e, na linha de comando da máquina host, dê um ping no nó 1 usando o EID com o comando ping6. Se a instância do RCP ot-daemon for mesclada e se comunicar com a rede Thread, o ping terá êxito:
$ 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. Parabéns!
Você simula a primeira rede Thread usando o OpenThread. Incrível!
Neste codelab, você aprendeu a:
- Configurar o conjunto de ferramentas de compilação do OpenThread
- Simular uma rede Thread
- Autenticar nós de Thread
- Gerenciar uma rede Thread com o Daemon do OpenThread
Para saber mais, veja estas referências: