1. 简介
Google 发布的 OpenThread 是 Thread 网络协议的开源实现。Google Nest 发布了 OpenThread，供开发者广泛使用 Nest 产品中使用的技术，以加快智能家居产品开发速度。
线程规范为家庭应用定义了基于 IPv6 的可靠、安全、低功耗无线设备到设备通信协议。OpenThread 实现了所有 Thread 网络层，包括 IPv6、6LoWPAN、IEEE 802.15.4，以及 MAC 安全机制、网格链路建立服务和网格路由。
此 Codelab 会引导您在模拟设备上模拟 Thread 网络。
学习内容
- 如何设置 OpenThread 构建工具链
- 如何模拟 Thread 网络
- 如何对 Thread 节点进行身份验证
- 如何使用 OpenThread 守护程序管理 Thread 网络
所需条件
- git
- 具备 Linux、网络路由方面的基础知识
2. 设置构建系统
Git
完成此 Codelab 需要使用 Git。请下载并安装该应用，然后再继续。
安装后，请按照适用于您的操作系统的说明下载并构建 OpenThread。
适用于 Mac OS X 的 XCode
在 Mac OS X 上安装和构建 OpenThread 需要使用 XCode。
安装 XCode 后，请安装 XCode 命令行工具：
$ xcode-select --install
在 Linux / Mac OS X 上构建
以下安装说明已在 Ubuntu Server 14.04 LTS 和 Mac OS X Sierra 10.12.6 上进行了测试。
安装 OpenThread。bootstrap 命令可确保工具链已安装并且环境配置正确：
$ mkdir -p ~/src $ cd ~/src $ git clone --recursive https://github.com/openthread/openthread.git $ cd openthread $ ./script/bootstrap
使用 Windows
如果您更喜欢 Windows，建议您尝试使用此 Codelab 的 Docker 版本。
3. 构建 OpenThread 应用
安装完成后，构建示例 OpenThread 应用。在本 Codelab 中，我们使用模拟示例。
$ cd ~/src/openthread $ ./script/cmake-build simulation
现在，构建 OpenThread 守护程序：
$ ./script/cmake-build posix -DOT_DAEMON=ON
4. 模拟线程网络
您将在此 Codelab 中使用的示例应用演示一个最小的 OpenThread 应用，该应用通过基本命令行界面 (CLI) 公开 OpenThread 配置和管理界面。
本练习介绍了 ping 另一个模拟 Thread 设备以模拟另一个 Thread 设备所需的最少步骤。
下图介绍了基本的 Thread 网络拓扑。在本练习中，我们将模拟绿色圆圈内的两个节点：线程主管和线程路由器，它们之间的连接只有一个。
Ping 节点
1. 启动节点 1
转到 openthread 目录，并使用 ot-cli-ftd 二进制文件为模拟 Thread 设备生成 CLI 进程。
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
注意：运行此命令后，如果您没有看到 > 提示，请按 enter。
此二进制文件实现了在 POSIX 之上模拟的 OpenThread 设备。IEEE 802.15.4 无线装置驱动程序在 UDP 之上实现（IEEE 802.15.4 帧在 UDP 载荷内传递）。
1 的参数是一个文件描述符，表示对于模拟设备的“工厂分配”IEEE EUI-64 的最低位。在绑定到 UDP 端口以进行 IEEE 802.15.4 无线模拟（端口 = 9000 + 文件描述符）时，也会使用此值。此 Codelab 中的模拟 Thread 设备的每个实例都将使用不同的文件描述符。
注意：在为模拟设备生成进程时，请仅使用本 Codelab 中所述的 1 或更高版本的文件描述符。0 的文件描述符专供其他用途使用。
创建一个新的操作数据集，并将其作为活跃数据集提交。Operationing Dataset 是您创建的 Thread 网络的配置。
> 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
将此数据集提交为活跃数据集：
> dataset commit active Done
启动 IPv6 接口：
> ifconfig up Done
启动线程协议操作：
> thread start Done
等待几秒钟，然后验证设备是否已成为线程领先变体。主要设备是负责管理路由器 ID 分配的设备。
> state leader Done
查看分配给节点 1 的线程接口的 IPv6 地址（输出会有所不同）：
> 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
请注意特定的 IPv6 地址类型：
- 以
fd开头 = Mesh-local - 以
fe80开头 = link-local
网状网本地地址类型进一步分类：
- 包含
ff:fe00= 路由器定位器 (RLOC) - 不包含
ff:fe00= 端点标识符 (EID)
确定控制台输出中的 EID，并记下该 ID 以供日后使用。在上面的示例输出中，EID 为：
fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6
2. 启动节点 2
打开新终端并转到 openthread 目录并生成 CLI 进程。这是您的第二个模拟 Thread 设备：
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
注意：运行此命令后，如果您没有看到 > 提示，请按 enter。
使用与节点 1 的操作数据集相同的值配置线程网络键和 PAN ID：
> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Done > dataset panid 0xc169 Done
将此数据集提交为活跃数据集：
> dataset commit active Done
启动 IPv6 接口：
> ifconfig up Done
启动线程协议操作：
> thread start Done
设备会将自身初始化为子级。Thread Child 相当于最终用户，它是仅通过父设备传输和接收单播流量的 Thread 设备。
> state child Done
在 2 分钟内，您应该会看到状态从 child 切换到 router。Thread 路由器能够在 Thread 设备之间路由流量。也称为“父级”。
> state router Done
验证网络
验证网状网络的一种简单方法是查看路由器表。
1. 检查连接情况
在节点 2 上，获取 RLOC16。RLOC16 是设备的 RLOC IPv6 地址的最后 16 位。
> rloc16 5800 Done
在节点 1 上，检查节点 2 的 RLOC16 的路由器表。请确保节点 2 已先切换到路由器状态。
> 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 |
可在表中找到节点 1 的 0xa800 RLOC，确认它已连接到网格。
2. 从节点 2 ping 节点 1
验证两个模拟 Thread 设备之间的连接。在节点 2 中，ping 分配给节点 1 的 EID：
> 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
按 enter 返回 > CLI 提示符。
测试网络
现在，您可以在两个模拟的 Thread 设备之间成功 ping 测试，方法是使一个节点离线以测试网状网络。
返回到节点 1 并停止线程：
> thread stop Done
切换到节点 2 并检查状态。在两分钟内，节点 2 检测到领先变体（节点 1）处于离线状态，您应该会看到节点 2 过渡为网络的 leader：
> state router Done ... > state leader Done
确认后，停止线程 2，然后将节点 2 恢复出厂设置。恢复出厂设置会确保此练习中使用的 Thread 网络凭据不会转到下一个练习中。
> thread stop Done > factoryreset > > exit
同时恢复出厂设置并退出节点 1：
> factoryreset > > exit
请参阅 OpenThread CLI 参考文档，探索所有可用的 CLI 命令。
5. 使用调试功能对节点进行身份验证
在前面的练习中，您将设置一个具有两个模拟设备和已验证连接的 Thread 网络。不过，这只允许未经身份验证的 IPv6 链路本地流量在设备之间传输。如需在它们之间（并通过线程边界路由器在互联网之间）路由全球 IPv6 流量，节点必须通过身份验证。
要进行身份验证，必须将一个设备用作调试器。调试器是当前选定的新 Thread 设备的身份验证服务器，也是提供设备加入网络所需的网络凭据的授权者。
在本练习中，我们将使用与之前相同的双节点拓扑。对于身份验证，Thread Leader 将充当调试器，Thread Router 则是 Joiner。
1. 创建网络
如果从上一个练习继续，您应该已经打开了两个终端窗口。如果不是，请确保两个服务器都处于打开状态，并可供使用。其中一个将用作节点 1，另一个将用作节点 2。
在节点 1 中，生成 CLI 进程：
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
注意：运行此命令后，如果您没有看到 > 提示，请按 enter。
创建一个新的操作数据集，将其作为活跃数据集提交，然后启动线程：
> 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
将此数据集提交为活跃数据集：
> dataset commit active Done
启动 IPv6 接口：
> ifconfig up Done
启动线程协议操作：
> thread start Done
等待几秒钟，并验证设备是否已成为线程领导者：
> state leader Done
2. 启动“调试器”角色
继续在 Node 1 中，启动 Commissioner 角色：
> commissioner start Done
允许任何具有 J01NME 加入者凭据的加入者（使用 * 通配符）调试网络。联接器是由真人管理员添加到委托 Thread 网络的设备。
> commissioner joiner add * J01NME Done
3. 启动 Joiner 角色
在第二个终端窗口中，生成一个新的 CLI 进程。这是节点 2。
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
在节点 2 上，使用 J01NME Joiner 凭据启用 Joiner 角色。
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... 等待几秒钟进行确认 ...
Join success
设备（节点 2）成功通过专员（节点 1）进行身份验证，并收到 Thread Network 凭据。
现在，节点 2 已通过身份验证，可以启动 Thread：
> thread start Done
4. 验证网络身份验证
在节点 2 上检查 state，以验证它现在是否已加入网络。在两天内，节点 2 会从 child 转换到 router：
> state child Done ... > state router Done
5. 重置配置
为了重置下个练习，请重置配置。在每个节点上，停止线程，恢复出厂设置，然后退出模拟的线程设备：
> thread stop Done > factoryreset > > exit
在 factoryreset 命令之后，您可能需要多次按 enter 才能使 > 提示符恢复显示。
6. 使用 OpenThread 守护程序管理网络
在本练习中，我们将模拟一个 CLI 实例（一个嵌入式 SoC 线程设备）和一个无线协处理器 (RCP) 实例。
ot-daemon 是 OpenThread Posix 应用的模式，它使用 UNIX 套接字作为输入和输出，以便 OpenThread 核心可以作为服务运行。客户端可通过使用 OpenThread CLI 作为协议连接到套接字来与此服务通信。
ot-ctl 是由 ot-daemon 提供的 CLI，用于管理和配置 RCP。通过这种方式，我们将 RCP 连接到 Thread 设备创建的网络。
使用 OT 守护程序
本练习将使用三个终端窗口，它们对应于：
- 模拟 Thread 设备的 CLI 实例（节点 1）
ot-daemon流程ot-ctl个 CLI 实例
如果从上一个练习继续，您应该已经打开了两个终端窗口。打开第三个窗口，确保您拥有 3 个可供此练习使用的终端窗口。
1. 启动节点 1
在第一个终端窗口中，为模拟 Thread 设备生成 CLI 进程：
$ cd ~/src/openthread $ ./build/simulation/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
注意：运行此命令后，如果您没有看到 > 提示，请按 enter。
创建一个新的操作数据集，将其作为活跃数据集提交，然后启动线程：
> 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
将此数据集提交为活跃数据集：
> dataset commit active Done
启动 IPv6 接口：
> ifconfig up Done
启动线程协议操作：
> thread start Done
查看分配给节点 1 的线程接口的 IPv6 地址：
> 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 >
如模拟线程网络步骤中所述，一个地址是链路本地地址 (fe80)，三个地址是网格本地地址 (fd)。EID 是地址中不包含 ff:fe00 的网格本地地址。在此示例输出中，EID 为 fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab。
从 ipaddr 输出中确定特定的 EID，此 ID 将用于与节点进行通信。
2. 启动 OT 守护程序
在第二个终端窗口中，导航到 openthread 目录，然后启动 RCP 节点的 ot-daemon（我们将称之为节点 2）。使用 -v 详细标志，以查看日志输出并确认其正在运行，并且请务必使用 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'
成功后，详细模式下的 ot-daemon 会生成类似于以下内容的输出：
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
将此终端保持打开状态并在后台运行。您不必在其中输入任何其他命令。
3. 使用 ot-ctl 加入网络
我们尚未将 Node 2 (ot-daemon RCP) 委托给任何 Thread 网络。这正是 ot-ctl 的用武之地。ot-ctl 使用与 OpenThread CLI 应用相同的 CLI。因此，您可以使用与模拟其他 Thread 设备相同的方式控制 ot-daemon 节点。
在第三个终端窗口中，启动 ot-ctl：
$ sudo ./build/posix/src/posix/ot-ctl >
注意：运行此命令后，如果您没有看到 > 提示，请按 enter。
在本第三个终端窗口中，您将使用 ot-ctl 来管理您在通过 ot-daemon 通过第二个终端窗口启动的节点 2（RCP 节点）。检查节点 2 的 state：
> state disabled Done
获取节点 2 的 eui64 以限制联接到特定联接器：
> eui64 18b4300000000001 Done
在节点 1（第一个终端窗口）上启动调试器，并仅联接 eui64：
> commissioner start Done > commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME Done
在节点 2（第三个终端窗口）上，打开网络接口并加入网络：
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... 等待几秒钟进行确认 ...
Join success
作为一名联接人员，RCP（节点 2）已成功通过专员（节点 1）进行身份验证，并收到 Thread Network 凭据。
现在，将节点 2 加入 Thread 网络：
> thread start Done
4. 验证网络身份验证
在节点 2 上检查 state，以验证它现在是否已加入网络。在两天内，节点 2 会从 child 转换到 router：
> state child Done ... > state router Done
5. 验证连接
使用 Ctrl+D 或 exit 命令，并在主机的命令行 ping 节点 1（结合使用其 EID 和 ping6 命令）后退出 ot-ctl。如果 ot-daemon RCP 实例成功加入并连接 Thread 网络，ping 会成功：
$ 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. 恭喜！
您已成功使用 OpenThread 模拟了第一个 Thread 网络。也很棒！
在此 Codelab 中，你学习了如何：
- 设置 OpenThread 构建工具链
- 模拟线程网络
- 对 Thread 节点进行身份验证
- 使用 OpenThread 守护程序管理 Thread 网络
如需了解详情，请浏览以下参考资料：