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 emulados con Docker.
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
Requisitos
- Docker
- Conocimientos básicos de Linux y enrutamiento de red
2. Configura Docker
Este Codelab está diseñado para usar Docker en una máquina con Linux, Mac OS X o Windows. Linux es el entorno recomendado.
Instala Docker
Instala Docker en el SO que elijas.
Extrae la imagen de Docker
Una vez que Docker esté instalado, abre una ventana de terminal y extrae la imagen de Docker openthread/environment. En esta imagen, se muestran OpenThread y OpenThread Daemon compilados con anterioridad y listos para usar en este Codelab.
$ docker pull openthread/environment:latest
Ten en cuenta que la descarga puede tardar unos minutos.
En una ventana de la terminal, inicia un contenedor de Docker desde la imagen y conéctate a su shell bash:
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
La opción --rm borra el contenedor cuando sales de este. No use esta opción si no desea que se borre el contenedor.
Ten en cuenta las marcas obligatorias para este Codelab:
--sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0: Esto habilita IPv6 dentro del contenedor.--cap-add=net_admin: Habilita la función NET_ADMIN, que le permite ejecutar operaciones relacionadas con la red, como agregar rutas de IP.
Una vez que se encuentre en el contenedor, debería ver un mensaje similar al siguiente:
root@c0f3912a74ff:/#
En el ejemplo anterior, el c0f3912a74ff es el ID del contenedor. El ID de contenedor de tu instancia del contenedor de Docker será diferente del que se muestra en los mensajes de este Codelab.
Usa Docker
En este Codelab, se supone que conoces los conceptos básicos del uso de Docker. Debes permanecer en el contenedor de Docker durante todo el codelab.
3. 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 emulado desde otro dispositivo Thread emulado.
En la siguiente figura, se describe una topología básica de red de Thread. Para este ejercicio, emularemos los dos nodos dentro del círculo verde: un líder de subproceso y un router de subprocesos con una sola conexión entre ellos.
Crea la red
1. Iniciar Node 1
Si aún no lo hiciste, en una ventana de terminal, inicia el contenedor de Docker y conéctate a su shell bash:
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
En el contenedor de Docker, genera el proceso de la CLI para un dispositivo Thread emulado con el objeto binario ot-cli-ftd.
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/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. 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 emulado. 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 emulado en este Codelab usará un descriptor de archivos diferente.
Nota: Cuando generes el proceso para un dispositivo emulado, 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 y ejecuta un shell bash en el contenedor de Docker que se esté ejecutando para usarlo en Node 2.
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
En este nuevo mensaje de bash, genera el proceso de la CLI con el argumento 2. Este es tu segundo dispositivo Thread emulado:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/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 | LQ In | LQ Out | Age | Extended MAC | +----+--------+----------+-----------+--------+-------+---+--------------------+ | 20 | 0x5000 | 63 | 0 | 0 | 0 | 0 | 96da92ea13534f3b | | 22 | 0x5800 | 63 | 0 | 3 | 3 | 23 | 5a4eb647eb6bc66c |
El RLOC del nodo 2 de 0x5800 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 Thread emulados. 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 de forma correcta entre dos dispositivos Thread emulados, prueba el uso de un nodo sin conexión para probar la red en malla.
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 volver a la solicitud bash de Docker. 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 root@c0f3912a74ff:/#
Es posible que debas presionar enter varias veces para mostrar el mensaje de > después de un comando factoryreset. No salga del contenedor de Docker.
También restablece la configuración de fábrica y sal del nodo 1:
> factoryreset > > exit root@c0f3912a74ff:/#
Consulta la referencia de la CLI de OpenThread para explorar todos los comandos disponibles.
4. 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.
Docker
Para cada nodo (ventana de terminal) en los ejercicios restantes, asegúrese de ejecutar el contenedor de Docker con la compilación de OpenThread. Si continúa desde el ejercicio anterior, debería tener dos mensajes bash dentro del mismo contenedor de Docker ya abiertos. De lo contrario, consulta el paso Solución de problemas de Docker o simplemente vuelve a hacer el ejercicio Simular una red Thread.
1. Crea una red
En el Nodo 1, genera el proceso de la CLI:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/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, en el contenedor de Docker, genere un nuevo proceso de CLI. Esto es Node 2.
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/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 emulado:
> thread stop Done > factoryreset > > exit root@c0f3912a74ff:/#
Es posible que debas presionar enter varias veces para mostrar el mensaje de > después de un comando factoryreset.
5. 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.
Docker
Para cada nodo (ventana de terminal) de este ejercicio, asegúrese de que esté ejecutando el contenedor de Docker con la compilación de OpenThread. Si continúa desde el ejercicio anterior, ya debería tener abiertas dos solicitudes de bash dentro del mismo contenedor de Docker. De lo contrario, consulta el paso Solución de problemas de Docker.
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
1. Iniciar Node 1
En la primera ventana de la terminal, genera el proceso de la CLI para tu dispositivo Thread emulado:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/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, crea un nodo de dispositivo tun y configura los permisos de lectura y escritura:
root@c0f3912a74ff:/# mkdir -p /dev/net && mknod /dev/net/tun c 10 200 root@c0f3912a74ff:/# chmod 600 /dev/net/tun
Este dispositivo se utiliza para la recepción y transmisión de paquetes en dispositivos virtuales. Es posible que recibas un error si el dispositivo ya se creó, lo cual es normal y puede ignorarse.
Inicia ot-daemon para un nodo de RCP, al que llamaremos Node.2 Usa la marca detallada -v para ver el resultado del registro y confirmar que se esté ejecutando:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/posix/src/posix/ot-daemon -v \ 'spinel+hdlc+forkpty:///openthread/build/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[31]: Running OPENTHREAD/297a880; POSIX; Feb 1 2022 04:43:39 ot-daemon[31]: Thread version: 3 ot-daemon[31]: Thread interface: wpan0 ot-daemon[31]: RCP version: OPENTHREAD/297a880; SIMULATION; Feb 1 2022 04:42:50
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.
Abre una tercera ventana de la terminal y ejecuta el contenedor existente:
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
Una vez que estés en el contenedor, inicia ot-ctl:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/posix/src/posix/ot-ctl >
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 la tercera ventana de la terminal, abre la interfaz de red para el nodo 2 y une 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, une el nodo 2 a la red Thread (de nuevo, en la tercera ventana de la terminal):
> thread start Done
4. Valida la autenticación de la red
En la tercera terminal, 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
En la tercera ventana de la terminal, cierra ot-ctl mediante el comando Ctrl+D o exit, y regresa a la consola bash del contenedor. Desde esta consola, haz ping al nodo 1 mediante 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:
root@c0f3912a74ff:/# 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
6. Solución de problemas de Docker
Si salió del contenedor de Docker
Mensajes bash: Es posible que debas verificar si se está ejecutando y reiniciar o volver a ingresar la información si es necesario. Deben existir todos los contenedores de Docker que creaste en los que no usaste la opción --rm.
Para mostrar qué contenedores de Docker están en ejecución, haz lo siguiente:
$ docker ps CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 505fc57ffc72 environment "bash" 10 minutes ago Up 10 minutes codelab_otsim_ctnr
Para mostrar todos los contenedores de Docker (en ejecución y detenidos), haz lo siguiente:
$ docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 505fc57ffc72 environment "bash" 10 minutes ago Up 10 minutes codelab_otsim_ctnr
Si no ves el contenedor codelab_otsim_ctnr en el resultado de cualquiera de los comandos docker ps, vuelve a ejecutarlo:
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
Solo usa la opción --rm si deseas que el contenedor se borre cuando salgas del contenedor.
Si el contenedor se detiene (se muestra en docker ps -a, pero no en docker ps), reinícialo:
$ docker start -i codelab_otsim_ctnr
Si el contenedor de Docker ya se está ejecutando (se indica en docker ps), vuelve a conectarte al contenedor en cada terminal:
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
Errores "Operación no permitida"
Si encuentras errores Operation not permitted cuando creas nodos de OpenThread nuevos (con el comando mknod), asegúrate de ejecutar Docker como el usuario raíz de acuerdo con los comandos proporcionados en este Codelab. Este Codelab no admite la ejecución de Docker en el modo sin permisos de administrador.
7. Felicitaciones
Simulaste correctamente tu primera red Thread con OpenThread. ¡Genial!
En este Codelab aprendiste a hacer lo siguiente:
- Inicia y administra el contenedor de Docker de simulación de OpenThread
- Simula una red Thread
- Autentica nodos de subprocesos
- Cómo administrar una red de Thread con Daemon de OpenThread
Para obtener más información sobre Thread y OpenThread, explora estas referencias:
- Thread Primer en openthread.io
- Especificación de la conversación
- Repositorio de GitHub de OpenThread
- Referencia de la CLI de OpenThread
- Compatibilidad adicional con Docker de OpenThread
También puede usar el router de borde de OpenThread en un contenedor de Docker.