1. Введение
OpenThread, выпущенный Google, представляет собой реализацию сетевого протокола Thread с открытым исходным кодом. Google Nest выпустил OpenThread, чтобы сделать технологию, используемую в продуктах Nest, широко доступной для разработчиков, чтобы ускорить разработку продуктов для подключенного дома.
Спецификация Thread определяет надежный, безопасный и маломощный протокол беспроводной связи между устройствами на основе IPv6 для домашних приложений. OpenThread реализует все сетевые уровни потоков, включая IPv6, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4 с безопасностью MAC, установлением Mesh Link и маршрутизацией Mesh.
Этот Codelab проведет вас через моделирование сети Thread на эмулируемых устройствах с помощью Docker.
Что вы узнаете
- Как настроить цепочку инструментов сборки OpenThread
- Как смоделировать сеть потоков
- Как аутентифицировать узлы потока
- Как управлять сетью потоков с помощью OpenThread Daemon
Что вам понадобится
- Докер
- Базовые знания Linux, сетевой маршрутизации
2. Настройте Докер
Этот Codelab предназначен для использования Docker на компьютере с Linux, Mac OS X или Windows. Linux является рекомендуемой средой.
Установить Докер
Установите Docker на выбранную вами ОС.
Извлеките образ Docker
После установки Docker откройте окно терминала и извлеките образ openthread/environment Docker. В этом образе представлены OpenThread и OpenThread Daemon, предварительно созданные и готовые к использованию в Codelab.
$ docker pull openthread/environment:latest
Обратите внимание, что для полной загрузки может потребоваться несколько минут.
В окне терминала запустите контейнер Docker из образа и подключитесь к его оболочке bash :
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
Опция --rm удаляет контейнер при выходе из него. Не используйте эту опцию, если не хотите, чтобы контейнер удалялся.
Обратите внимание на флаги, которые необходимы для этой лаборатории кода:
-
--sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0— включает IPv6 внутри контейнера. -
--cap-add=net_admin— включает возможность NET_ADMIN, которая позволяет вам выполнять операции, связанные с сетью, такие как добавление IP-маршрутов.
Оказавшись в контейнере, вы должны увидеть подсказку, подобную этой:
root@c0f3912a74ff:/#
В приведенном выше примере c0f3912a74ff — это идентификатор контейнера. Идентификатор контейнера для вашего экземпляра контейнера Docker будет отличаться от идентификатора, показанного в подсказках для этой лаборатории кода.
Использование Докера
В этой Codelab предполагается, что вы знакомы с основами использования Docker. Вы должны оставаться в контейнере Docker на протяжении всей работы Codelab.
3. Смоделируйте сеть потоков
Пример приложения, которое вы будете использовать для этой Codelab, демонстрирует минимальное приложение OpenThread, которое предоставляет интерфейсы конфигурации и управления OpenThread через базовый интерфейс командной строки (CLI).
В этом упражнении вы выполните минимальные шаги, необходимые для эхо-запроса одного эмулированного устройства Thread с другого эмулированного устройства Thread.
На рисунке ниже показана базовая топология сети Thread. В этом упражнении мы будем эмулировать два узла в зеленом круге: лидер потока и маршрутизатор потока с одним соединением между ними.
Создайте сеть
1. Запустите узел 1
Если вы еще этого не сделали, в окне терминала запустите контейнер Docker и подключитесь к его оболочке bash :
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
В контейнере Docker создайте процесс CLI для эмулируемого устройства Thread, используя двоичный файл ot-cli-ftd .
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Примечание. Если вы не видите приглашение > после выполнения этой команды, нажмите клавишу enter .
Этот двоичный файл реализует устройство OpenThread. Радиодрайвер IEEE 802.15.4 реализован поверх UDP (кадры IEEE 802.15.4 передаются в составе полезной нагрузки UDP).
Аргумент 1 — это файловый дескриптор, представляющий младшие биты «назначенного на заводе» IEEE EUI-64 для эмулируемого устройства. Это значение также используется при привязке к порту UDP для эмуляции радиосвязи IEEE 802.15.4 (порт = 9000 + файловый дескриптор). Каждый экземпляр эмулируемого устройства Thread в Codelab будет использовать другой файловый дескриптор.
Примечание. Используйте только файловые дескрипторы 1 или выше, как указано в этой лаборатории кода, при создании процесса для эмулируемого устройства. Дескриптор файла 0 зарезервирован для другого использования.
Создайте новый рабочий набор данных и зафиксируйте его как активный. Операционный набор данных — это конфигурация создаваемой вами сети потоков.
> 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
Зафиксируйте этот набор данных как активный:
> dataset commit active Done
Поднимите интерфейс IPv6:
> ifconfig up Done
Запустить операцию протокола Thread:
> thread start Done
Подождите несколько секунд и убедитесь, что устройство стало лидером потока. Лидер — это устройство, ответственное за управление назначением идентификатора маршрутизатора.
> state leader Done
Просмотрите IPv6-адреса, назначенные интерфейсу Thread узла 1 (вывод будет другим):
> 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
Обратите внимание на определенные типы адресов IPv6:
- Начинается с
fd= mesh-local - Начинается с
fe80= локальная ссылка
Типы адресов Mesh-local классифицируются далее:
- Содержит
ff:fe00= локатор маршрутизатора (RLOC) - Не содержит
ff:fe00= идентификатор конечной точки (EID)
Определите EID в выводе консоли, запишите его для дальнейшего использования. В приведенном выше примере выходных данных EID:
fd61:2344:9a52:ede0:d041:c5ba:a7bc:5ce6
2. Запустите узел 2
Откройте новый терминал и запустите оболочку bash в запущенном в данный момент контейнере Docker, чтобы использовать его для Node 2.
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
В этом новом приглашении bash запустите процесс CLI с аргументом 2 . Это ваше второе эмулированное устройство Thread:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
Примечание. Если вы не видите приглашение > после выполнения этой команды, нажмите клавишу enter .
Настройте сетевой ключ потока и идентификатор PAN, используя те же значения, что и в рабочем наборе данных узла 1:
> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Done > dataset panid 0xc169 Done
Зафиксируйте этот набор данных как активный:
> dataset commit active Done
Поднимите интерфейс IPv6:
> ifconfig up Done
Запустить операцию протокола Thread:
> thread start Done
Устройство инициализируется как дочернее. Дочерний поток эквивалентен конечному устройству, которое представляет собой устройство потока, которое передает и получает одноадресный трафик только с родительским устройством.
> state child Done
В течение 2 минут вы должны увидеть переключение состояния с child на router . Маршрутизатор потоков способен маршрутизировать трафик между устройствами потоков. Его также называют Родителем.
> state router Done
Проверьте сеть
Простой способ проверить ячеистую сеть — посмотреть таблицу маршрутизатора.
1. Проверьте подключение
На узле 2 получите RLOC16. RLOC16 — это последние 16 бит IPv6-адреса RLOC устройства.
> rloc16 5800 Done
На узле 1 проверьте таблицу маршрутизаторов на наличие RLOC16 узла 2. Убедитесь, что узел 2 сначала переключился в состояние маршрутизатора.
> 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 |
RLOC узла 2, равный 0x5800 найден в таблице, подтверждая, что он подключен к ячеистой сети.
2. Пропингуйте узел 1 с узла 2.
Проверьте подключение между двумя эмулируемыми устройствами Thread. На узле 2 ping EID, назначенный узлу 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
Нажмите enter , чтобы вернуться к подсказке > CLI.
Протестируйте сеть
Теперь, когда вы можете успешно выполнить эхо-запрос между двумя эмулированными устройствами Thread, протестируйте ячеистую сеть, отключив один узел.
Вернитесь к узлу 1 и остановите поток:
> thread stop Done
Переключитесь на узел 2 и проверьте состояние. В течение двух минут узел 2 обнаруживает, что лидер (узел 1) находится в автономном режиме, и вы должны увидеть, как узел 2 становится leader сети:
> state router Done ... > state leader Done
После подтверждения остановите Thread и сбросьте настройки Node 2 до заводских настроек, прежде чем вернуться к командной строке Docker bash . Сброс к заводским настройкам выполняется для того, чтобы учетные данные сети Thread, которые мы использовали в этом упражнении, не переносились в следующее упражнение.
> thread stop Done > factoryreset > > exit root@c0f3912a74ff:/#
Возможно, вам придется нажать enter несколько раз, чтобы вернуть приглашение > после команды factoryreset . Не выходите из контейнера Docker.
Также сброс к заводским настройкам и выход из узла 1:
> factoryreset > > exit root@c0f3912a74ff:/#
См. Справочник по интерфейсу командной строки OpenThread , чтобы изучить все доступные команды интерфейса командной строки.
4. Аутентификация узлов с вводом в эксплуатацию
В предыдущем упражнении вы настроили сеть Thread с двумя смоделированными устройствами и проверили подключение. Однако это позволяет передавать между устройствами только локальный трафик IPv6, не прошедший проверку подлинности. Для маршрутизации глобального трафика IPv6 между ними (и Интернетом через пограничный маршрутизатор потока) узлы должны быть аутентифицированы.
Для аутентификации одно устройство должно выступать в роли комиссара. Уполномоченный в настоящее время является выбранным сервером аутентификации для новых устройств Thread и авторизатором для предоставления сетевых учетных данных, необходимых для подключения устройств к сети.
В этом упражнении мы будем использовать ту же двухузловую топологию, что и раньше. Для аутентификации лидер потока будет выступать в роли комиссара, а маршрутизатор потока — в качестве присоединителя.
Докер
Для каждого узла (окна терминала) в оставшихся упражнениях убедитесь, что вы используете контейнер Docker со сборкой OpenThread. Если продолжить предыдущее упражнение, у вас все еще должны быть открыты два приглашения bash в одном и том же контейнере Docker. Если нет, см. шаг «Устранение неполадок Docker » или просто повторите упражнение «Симуляция сети потока» .
1. Создайте сеть
В узле 1 создайте процесс CLI:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Примечание. Если вы не видите приглашение > после выполнения этой команды, нажмите клавишу enter .
Создайте новый рабочий набор данных, зафиксируйте его как активный и запустите поток:
> 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
Зафиксируйте этот набор данных как активный:
> dataset commit active Done
Поднимите интерфейс IPv6:
> ifconfig up Done
Запустить операцию протокола Thread:
> thread start Done
Подождите несколько секунд и убедитесь, что устройство стало лидером потока:
> state leader Done
2. Начать роль комиссара
Находясь на узле 1, начните роль комиссара:
> commissioner start Done
Разрешить любому присоединяющемуся (используя подстановочный знак * ) с учетными данными присоединяемого J01NME вводить комиссию в сеть. Joiner — это устройство, добавляемое администратором-человеком во введенную в действие сеть потоков.
> commissioner joiner add * J01NME Done
3. Запустите роль Столяра
Во втором окне терминала в контейнере Docker создайте новый процесс CLI. Это узел 2.
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
На узле 2 включите роль присоединителя, используя учетные данные присоединителя J01NME .
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... подождите несколько секунд для подтверждения ...
Join success
В качестве присоединителя устройство (узел 2) успешно аутентифицировало себя с помощью уполномоченного (узел 1) и получило учетные данные сети потоков.
Теперь, когда узел 2 аутентифицирован, запустите Thread:
> thread start Done
4. Подтвердить сетевую аутентификацию
Проверьте state на узле 2, чтобы убедиться, что он присоединился к сети. В течение двух минут Node 2 переходит от child к router :
> state child Done ... > state router Done
5. Сбросить настройки
Чтобы подготовиться к следующему упражнению, сбросьте конфигурацию. На каждом узле остановите Thread, выполните сброс до заводских настроек и выйдите из эмулируемого устройства Thread:
> thread stop Done > factoryreset > > exit root@c0f3912a74ff:/#
Возможно, вам придется нажать enter несколько раз, чтобы вернуть приглашение > после команды factoryreset .
5. Управляйте сетью с помощью OpenThread Daemon
В этом упражнении мы собираемся смоделировать один экземпляр CLI (одно встроенное устройство SoC Thread) и один экземпляр Radio Co-Processor (RCP).
ot-daemon — это режим приложения OpenThread Posix, который использует сокет UNIX в качестве ввода и вывода, чтобы ядро OpenThread могло работать как служба. Клиент может взаимодействовать с этой службой, подключившись к сокету с помощью интерфейса командной строки OpenThread в качестве протокола.
ot-ctl — это интерфейс командной строки, предоставляемый ot-daemon для управления и настройки RCP. Используя это, мы подключим RCP к сети, созданной устройством Thread.
Докер
Для каждого узла (окна терминала) в этом упражнении убедитесь, что вы используете контейнер Docker со сборкой OpenThread. Если вы продолжаете предыдущее упражнение, у вас должно быть уже открыто два приглашения bash в одном и том же контейнере Docker. Если нет, см. шаг «Устранение неполадок Docker» .
Использовать ot-демон
В этом упражнении будут использоваться три окна терминала, соответствующие следующему:
- Экземпляр CLI моделируемого устройства Thread (узел 1)
-
ot-daemonпроцесс - экземпляр командной строки
ot-ctl
1. Запустите узел 1
В первом окне терминала создайте процесс CLI для вашего эмулируемого устройства Thread:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
Примечание. Если вы не видите приглашение > после выполнения этой команды, нажмите клавишу enter .
Создайте новый рабочий набор данных, зафиксируйте его как активный и запустите поток:
> 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
Зафиксируйте этот набор данных как активный:
> dataset commit active Done
Поднимите интерфейс IPv6:
> ifconfig up Done
Запустить операцию протокола Thread:
> thread start Done
Просмотрите IPv6-адреса, назначенные интерфейсу Thread узла 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 >
Как объяснялось в шаге «Симуляция сети потока» , один адрес является локальным для канала ( fe80 ), а три — локальными для сети ( fd ). EID — это локальный адрес сети, который не содержит ff:fe00 в адресе. В этом примере выходных данных EID равен fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab .
Определите конкретный EID из выходных данных ipaddr , который будет использоваться для связи с узлом.
2. Запустите ot-демон
Во втором окне терминала создайте узел устройства tun и установите права на чтение/запись:
root@c0f3912a74ff:/# mkdir -p /dev/net && mknod /dev/net/tun c 10 200 root@c0f3912a74ff:/# chmod 600 /dev/net/tun
Это устройство используется для передачи и приема пакетов в виртуальных устройствах. Вы можете получить сообщение об ошибке, если устройство уже было создано — это нормально и его можно игнорировать.
Запустите ot-daemon для узла RCP, который мы назовем узлом 2. Используйте подробный флаг -v , чтобы вы могли видеть вывод журнала и подтверждать, что он работает:
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/posix/src/posix/ot-daemon -v \ 'spinel+hdlc+forkpty:///openthread/build/examples/apps/ncp/ot-rcp?forkpty-arg=2'
В случае успеха ot-daemon в подробном режиме генерирует вывод, подобный следующему:
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
Оставьте этот терминал открытым и работающим в фоновом режиме. Вы не будете вводить в него никаких дополнительных команд.
3. Используйте ot-ctl для подключения к сети
Мы еще не задействовали Node 2 ( ot-daemon RCP) ни в одной сети Thread. Здесь на помощь приходит ot-ctl . ot-ctl использует тот же интерфейс командной строки, что и приложение OpenThread CLI. Таким образом, вы можете управлять узлами ot-daemon так же, как и другими имитируемыми устройствами Thread.
Откройте третье окно терминала и запустите существующий контейнер:
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
Оказавшись в контейнере, запустите ot-ctl :
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/posix/src/posix/ot-ctl >
Вы будете использовать ot-ctl в этом третьем окне терминала для управления Node 2 (узел RCP), который вы запустили во втором окне терминала с помощью ot-daemon . Проверьте state узла 2:
> state disabled Done
Получите eui64 Node 2, чтобы ограничить присоединение к определенному присоединителю:
> eui64 18b4300000000001 Done
На узле 1 (первое окно терминала) запустите Комиссара и ограничьте присоединение только этим eui64:
> commissioner start Done > commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME Done
В третьем окне терминала откройте сетевой интерфейс для Node 2 и подключитесь к сети:
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... подождите несколько секунд для подтверждения ...
Join success
Как присоединитель, RCP (узел 2) успешно аутентифицировал себя с уполномоченным (узел 1) и получил учетные данные сети потоков.
Теперь присоедините Node 2 к сети Thread (опять же, в третьем окне терминала):
> thread start Done
4. Подтвердить сетевую аутентификацию
В третьем терминале проверьте state узла 2, чтобы убедиться, что он присоединился к сети. В течение двух минут Node 2 переходит от child к router :
> state child Done ... > state router Done
5. Подтвердить подключение
В третьем окне терминала выйдите из ot-ctl , используя либо Ctrl+D , либо команду exit , и вернитесь в консоль bash контейнера. С этой консоли отправьте эхо-запрос на узел 1, используя его EID с командой ping6 . Если экземпляр RCP ot-daemon успешно присоединен к сети Thread и взаимодействует с ней, проверка связи завершается успешно:
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. Устранение неполадок с докером
Если вы вышли из контейнера Docker
bash , вам может потребоваться проверить, работает ли он, и перезапустить / повторно войти по мере необходимости. Любые созданные вами контейнеры Docker, в которых вы не использовали параметр --rm , должны по-прежнему существовать.
Чтобы показать, какие контейнеры Docker запущены:
$ docker ps CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 505fc57ffc72 environment "bash" 10 minutes ago Up 10 minutes codelab_otsim_ctnr
Чтобы показать все контейнеры Docker (как запущенные, так и остановленные):
$ docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 505fc57ffc72 environment "bash" 10 minutes ago Up 10 minutes codelab_otsim_ctnr
Если вы не видите контейнер codelab_otsim_ctnr в выводе какой-либо команды docker ps , запустите ее еще раз:
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
Используйте параметр --rm только в том случае, если вы хотите, чтобы контейнер удалялся при выходе из контейнера.
Если контейнер остановлен (перечислен в docker ps -a , но не docker ps ), перезапустите его:
$ docker start -i codelab_otsim_ctnr
Если контейнер Docker уже запущен (перечислен в docker ps ), повторно подключитесь к контейнеру в каждом терминале:
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
Ошибки "Операция не разрешена"
Если при создании новых узлов OpenThread (с помощью команды mknod ) вы столкнулись с ошибкой Operation not permitted , убедитесь, что вы используете Docker от имени пользователя root в соответствии с командами, представленными в этой лаборатории кода. Этот Codelab не поддерживает запуск Docker в режиме без рута .
7. Поздравляем!
Вы успешно смоделировали свою первую сеть Thread с помощью OpenThread. Потрясающий!
В этой лаборатории кода вы узнали, как:
- Запуск контейнера OpenThread Simulation Docker и управление им
- Смоделируйте сеть потоков
- Аутентификация узлов потока
- Управление сетью потоков с помощью OpenThread Daemon
Чтобы узнать больше о Thread и OpenThread, изучите эти ссылки:
- Учебник по теме на openthread.io
- Спецификация резьбы
- Репозиторий OpenThread GitHub
- Справочник командной строки OpenThread
- Дополнительная поддержка OpenThread Docker
Или попробуйте использовать OpenThread Border Router в контейнере Docker !