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，以便让开发者广泛使用 Nest 产品中使用的技术，从而加速开发智能互联家居产品。
线程规范为家庭应用定义了基于 IPv6 的可靠、低功耗的无线设备到设备通信协议。OpenThread 实现了所有线程网络层，包括 IPv6、6LoWPAN、IEEE 802.15.4（MAC 安全）、网格链接建立和网格路由。
此 Codelab 将引导您使用 Docker 在模拟设备上模拟线程网络。
学习内容
- 如何设置 OpenThread 构建工具链
- 如何模拟线程网络
- 如何对线程节点进行身份验证
- 如何使用 OpenThread 守护程序管理线程网络
所需条件
- Docker
- Linux 和网络路由基础知识
2. 设置 Docker
此 Codelab 设计为在 Linux、Mac OS X 或 Windows 计算机上使用 Docker。建议使用 Linux。
安装 Docker
在您选择的操作系统上安装 Docker。
拉取 Docker 映像
安装 Docker 后，打开一个终端窗口并拉取 openthread/environment Docker 映像。此映像包含已预构建并可用于此 Codelab 的 OpenThread 和 OpenThread 守护程序。
$ docker pull openthread/environment:latest
请注意，下载可能需要几分钟的时间。
在终端窗口中，从映像启动 Docker 容器并连接到其 bash shell：
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
请注意此 Codelab 所需的标志：
--sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0- 在容器中启用 IPv6--cap-add=net_admin- 启用 NET_ADMIN 功能，让您能够执行网络相关操作，例如添加 IP 路由
进入容器后，您应该会看到如下所示的提示：
root@c0f3912a74ff:/#
在上面的示例中，c0f3912a74ff 是容器 ID。Docker 容器实例的容器 ID 与此 Codelab 的提示中显示的容器 ID 不同。
使用 Docker
本 Codelab 假定您已掌握使用 Docker 的基础知识。您应该在整个 Codelab 中留在 Docker 容器中。
3.模拟线程网络
您将在此 Codelab 中使用的示例应用演示了一个基本 OpenThread 应用，该应用通过基本命令行界面 (CLI) 公开 OpenThread 配置和管理接口。
本练习将向您介绍从一个模拟线程对象对另一个模拟线程设备进行 ping 操作所需的最少步骤。
下图介绍了基本的线程网络拓扑。在本练习中，我们将模拟绿色圆圈中的两个节点：线程主节点和线程路由器，它们之间的具有单个连接。
创建网络
1. 启动节点 1
如果尚未启动，请在终端窗口中启动 Docker 容器并连接到其 bash shell：
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
在 Docker 容器中，使用 ot-cli-ftd 二进制文件为模拟线程设备生成 CLI 进程。
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
注意：如果在运行此命令后没有看到 > 提示，请按 enter。
此二进制文件实现了 OpenThread 设备。IEEE 802.15.4 无线驱动程序在 UDP 的基础上实现（IEEE 802.15.4 帧在 UDP 载荷内传递）。
1 的参数是一个文件描述符，表示所模拟设备的“出厂分配”IEEE EUI-64 的最低有效位。绑定到 IEEE 802.15.4 无线模拟的 UDP 端口（端口 = 9000 + 文件描述符）时也会使用该值。此 Codelab 中每个模拟线程设备的实例将使用不同的文件描述符。
注意：在为模拟设备生成进程时，只能使用此 Codelab 中所述的 1 或更大的文件描述符。0 的文件描述符已预留，供其他用途使用。
创建新的操作数据集并将其作为活动数据集提交。Operational Dataset 在您要创建的线程网络进行配置。
> 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
将此数据集作为活动数据集提交：
> 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。“领先设备”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（您的输出将有所不同）：
> 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
网格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)
识别控制台输出中的 EID，并记下该 ID 以备日后使用。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，并在当前正在运行的 Docker 容器中执行 bash shell 以用于 Node 2。
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
在这个新的 bash 提示符下，使用参数 2 生成 CLI 进程。这是您的第二个模拟线程设备：
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
注意：如果在运行此命令后没有看到 > 提示，请按 enter。
使用与节点 1 的运营数据集相同的值配置线程网络密钥和 PAN ID：
> dataset networkkey e4344ca17d1dca2a33f064992f31f786 Done > dataset panid 0xc169 Done
将此数据集作为活动数据集提交：
> dataset commit active Done
启动 IPv6 接口：
> ifconfig up Done
启动线程协议操作：
> thread start Done
设备将自己初始化为子级。线程子项相当于终端设备，而终端设备是仅通过父设备发送和接收单播流量的线程设备。
> state child Done
在 2 分钟内，您应该会看到状态从 child 变为 router。线程路由器能够在线程设备之间路由流量。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
在节点 2 上，获取 RLOC16。RLOC16 是设备 RLOC IPv6 地址的最后 16 位。
> rloc16 5800 Done
在节点 1 上，检查路由器 2 的 RLOC16 路由器表。确保节点 2 首先已切换到路由器状态。
> 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 |
在表格中找到了节点 2 的 0x5800 的 RLOC，以确认它已连接到网格。
2. 从节点 2 中 Ping 节点 1
验证两个模拟线程设备之间的连接。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。
测试网络
现在，您可以在两个模拟线程设备之间成功进行 ping 操作，只需使一个节点离线即可测试网格网络。
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 检测到主节点（节点 1）处于离线状态，您应该会看到节点 2 的转换是网络的 leader：
> state router Done ... > state leader Done
确认后，停止线程并将节点 2 恢复出厂设置，然后退出到 Docker bash 提示符。完成恢复出厂设置操作，以确保我们在本练习中使用的线程网络凭据不会转移到下一个练习。
> thread stop Done > factoryreset > > exit root@c0f3912a74ff:/#
您可能需要按 enter 几次，才能在 factoryreset 命令之后再次显示 > 提示。请勿退出 Docker 容器。
同时恢复出厂设置并退出节点 1：
> factoryreset > > exit root@c0f3912a74ff:/#
如需了解所有可用的 CLI 命令，请参阅 OpenThread CLI 参考。
4.通过调试对节点进行身份验证
在上一练习中，您设置了具有两个模拟设备和已验证连接的线程网络。但是，这只允许未通过身份验证的 IPv6 链路本地流量在设备之间传递。如需在这些地址（以及通过线程边界路由器的互联网）之间路由全球 IPv6 流量，您必须对节点进行身份验证。
为了进行身份验证，一台设备必须充当专员。委员是目前选对新线程设备的身份验证服务器，授权者提供加入网络所需的网络凭据。
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，线程领导者将充当专员，即线程路由器成为连接者。
Docker
对于其余练习中的每个节点（终端窗口），请确保使用 OpenThread build 运行 Docker 容器。 如果从上一个练习继续，则同一个 Docker 容器内仍应有两个 bash 提示符打开。如果没有，请参阅 Docker 问题排查步骤，或直接重做模拟线程网络练习。
1. 创建网络
在节点 1 中，生成 CLI 进程：
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
注意：如果在运行此命令后没有看到 > 提示，请按 enter。
创建一个新的操作性数据集，将其作为活动数据集提交，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
将此数据集作为活动数据集提交：
> 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. 启动专员角色
仍在 Node 1 上，启动专员角色：
> commissioner start Done
允许任何具有 J01NME 连接器凭据的连接器（使用 * 通配符）向网络进行调试。连接符是由人类管理员添加到某个委托线程网络的设备。
> commissioner joiner add * J01NME Done
3.启动 Joiner 角色
在第二个终端窗口的 Docker 容器中生成新的 CLI 进程。这是节点 2。
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 2
在节点 2 上，使用 J01NME 连接器凭据启用“连接者”角色。
> ifconfig up Done > joiner start J01NME Done
... 等待几秒钟进行确认 ...
Join success
作为联接者，设备 (Node 2) 已成功通过专员 (Node 1) 验证自身身份，并且获得了线程网络凭据。
现在 Node 2 已通过身份验证，请启动线程：
> thread start Done
4.验证网络身份验证
检查节点 2 上的 state，以验证其现已加入网络。在两分钟内，节点 2 从 child 转换到 router：
> state child Done ... > state router Done
5. 重置配置
如需准备下一个练习，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 root@c0f3912a74ff:/#
您可能需要按 enter 几次，才能在 factoryreset 命令之后再次显示 > 提示。
5. 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）和一个无线电协处理器 (RCP) 实例。
ot-daemon 是 OpenThread Posix 应用的模式，该模式使用 UNIX 套接字作为输入和输出，以便 OpenThread 核心可以作为服务运行。客户端可以使用 OpenThread CLI 作为协议连接到套接字，以便与该服务通信。
ot-ctl 是 ot-daemon 提供的 CLI，用于管理和配置 RCP。通过使用此网址，我们会将 RCP 连接到线程设备创建的网络。
Docker
对于本练习中的每个节点（终端窗口），请确保运行包含 OpenThread build 的 Docker 容器。 如果继续之前的练习，您应该已经打开同一 Docker 容器中的两条 bash 提示。如果没有，请参阅 Docker 问题排查步骤。
使用 ot-daemon
本练习将使用三个终端窗口，分别对应于：
- 模拟线程设备的 CLI 实例（节点 1）
ot-daemon个进程ot-ctlCLI 实例
1. 启动节点 1
在第一个终端窗口中，为模拟线程设备生成 CLI 进程：
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/examples/apps/cli/ot-cli-ftd 1
注意：如果在运行此命令后没有看到 > 提示，请按 enter。
创建一个新的操作性数据集，将其作为活动数据集提交，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
将此数据集作为活动数据集提交：
> 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 (fe80)，三个是网格本地 (fd)。 EID 是网格本地地址，地址中不包含 ff:fe00。在此示例输出中，EID 为 fd55:cf34:dea5:7994:460:872c:e807:c4ab。
从 ipaddr 输出中找到将用于与节点通信的特定 EID。
2. 启动 ot-daemon
在第二个终端窗口中，创建 tun 设备节点并设置读/写权限：
root@c0f3912a74ff:/# mkdir -p /dev/net && mknod /dev/net/tun c 10 200 root@c0f3912a74ff:/# chmod 600 /dev/net/tun
此设备用于在虚拟设备中传输和接收数据包。如果设备已创建，则可能会收到错误消息，这是正常现象，可以忽略。
为 RCP 节点启动 ot-daemon，我们将称为节点 2。使用 -v 详细标志，以便查看日志输出并确认其正在运行：
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/posix/src/posix/ot-daemon -v \ 'spinel+hdlc+forkpty://openthread/build/examples/apps/ncp/ot-rcp?forkpty-arg=2'
如果成功，详细模式中的 ot-daemon 会生成类似于以下内容的输出：
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
让此终端在后台运行并在后台运行。您无需在其中输入任何其他命令。
3.使用 ot-ctl 加入网络
我们尚未向任何线程网络委托节点 2 (ot-daemon RCP)。这就是 ot-ctl 发挥作用的地方。ot-ctl 使用与 OpenThread CLI 应用相同的 CLI。因此，您可以使用与其他模拟线程设备相同的方式控制 ot-daemon 节点。
打开第三个终端窗口并执行现有容器：
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
进入容器后，启动 ot-ctl：
root@c0f3912a74ff:/# /openthread/build/posix/src/posix/ot-ctl >
您将在第三个终端窗口中使用 ot-ctl 来管理您通过 ot-daemon 从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，启动专员，并将其限制为仅加入该 eui64：
> commissioner start Done > commissioner joiner add 18b4300000000001 J01NME Done
在第三个终端窗口中，启动节点 2 的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
作为联接者，RCP（节点 2）已成功向专员（节点 1）验证自身的身份并获得了线程网络凭据。
现在，将 Node 2 加入线程网络（同样在第三个终端窗口中）：
> thread start Done
4.验证网络身份验证
在第三个终端中，检查节点 2 上的 state，以验证其现已加入网络。在两分钟内，节点 2 从 child 转换到 router：
> state child Done ... > state router Done
5. 验证连接
在第三个终端窗口中，按 Ctrl+D 退出 ot-ctl 并返回容器的 bash 控制台。在此控制台中，使用 ping6 命令对其节点的 EID 进行 ping 操作。如果 ot-daemon RCP 实例成功连接到线程网络并与之通信，则 ping 成功：
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.Docker 问题排查
如果您已退出 Docker 容器
bash 提示，您可能需要检查它是否正在运行，并根据需要重启 / 重新输入。
要显示正在运行的 Docker 容器，请执行以下操作：
$ docker ps CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 505fc57ffc72 environment "bash" 10 minutes ago Up 10 minutes codelab_otsim_ctnr
要显示所有 Docker 容器（包括正在运行和已停止），请执行以下操作：
$ docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 505fc57ffc72 environment "bash" 10 minutes ago Up 10 minutes codelab_otsim_ctnr
如果您在任一 docker ps 命令的输出中看不到容器 codelab_otsim_ctnr，请再次运行它：
$ docker run --name codelab_otsim_ctnr -it --rm \ --sysctl net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 \ --cap-add=net_admin openthread/environment bash
如果容器已停止（在 docker ps -a 中列出，而不是在 docker ps 中），请重启该容器：
$ docker start -i codelab_otsim_ctnr
如果 Docker 容器已在运行（在 docker ps 中列出），请在每个终端中重新连接到该容器：
$ docker exec -it codelab_otsim_ctnr bash
“不允许执行此操作”错误
如果您在创建新的 OpenThread 节点时遇到 Operation not permitted 错误（使用 mknod 命令），请确保根据此 Codelab 中提供的命令以根用户身份运行 Docker。此 Codelab 不支持在无根节点模式下运行 Docker。
7. 恭喜！
您已成功使用 OpenThread 模拟了第一个线程网络。棒极了！
在此 Codelab 中，您学习了如何执行以下操作：
- 启动和管理 OpenThread Simulation Docker 容器
- 模拟线程网络
- 对线程节点进行身份验证
- 使用 OpenThread 守护程序管理线程网络
如需详细了解线程和 OpenThread，请浏览以下参考文档：