Thread 邊界路由器 - IPv6 多點傳送

程式碼研究室簡介
schedule17 分鐘
subject上次更新時間:2025年4月28日
account_circle作者:Simon Lin, Jonathan Hui

1. 簡介

608c4c35050eb280.png

什麼是 Thread?

Thread 是一種以 IP 為基礎的低功率無線網狀網路通訊協定,可保護裝置之間和裝置之間的通訊。Thread 網路可根據拓撲變更,避免單點故障。

什麼是 OpenThread?

Google 發布的 OpenThread 是 Thread® 的開放原始碼實作方式。

什麼是 OpenThread 邊界路由器?

Google 發行的 OpenThread 邊界路由器 (OTBR) 是 Thread 邊界路由器的開放原始碼實作。

IPv6 多點傳送

Thread 定義了一系列的功能,支援跨異質網路 (Thread 和 Wi-Fi/乙太網路網路區段) 的多點傳送,對範圍大於本機運作範圍的多點傳播位址進行多點傳送。

Thread 邊界路由器會註冊其骨幹路由器 (BBR) 資料集,而所選 BBR 服務為主要骨幹路由器 (PBBR),負責進行多點傳播傳入/傳出。

如果地址大於本機運作範圍,Thread 裝置就會傳送 CoAP 訊息給 PBBR (多點傳播監聽器註冊,簡稱 MLR)。PBBR 會在外部介面上使用 MLDv2,以代表本機 Thread 網路,與更廣泛的 IPv6 LAN/WAN 通訊,討論需要監聽的 IPv6 多點傳送群組。此外,只有在至少一部 Thread 裝置訂閱目的地的情況下,PBBR 才會將多點傳播流量轉送至 Thread 網路。

針對 Thread Minimal End 裝置,他們可能會仰賴家長來匯總多點傳送位址,並代表他們執行 MLR 工作,或者在家長為 Thread 1.1 的情況下自行註冊。

詳情請參閱會話串規格

建構目標

在本程式碼研究室中,您將設定 Thread 邊界路由器和兩部 Thread 裝置,然後在 Thread 裝置和 Wi-Fi 裝置上啟用及驗證多點傳播功能。

學習目標

  • 如何建構支援 IPv6 多點傳播的 nRF52840 韌體。
  • 如何在 Thread 裝置上訂閱 IPv6 多點傳播位址。

軟硬體需求

  • Linux 工作站,用於建構及刷新 Thread RCP、OpenThread CLI,以及測試 IPv6 多點傳送。
  • Thread 邊界路由器的 Raspberry Pi。
  • 2 北歐半導體 nRF52840 USB 連接器 (分別用於 RCP 及 Thread 端裝置)。

2. 設定 OTBR

設定 OTBR 的最快方法,就是按照使用 Docker 指南的 OTBR 使用 Docker。

完成 OTBR 設定後,請使用 ot-ctl 驗證 OTBR 在幾秒內成為主要骨幹路由器。

> bbr state
Primary
Done
> bbr
BBR Primary:
server16: 0xF800
seqno:    21
delay:    5 secs
timeout:  3600 secs
Done

3. 建構與 Flash Thread 裝置

使用多點傳播技術建構 Thread CLI 應用程式,刷新兩個 nRF52840 DK 電路板。

版本 nRF52840 DK 韌體

按照操作說明複製專案,並建構 nRF52840 韌體。

$ cd ~/src/ot-nrf528xx
$ rm -rf build
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_MLR=ON

繼續編寫使用 nRF52840 主機板和 OpenThread 程式碼研究室建構 Thread 網路。使用 CLI 映像檔刷新裝置後,請按照「將第二個節點加入 Thread 網路」操作,將 Thread 裝置新增至 Thread 網路。針對第二部 Thread 結束裝置重複以上步驟。

4. 訂閱 IPv6 多點傳送位址

在 nRF52840 端裝置 1 上訂閱 ff05::abcd:

> ipmaddr add ff05::abcd
Done

確認 ff05::abcd 訂閱成功:

> ipmaddr
ff05:0:0:0:0:0:0:abcd            <--- ff05::abcd subscribed
ff33:40:fdde:ad00:beef:0:0:1
ff32:40:fdde:ad00:beef:0:0:1
ff02:0:0:0:0:0:0:2
ff03:0:0:0:0:0:0:2
ff02:0:0:0:0:0:0:1
ff03:0:0:0:0:0:0:1
ff03:0:0:0:0:0:0:fc
Done

在筆電上訂閱 ff05::abcd:

我們需要 Python 指令碼 subscribe6.py,才能訂閱筆電上的多點傳播位址。

複製下方程式碼並將其儲存為 subscribe6.py

import ctypes
import ctypes.util
import socket
import struct
import sys

libc = ctypes.CDLL(ctypes.util.find_library('c'))
ifname, group = sys.argv[1:]
addrinfo = socket.getaddrinfo(group, None)[0]
assert addrinfo[0] == socket.AF_INET6
s = socket.socket(addrinfo[0], socket.SOCK_DGRAM)
group_bin = socket.inet_pton(addrinfo[0], addrinfo[4][0])
interface_index = libc.if_nametoindex(ifname.encode('ascii'))
mreq = group_bin + struct.pack('@I', interface_index)
s.setsockopt(socket.IPPROTO_IPV6, socket.IPV6_JOIN_GROUP, mreq)
print("Subscribed %s on interface %s." % (group, ifname))
input('Press ENTER to quit.')

執行 subscribe6.py,在 Wi-Fi 網路介面 (例如 wlan0) 上訂閱 ff05::abcd

$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd
Subscribed ff05::abcd on interface wlan0.
Press ENTER to quit.

多點傳播訂閱項目的最終網路拓撲如下所示:

b118448c98b2d583.png

我們已在 Thread 網路的 nRF52840 終端裝置 1 和 Wi-Fi 網路的筆記型電腦上訂閱 IPv6 多點傳播位址,我們將在以下各節中驗證雙向 IPv6 多點傳播可連性。

5. 驗證傳入 IPv6 多點傳送功能

現在,我們應該可以透過 Wi-Fi 網路的 IPv6 多點傳送位址 ff05::abcd,在 Thread 網路中同時連線至 nRF52840 端裝置 1。

透過 Wi-Fi 介面對 OTBR 執行連線偵測 (ping):

$ ping -6 -b -t 5 -I wlan0 ff05::abcd
PING ff05::abcd(ff05::abcd) from 2401:fa00:41:801:83c1:a67:ae22:5346 wlan0: 56 data bytes
64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=1 ttl=64 time=57.4 ms
64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=1 ttl=64 time=84.9 ms (DUP!)
64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=2 ttl=64 time=54.8 ms
64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=2 ttl=64 time=319 ms (DUP!)
64 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=3 ttl=64 time=57.5 ms
64 bytes from 2401:fa00:41:801:8c09:1765:4ba8:48e8: icmp_seq=3 ttl=64 time=239 ms (DUP!)

# If using MacOS, use this command. The interface is typically not "wlan0" for Mac.
$ ping6 -h 5 -I wlan0 ff05::abcd

我們可以看到,OTBR 可以同時收到 nRF52840 終端裝置 1 和筆記型電腦的兩則連線偵測 (ping) 回覆,因為兩者都訂閱了 ff05::abcd。這表示 OTBR 可以從 Wi-Fi 網路將 IPv6 Ping 要求多點傳送封包轉送至 Thread 網路。

6. 驗證傳出 IPv6 多點傳送

Ping ff05::abcd 在 nRF52840 端裝置 2 上:

> ping ff05::abcd 100 10 1
108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=12 hlim=64 time=297ms
108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=12 hlim=63 time=432ms
108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=13 hlim=64 time=193ms
108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=13 hlim=63 time=306ms
108 bytes from fdb5:8d36:6af9:7669:e43b:8e1b:6f2a:b8fa: icmp_seq=14 hlim=64 time=230ms
108 bytes from 2401:fa00:41:801:64cb:6305:7c3a:d704: icmp_seq=14 hlim=63 time=279ms

nRF52840 終端裝置 2 可以接收來自 nRF52840 端裝置 1 和筆記型電腦的連線偵測 (ping)。這表示 OTBR 可以從 Thread 網路將 IPv6 Ping Reply 多點傳播套件轉送至 Wi-Fi 網路。

7. 恭喜

恭喜,您已成功設定 Thread 邊界路由器,並驗證雙向 IPv6 多點傳送!

如要進一步瞭解 OpenThread,請造訪 openthread.io

參考文件: