1. 簡介
什麼是 Thread？
Thread 是一種 IP 架構的低耗電無線網格網路通訊協定，可實現安全的裝置對裝置和裝置對雲端通訊。Thread 網路可因應拓撲結構變更，避免單點故障。
什麼是 OpenThread？
Google 發布的 OpenThread 是 Thread® 的開放原始碼實作項目。
什麼是 OpenThread 邊界路由器？
Google 發布的 OpenThread Border Router (OTBR) 是 Thread 邊界路由器的開放原始碼實作項目。
IPv6 多播
Thread 定義了一系列功能，可支援跨不同網路 (Thread 和 Wi-Fi/乙太網路區段) 的多播，適用於範圍大於本機領域的多播位址。
Thread 邊界路由器會註冊其主機路由器 (BBR) 資料集，而所選的 BBR 服務是主要主機路由器 (PBBR)，負責多播入站/出站轉送。
如果位址比本體區域大，Thread 裝置會傳送 CoAP 訊息，將多點傳播位址註冊到 PBBR (多點傳播事件監聽器註冊，簡稱 MLR)。PBBR 會在外部介面上使用 MLDv2，代表本機 Thread 網路向更廣泛的 IPv6 LAN/WAN 通訊，說明需要監聽的 IPv6 多播群組。只有在目的地至少有一個 Thread 裝置訂閱時，PBBR 才會將多點傳播流量轉送至 Thread 網路。
對於 Thread 最小端點裝置，它們可能會依賴其上層裝置匯總多播位址，並代為執行 MLR；如果上層裝置是 Thread 1.1，則可自行註冊。
詳情請參閱「執行緒規格」。
建構目標
在本程式碼研究室中，您將設定 Thread 邊界路由器和兩個 Thread 裝置，然後在 Thread 裝置和 Wi-Fi 裝置上啟用並驗證多播功能。
學習目標
- 如何建構支援 IPv6 多點傳送的 nRF52840 韌體。
- 如何在 Thread 裝置上訂閱 IPv6 多點傳送位址。
事前準備
- Linux 工作站，用於建構及刷新 Thread RCP、OpenThread CLI，以及測試 IPv6 多點傳送。
- 用於 Thread 邊界路由器的 Raspberry Pi。
- 2 個 Nordic Semiconductor nRF52840 USB 轉接器 (一個用於 RCP，兩個用於 Thread 端裝置)。
2. 設定 OTBR
如要快速設定 OTBR，請按照OTBR 設定指南操作。
OTBR 設定完成後，請使用 ot-ctl 驗證 OTBR 是否在幾秒內成為主要主幹路由器。
> bbr state Primary Done > bbr BBR Primary: server16: 0xF800 seqno: 21 delay: 5 secs timeout: 3600 secs Done
3. 建構及刷新 Thread 裝置
使用多點傳送功能建構 Thread CLI 應用程式，並對兩個 nRF52840 DK 板進行閃燈。
建構 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
請繼續參閱「使用 nRF52840 主機板和 OpenThread 程式碼研究室建構 Thread 網路」一文。使用 CLI 映像檔刷新終端裝置後，請按照「將第二個節點加入 Thread 網路」中的步驟，將 Thread 裝置加入 Thread 網路。針對第二個 Thread 端裝置重複上述步驟。
4. 訂閱 IPv6 多播位址
在 nRF52840 終端裝置 1 上訂閱 ff05::abcd：
> ipmaddr add ff05::abcd Done
確認 ff05::abcd 已成功訂閱：
> 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 才能訂閱筆記型電腦上的多播位址。
複製下列程式碼，並儲存為 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 即可在 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.
以下是包含多播訂閱的最終網路拓撲：
在 Thread 網路中的 nRF52840 終端裝置 1 和 Wi-Fi 網路中的筆電上，我們已訂閱 IPv6 多點傳送位址，因此接下來將在下列章節中驗證雙向 IPv6 多點傳送可連性。
5. 驗證入站 IPv6 多播
目前，我們應該可以使用 Wi-Fi 網路的 IPv6 多播位址 ff05::abcd，連線至 Thread 網路中的 nRF52840 終端裝置 1 和筆記型電腦。
透過 Wi-Fi 介面在 OTBR 上 ping ff05::abcd：
$ 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 可以從 nRF52840 終端裝置 1 和筆電接收兩個 ping 回應，因為兩者都已訂閱 ff05::abcd。這表示 OTBR 可以將 IPv6 Ping 要求多點傳送封包從 Wi-Fi 網路轉送至 Thread 網路。
6. 驗證外寄 IPv6 多播
在 nRF52840 終端裝置 2 上 ping ff05::abcd：
> 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 可同時接收來自 nRF52840 終端裝置 1 和筆記型電腦的 ping 回應。這表示 OTBR 可以將 IPv6 Ping 回覆多點傳送封包從 Thread 網路轉送至 Wi-Fi 網路。
7. 恭喜
恭喜！你已成功設定 Thread 邊界路由器，並驗證雙向 IPv6 多播！
如要進一步瞭解 OpenThread，請造訪 openthread.io。
參考文件：