1. บทนำ
Thread คืออะไร
Thread เป็นโปรโตคอลเครือข่าย Mesh ไร้สายที่ใช้ IP และใช้พลังงานต่ำ ซึ่งช่วยให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์และอุปกรณ์กับระบบคลาวด์มีความปลอดภัย เครือข่าย Thread สามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยีเพื่อหลีกเลี่ยงจุดเดียวที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาด
OpenThread คืออะไร
OpenThread ที่ Google เปิดตัวเป็นการใช้งาน Thread® แบบโอเพนซอร์ส
OpenThread Border Router คืออะไร
OpenThread Border Router (OTBR) ที่ Google เปิดตัวเป็นการติดตั้งใช้งานโอเพนซอร์สของ Thread Border Router
มัลติแคสต์ IPv6
Thread กำหนดชุดฟีเจอร์เพื่อรองรับการส่งแบบหลายผู้รับในเครือข่ายแบบต่างกัน (Thread และส่วนเครือข่าย Wi-Fi/อีเทอร์เน็ต) สำหรับที่อยู่แบบหลายผู้รับที่มีขอบเขตใหญ่กว่าขอบเขตเฉพาะ
เราเตอร์ขอบ Thread จะลงทะเบียนชุดข้อมูลเราเตอร์แบ็กโบน (BBR) และบริการ BBR ที่เลือกคือเราเตอร์แบ็กโบนหลัก (PBBR) ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบการส่งต่อแบบหลายผู้รับขาเข้า/ขาออก
อุปกรณ์ Thread จะส่งข้อความ CoAP เพื่อลงทะเบียนที่อยู่มัลติแคสต์ไปยัง PBBR (Multicast Listener Registration หรือ MLR) หากที่อยู่ใหญ่กว่าขอบเขตเฉพาะ PBBR ใช้ MLDv2 ในอินเทอร์เฟซภายนอกเพื่อสื่อสารกับ LAN/WAN IPv6 ที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับกลุ่มมัลติแคสต์ IPv6 ที่ต้องรับฟังในนามของเครือข่าย Thread ในพื้นที่ และ PBBR จะส่งต่อการรับส่งข้อมูลแบบมัลติแคสต์ไปยังเครือข่าย Thread ก็ต่อเมื่อมีอุปกรณ์ Thread อย่างน้อย 1 เครื่องสมัครรับข้อมูลปลายทาง
สำหรับอุปกรณ์ปลายทางแบบมินิมอลของ Thread อุปกรณ์อาจต้องอาศัยอุปกรณ์หลักในการรวบรวมที่อยู่แบบมัลติแคสต์และทำ MLR ในนามของอุปกรณ์ หรือลงทะเบียนด้วยตนเองหากอุปกรณ์หลักเป็น Thread 1.1
ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ข้อกำหนดของ Thread
สิ่งที่คุณจะสร้าง
ใน Codelab นี้ คุณจะได้ตั้งค่า Thread Border Router และอุปกรณ์ Thread 2 เครื่อง จากนั้นเปิดใช้และยืนยันฟีเจอร์มัลติแคสต์ในอุปกรณ์ Thread และอุปกรณ์ Wi-Fi
สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้
- วิธีสร้างเฟิร์มแวร์ nRF52840 ที่รองรับ IPv6 Multicast
- วิธีสมัครใช้ที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6 ในอุปกรณ์ Thread
สิ่งที่คุณต้องมี
- เวิร์กสเตชัน Linux สำหรับสร้างและแฟลช Thread RCP, OpenThread CLI และทดสอบมัลติแคสต์ IPv6
- Raspberry Pi สำหรับ Thread Border Router
- ดองเกิล USB nRF52840 ของ Nordic Semiconductor 2 ตัว (1 ตัวสำหรับ RCP และ 2 ตัวสำหรับอุปกรณ์ปลายทาง Thread)
2. ตั้งค่า OTBR
วิธีที่เร็วที่สุดในการตั้งค่า OTBR คือการทำตามคู่มือการตั้งค่า OTBR
หลังจากตั้งค่า OTBR เสร็จแล้ว ให้ใช้ ot-ctl เพื่อตรวจสอบว่า OTBR กลายเป็นเราเตอร์หลักของ Backbone ภายในไม่กี่วินาที
> bbr state Primary Done > bbr BBR Primary: server16: 0xF800 seqno: 21 delay: 5 secs timeout: 3600 secs Done
3. สร้างและแฟลชอุปกรณ์ Thread
สร้างแอปพลิเคชัน Thread CLI ด้วย Multicast และแฟลชบอร์ด nRF52840 DK ทั้ง 2 บอร์ด
สร้างเฟิร์มแวร์ nRF52840 DK
ทำตามวิธีการเพื่อโคลนโปรเจ็กต์และสร้างเฟิร์มแวร์ nRF52840
$ cd ~/src/ot-nrf528xx $ rm -rf build $ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_MLR=ON
ทำตามสร้างเครือข่าย Thread ด้วยบอร์ด nRF52840 และ Codelab ของ OpenThread ตามที่เขียนไว้ หลังจากแฟลชอุปกรณ์ปลายทางด้วยรูปภาพ CLI แล้ว ให้ทำตามเข้าร่วมโหนดที่ 2 ในเครือข่าย Thread เพื่อเพิ่มอุปกรณ์ Thread ลงในเครือข่าย Thread ทำซ้ำสำหรับอุปกรณ์ปลายทาง Thread เครื่องที่ 2
4. สมัครใช้ที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6
สมัครใช้ ff05::abcd ในอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 1:
> ipmaddr add ff05::abcd Done
วิธีตรวจสอบว่าคุณสมัครใช้บริการ ff05::abcd เรียบร้อยแล้ว
> 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
สมัครรับข้อมูล ff05::abcd ในแล็ปท็อป
เราต้องมีสคริปต์ Python subscribe6.py เพื่อติดตามที่อยู่แบบมัลติคาสต์ในแล็ปท็อป
คัดลอกโค้ดด้านล่างและบันทึกเป็น 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.')
เรียกใช้ subscribe6.py เพื่อสมัครใช้บริการ ff05::abcd ในอินเทอร์เฟซเครือข่าย Wi-Fi (เช่น wlan0)
$ sudo python3 subscribe6.py wlan0 ff05::abcd Subscribed ff05::abcd on interface wlan0. Press ENTER to quit.
โทโพโลยีเครือข่ายสุดท้ายที่มีการสมัครใช้บริการมัลติแคสต์แสดงอยู่ด้านล่าง
ตอนนี้เราได้สมัครใช้ที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6 ทั้งในอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 1 ในเครือข่าย Thread และแล็ปท็อปในเครือข่าย Wi-Fi แล้ว เราจะยืนยันความสามารถในการเข้าถึงมัลติแคสต์ IPv6 แบบ 2 ทางในส่วนต่อไปนี้
5. ยืนยันมัลติแคสต์ IPv6 ขาเข้า
ตอนนี้เราควรจะเข้าถึงทั้งอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 1 ในเครือข่าย Thread และแล็ปท็อปโดยใช้ที่อยู่มัลติแคสต์ IPv6 ff05::abcd จากเครือข่าย Wi-Fi ได้
Ping ff05::abcd ใน OTBR ผ่านอินเทอร์เฟซ Wi-Fi:
$ 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
เราเห็นว่า OTBR สามารถรับการตอบกลับ ping 2 รายการจากทั้งอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 1 และแล็ปท็อป เนื่องจากทั้ง 2 อุปกรณ์ได้สมัครใช้บริการ ff05::abcd ซึ่งแสดงว่า OTBR สามารถส่งต่อแพ็กเก็ตมัลติแคสต์คำขอ Ping IPv6 จากเครือข่าย Wi-Fi ไปยังเครือข่าย Thread ได้
6. ยืนยันมัลติแคสต์ IPv6 ขาออก
Ping ff05::abcd บนอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 2:
> 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
อุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 2 สามารถรับการตอบกลับ ping จากทั้งอุปกรณ์ปลายทาง nRF52840 1 และแล็ปท็อป ซึ่งแสดงให้เห็นว่า OTBR สามารถส่งต่อแพ็กเก็ตมัลติแคสต์การตอบกลับคำสั่ง Ping IPv6 จากเครือข่าย Thread ไปยังเครือข่าย Wi-Fi ได้
7. ขอแสดงความยินดี
ยินดีด้วย คุณตั้งค่า Thread Border Router และยืนยันการมัลติแคสต์ IPv6 แบบ 2 ทางเรียบร้อยแล้ว
ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ OpenThread ได้ที่ openthread.io
เอกสารอ้างอิง: