Пограничный маршрутизатор потока — обеспечивает доступ в Интернет через NAT64.

О практической работе

23 минуты

Последнее обновление: 5 мая 2025 г.

Авторы: Song Guo, Jonathan Hui

1. Введение

Что такое нить?

Thread — это протокол беспроводной ячеистой сети с низким энергопотреблением на основе IP, который обеспечивает безопасную связь между устройствами и между устройствами и облаком. Сети потоков могут адаптироваться к изменениям топологии, чтобы избежать единичных сбоев.

Что такое OpenThread?

OpenThread, выпущенный Google, представляет собой реализацию Thread® с открытым исходным кодом.

Что такое пограничный маршрутизатор OpenThread?

OpenThread Border Router (OTBR), выпущенный Google, представляет собой реализацию Thread Border Router с открытым исходным кодом.

НАТ64

NAT64 — это механизм, который позволяет узлам в сетях только IPv6 получать доступ к ресурсам в сетях IPv4. Шлюз NAT64 является преобразователем между протоколами IPv4 и протоколами IPv6.

Транслятор NAT64, как часть пограничного маршрутизатора OpenThread, поддерживает трансляцию протоколов TCP, UDP и ICMP (ICMPv6).

Что ты построишь

В этой лабораторной работе вы собираетесь настроить пограничный маршрутизатор OpenThread (OTBR) и устройство Thread, а затем включить и проверить связь между устройствами Thread и узлами IPv4 в Интернете через пограничный маршрутизатор OpenThread.

Что вы узнаете

• Как создать пограничный маршрутизатор OpenThread с функциями NAT64.
• Как взаимодействовать с хостами IPv4 с конечных устройств Thread.

Что вам понадобится

• Рабочая станция Linux для создания и прошивки Thread RCP, интерфейса командной строки OpenThread и тестирования подключения IPv4.
• Raspberry Pi для пограничного маршрутизатора Thread. Ваша рабочая станция Linux должна быть доступна через IPv4 с этого устройства.
• 2 USB-ключа Nordic Semiconductor nRF52840 (один для RCP и один для устройства на конце резьбы).

Топология сети для этой лаборатории кода:

2. Настройка пограничного маршрутизатора OpenThread

Самый быстрый способ настроить OTBR — следовать Руководству по настройке OTBR .

После завершения настройки OTBR используйте ot-ctl , чтобы убедиться, что служба NAT64 включена на пограничном маршрутизаторе:

> nat64 state
PrefixManager: Active
Translator: Active
Done

Пограничный маршрутизатор потока публикует префикс NAT64 в данных сети потока:

> netdata show
Prefixes:
fd16:a3d:e170:1::/64 paros low f800
Routes:
::/0 s med f800
fd16:a3d:e170:2:0:0::/96 sn low f800
Services:
44970 5d fd4db3e59738319339c4ee02ca9e2b1dd120 s f800 0
Contexts:
fd16:a3d:e170:1::/64 1 sc
Commissioning:
60365 - - -
Done

Префикс NAT64 отображается как запись маршрута с флагом n . В приведенном выше примере fd16:a3d:e170:2:0:0::/96 — это префикс NAT64.

Префикс NAT64 будет использоваться устройствами Thread при взаимодействии с хостом IPv4.

Примечание. OpenThread не использует известный префикс NAT64 64:ff9b::/96 . Вместо этого граничные маршрутизаторы потоков публикуют свой динамически генерируемый префикс NAT64, используемый транслятором NAT64, в данных сети потоков (как показано выше, n означает NAT64). Конечные устройства потока должны получить этот префикс NAT64 из данных сети потока и синтезировать свои собственные адреса IPv6, см. otNat64SynthesizeIp6Address() . Это автоматически делается в CLI, но требует специальной реализации в пользовательских приложениях.

3. Настройка устройства окончания резьбы.

Выполните шаг «Настройка FTD» в разделе «Построение сети потоков с помощью плат nRF52840 и лаборатории кода OpenThread», чтобы создать и прошить конечное устройство CLI nRF52840, изменив следующий шаг:

В Build and flash вам необходимо добавить -DOT_DNS_CLIENT=ON , -DOT_SRP_CLIENT=ON и -DOT_ECDSA=ON в командную строку при вызове script/build :

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

Продолжайте работу над созданием сети Thread с платами nRF52840 и кодовой лабораторией OpenThread, как написано. После того как на конечном устройстве будет прошит образ CLI, следуйте инструкциям «Присоединить второй узел к сети Thread», чтобы добавить устройство Thread в сеть Thread.

Подождите несколько секунд после настройки конечного устройства Thread и проверьте успешность присоединения к сети Thread. Как указано выше, вы можете просмотреть опубликованный префикс NAT64 в данных сети потоков.

> netdata show
Prefixes:
fd16:a3d:e170:1::/64 paros low f800
Routes:
::/0 s med f800
fd16:a3d:e170:2:0:0::/96 sn low f800
Services:
44970 5d fd4db3e59738319339c4ee02ca9e2b1dd120 s f800 0
Contexts:
fd16:a3d:e170:1::/64 1 sc
Commissioning:
60365 - - -
Done

Убедитесь, что сетевые данные соответствуют данным OTBR.

4. Общайтесь с хостами IPv4 с конечного устройства Thread.

Теперь вы можете общаться с хостами в сети IPv4 с конечного устройства, которое мы только что настроили.

Отправлять эхо-запросы ICMP на хосты IPv4.

Из CLI нашего конечного устройства Thread:

> ping 8.8.8.8
Pinging synthesized IPv6 address: fd16:a3d:e170:2:0:0:808:808
16 bytes from fd16:a3d:e170:2:0:0:808:808: icmp_seq=1 hlim=109 time=28ms
1 packets transmitted, 1 packets received. Packet loss = 0.0%. Round-trip min/avg/max = 28/28.0/28 ms.
Done

Пограничный маршрутизатор создает элемент сопоставления NAT64 для этого устройства с помощью команды nat64 mappings :

> nat64 mappings
|                  | Address                                                     | Ports or ICMP Ids |        | 4 to 6                  | 6 to 4                  |
+------------------+-------------------------------------------------------------+-------------------+--------+-------------------------+-------------------------+
| ID               | IPv6                                     | IPv4             | v6      | v4      | Expiry | Pkts     | Bytes        | Pkts     | Bytes        |
+------------------+------------------------------------------+------------------+---------+---------+--------+----------+--------------+----------+--------------+
| 90b156e3cf609a23 |      fd16:a3d:e170:1:492d:bcdb:9f72:6297 |  192.168.255.254 |   N/A   |   N/A   |  7162s |        1 |           16 |        1 |           16 |
|                  |                                                                                      TCP |        0 |            0 |        0 |            0 |
|                  |                                                                                      UDP |        0 |            0 |        0 |            0 |
|                  |                                                                                     ICMP |        1 |           16 |        1 |           16 |
Done

fd16:a3d:e170:1:492d:bcdb:9f72:6297 должен быть адресом IPv6 вашего устройства Thread.

Примечание. Поле IPv4 — это временный адрес IPv4, выделенный устройству Thread для отправки пакетов. Этот адрес не имеет значения для других хостов.

Запустите эту команду на пограничном маршрутизаторе в любое время, чтобы увидеть, как он считает трафик.

Отправлять DNS-запросы на DNS-серверы IPv4.

Используйте dns resolve4 для разрешения имени хоста в сети IPv4. Адрес DNS-сервера также может быть адресом IPv4:

> dns resolve4 example.com 8.8.8.8
Synthesized IPv6 DNS server address: fd16:a3d:e170:2:0:0:808:808
DNS response for example.com. - fd16:a3d:e170:2:0:0:17c0:e454 TTL:295 fd16:a3d:e170:2:0:0:17d7:88 TTL:295 fd16:a3d:e170:2:0:0:17d7:8a TTL:295 fd16:a3d:e170:2:0:0:6007:80af TTL:295 fd16:a3d:e170:2:0:0:6007:80c6 TTL:295 fd16:a3d:e170:2:0:0:17c0:e450 TTL:295 
Done

Примечание. Ответ DNS на resolve4 представляет собой набор синтезированных адресов IPv6.

Общайтесь через TCP

Между конечным устройством и хостами в сети IPv4 можно установить TCP-соединения.

Предположим, что IP-адрес вашего хоста Linux IPv4 — 192.168.0.2 .

На хосте Linux IPv4 используйте nc для прослушивания TCP-соединений:

$ nc -l 0.0.0.0 12345

С конечного устройства Thread установите TCP-соединение и отправьте сообщения на хост Linux IPv4:

> tcp init
Done
> tcp connect 192.168.0.2 12345
Connecting to synthesized IPv6 address: fd16:a3d:e170:2:0:0:c0a8:2
Done
> tcp send hello

Ваш хост Linux IPv4 выводит:

hello

Вы также можете отправлять сообщения с хоста Linux IPv4 на конечное устройство Thread. Введите «world» и нажмите Enter на хосте Linux IPv4, на котором работает nc , и ваше конечное устройство Thread выведет:

TCP: Received 6 bytes: world

Общайтесь через UDP

Между устройствами Thread и хостами в сети IPv4 можно взаимодействовать с помощью UDP.

Предположим, что IP-адрес вашего хоста Linux IPv4 — 192.168.0.2 .

Используйте nc для прослушивания UDP-соединений:

$ nc -u -l 0.0.0.0 12345

С конечного устройства Thread установите UDP-соединение и отправьте сообщения на хост Linux IPv4:

> udp open
Done
> udp connect 192.168.0.2 12345
Connecting to synthesized IPv6 address: fd16:a3d:e170:2:0:0:c0a8:2
Done
> udp send hello
Done

Ваш хост Linux IPv4 выводит:

hello

Вы также можете отправлять сообщения с хоста Linux IPv4 на конечное устройство Thread. Введите «world» и нажмите Enter на хосте Linux IPv4, на котором работает nc , и ваше конечное устройство Thread выведет:

6 bytes from fd16:a3d:e170:2:0:0:c0a8:2 12345 world

5. Переключите NAT64 на пограничном маршрутизаторе.

Вы можете включить или отключить NAT64 в любое время. Используйте nat64 disable , чтобы отключить NAT64. И используйте nat64 state , чтобы проверить состояние NAT64.

> nat64 disable
Done
> nat64 state
PrefixManager: Disabled
Translator: Disabled
Done

Примечание. Средства состояний можно найти в справочнике OpenThread CLI .

После отключения устройство больше не публикует префикс NAT64:

> netdata show
Prefixes:
fd16:a3d:e170:1::/64 paros low f800
Routes:
::/0 s med f800
Services:
44970 5d fd4db3e59738319339c4ee02ca9e2b1dd120 s f800 0
Contexts:
fd16:a3d:e170:1::/64 1 sc
Commissioning:
60365 - - -
Done

Кроме того, устройства в сети Thread больше не могут получить доступ к хосту IPv4 через этот пограничный маршрутизатор.

Из CLI нашего конечного устройства Thread:

> ping 8.8.8.8
Error 13: InvalidState

Используйте nat64 enable , чтобы включить NAT64. Прежде чем менеджер префиксов начнет объявлять префикс NAT64, может пройти некоторое время:

> nat64 enable
Done
> nat64 state
PrefixManager: Idle
Translator: NotWorking
Done

Через несколько секунд компоненты NAT64 должны быть запущены и работать:

> nat64 state
PrefixManager: Active
Translator: Active
Done
> netdata show
Prefixes:
fd16:a3d:e170:1::/64 paros low f800
Routes:
::/0 s med f800
fd16:a3d:e170:2:0:0::/96 sn low f800
Services:
44970 5d fd4db3e59738319339c4ee02ca9e2b1dd120 s f800 0
Contexts:
fd16:a3d:e170:1::/64 1 sc
Commissioning:
60365 - - -
Done

Обратите внимание, что отключение NAT64 очистит таблицу сопоставлений:

> nat64 mappings
|                  | Address                                                     | Ports or ICMP Ids |        | 4 to 6                  | 6 to 4                  |
+------------------+-------------------------------------------------------------+-------------------+--------+-------------------------+-------------------------+
| ID               | IPv6                                     | IPv4             | v6      | v4      | Expiry | Pkts     | Bytes        | Pkts     | Bytes        |
+------------------+------------------------------------------+------------------+---------+---------+--------+----------+--------------+----------+--------------+
Done

6. Перенаправлять DNS-запросы на вышестоящие DNS-серверы.

Когда NAT64 включен на пограничном маршрутизаторе, OpenThread попытается перенаправить DNS-запросы для интернет-доменов на вышестоящие DNS-серверы.

На конечном устройстве убедитесь, что DNS-сервером по умолчанию является пограничный маршрутизатор:

> dns config
Server: [fd4d:b3e5:9738:3193:39c4:ee02:ca9e:2b1d]:53
ResponseTimeout: 6000 ms
MaxTxAttempts: 3
RecursionDesired: yes
ServiceMode: srv_txt_opt
Nat64Mode: allow
Done

IPv6-адрес сервера ( fd4d:b3e5:9738:3193:39c4:ee02:ca9e:2b1d в приведенном выше примере) должен быть одним из адресов вашего пограничного маршрутизатора OpenThread.

Теперь вы можете отправлять DNS-запросы для интернет-доменов с конечного устройства:

> dns resolve example.com
DNS response for example.com. - 2600:1406:3a00:21:0:0:173e:2e65 TTL:161 2600:1406:3a00:21:0:0:173e:2e66 TTL:161 2600:1406:bc00:53:0:0:b81e:94c8 TTL:161 2600:1406:bc00:53:0:0:b81e:94ce TTL:161 2600:1408:ec00:36:0:0:1736:7f24 TTL:161 2600:1408:ec00:36:0:0:1736:7f31 TTL:161 
Done
> dns resolve4 example.com
DNS response for example.com. - fd16:a3d:e170:2:0:0:6007:80af TTL:300 fd16:a3d:e170:2:0:0:6007:80c6 TTL:300 fd16:a3d:e170:2:0:0:17c0:e450 TTL:300 fd16:a3d:e170:2:0:0:17c0:e454 TTL:300 fd16:a3d:e170:2:0:0:17d7:88 TTL:300 fd16:a3d:e170:2:0:0:17d7:8a TTL:300 
Done

Примечание. Записи A в ответах будут синтезированы в адреса IPv6 с использованием префикса NAT64 в сети.

7. Поздравления

Поздравляем, вы успешно настроили пограничный маршрутизатор с поддержкой NAT64 и использовали его для предоставления доступа в Интернет конечным устройствам Thread!

Дальнейшее чтение

• Руководства OpenThread
• Справочник по интерфейсу командной строки OpenThread
• Справочник по API OpenThread для NAT64
• Справочник по API OpenThread для восходящего DNS
• Абстракция платформы OpenThread для DNS

Справочная документация

• RFC 6146: NAT64 с отслеживанием состояния: трансляция сетевых адресов и протоколов от клиентов IPv6 на серверы IPv4