1. はじめに
Thread とは何ですか？
Thread は IP ベースの低消費電力ワイヤレス メッシュ ネットワーク プロトコルであり、デバイス間およびデバイス間のセキュアな通信を可能にします。スレッド ネットワークは、単一障害点を回避するためにトポロジの変更に適応できます。
OpenThread とは
Google がリリースした OpenThread は、Thread® のオープンソース実装です。
OpenThread ボーダー ルーターとは
Google がリリースした OpenThread ボーダー ルーター（OTBR）は、Thread ボーダー ルーターのオープンソース実装です。
NAT64
NAT64 は、IPv6 専用ネットワーク内のホストが IPv4 ネットワーク内のリソースにアクセスできるようにするメカニズムです。NAT64 ゲートウェイは、IPv4 プロトコルと IPv6 プロトコルの間のトランスレータです。
OpenThread ボーダー ルーターの一部である NAT64 トランスレータは、TCP、UDP、ICMP（ICMPv6）プロトコルの変換をサポートしています。
作成するアプリの概要
この Codelab では、OpenThread ボーダー ルーターと Thread デバイスをセットアップし、Thread デバイスとインターネット上の IPv4 ホスト間の通信を OpenThread ボーダー ルーターを介して検証します。
学習内容
- NAT64 機能を備えた OpenThread ボーダー ルーターの構築方法。
- Thread エンドデバイスから IPv4 ホストと通信する方法
必要なもの
- Thread NCP、OpenThread CLI のビルドとフラッシュ、IPv4 接続のテストを行うための Linux ワークステーション。
- Thread ボーダー ルーター用に 4 GB RAM を搭載した Raspberry Pi 4。このデバイスから IPv4 経由で Linux ワークステーションにアクセスできる必要があります。
- Nordic Semiconductor nRF52840 DK ボード 2 枚。
この Codelab のネットワーク トポロジ:
2. OpenThread ボーダー ルーターを設定する
Thread ボーダー ルーターの設定 - 双方向 IPv6 接続と DNS ベースのサービス ディスカバリの Codelab に沿って OpenThread ボーダー ルーターをビルドしますが、以下の点を変更します。
[OTBR のビルドとインストール] で、環境変数 NAT64 を 1 に、NAT64_SERVICE を openthread に設定して、OpenThread で NAT64 トランスレータを有効にするようにスクリプトに指示します。ステップの前に次のコマンドを実行します。
$ export NAT64=1 NAT64_SERVICE=openthread
記述どおりに Thread ボーダー ルーター - 双方向 IPv6 接続と DNS ベースのサービス ディスカバリの Codelab に進みます。Thread ネットワークを形成した後、OpenThread CLI コマンドを使用して、ボーダー ルーターが NAT64 プレフィックスを公開していることを確認できます。
まず、ボーダー ルーターが稼働していて、ボーダー ルーターで NAT64 が有効になっていることを確認します。
$ sudo ot-ctl state leader Done $ sudo ot-ctl nat64 enable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Active Translator: Active Done
OTBR が Thread リーダーとして機能し、Thread ネットワーク データに NAT64 プレフィックス（この場合は fd4c:9574:3720:2:0:0::/96）があることがわかります。
$ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96 sn low 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
NAT64 接頭辞は、Thread デバイスが IPv4 ホストと通信する際に使用します。
3. Thread エンドデバイスのセットアップ
nRF52840 ボードと OpenThread Codelab の Thread ネットワークの構築の FTD の設定に沿って nRF52840 CLI エンドデバイスをビルドしてフラッシュし、次のステップに変更します。
ビルドとフラッシュで、script/build を呼び出すときにコマンドラインに -DOT_DNS_CLIENT=ON、-DOT_SRP_CLIENT=ON、-DOT_ECDSA=ON を追加する必要があります。
$ cd ~/src/ot-nrf528xx $ rm -rf build $ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_JOINER=ON -DOT_COMMISSIONER=ON -DOT_DNS_CLIENT=ON -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
記載されているとおり、nRF52840 ボードと OpenThread Codelab で Thread ネットワークを構築するに進みます。エンドデバイスに CLI イメージが書き込まれたら、Thread ボーダー ルーター - 双方向 IPv6 接続と DNS ベースのサービス ディスカバリの手順に沿って Thread エンドデバイスをセットアップします。
Thread エンドデバイスのセットアップ後数秒待ってから、Thread ネットワークへの参加に成功したかどうかを確認します。ネットワーク データから NAT64 プレフィックスを見つけます（この場合は fd4c:9574:3720:2:0:0::/96）。
> netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96 sn low 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
ネットワーク データが OTBR のデータと一致していることを確認します。
4. Thread エンドデバイスから IPv4 ホストと通信する
これで、先ほどセットアップしたエンドデバイスから IPv4 ネットワーク上のホストと通信できるようになりました。
IPv4 ホストに ICMP エコー リクエストを送信する
Thread エンドデバイスの CLI から:
> ping 8.8.8.8 Pinging synthesized IPv6 address: fd4c:9574:3720:2:0:0:808:808 16 bytes from fd4c:9574:3720:2:0:0:808:808: icmp_seq=15 hlim=119 time=48ms 1 packets transmitted, 1 packets received. Packet loss = 0.0%. Round-trip min/avg/max = 48/48.0/48 ms. Done
ボーダー ルーターは、nat64 mappings コマンドによってこのデバイスの NAT64 マッピング アイテムを作成します。
$ sudo ot-ctl nat64 mappings | | Address | | 4 to 6 | 6 to 4 | +------------------+-------------------------------------------------------------+--------+-------------------------+-------------------------+ | ID | IPv6 | IPv4 | Expiry | Pkts | Bytes | Pkts | Bytes | +------------------+------------------------------------------+------------------+--------+----------+--------------+----------+--------------+ | 377ee63dd3127f1a | fd4c:9574:3720:1:1d61:b4c1:494f:f975 | 192.168.255.254 | 7190s | 1 | 16 | 1 | 16 | | | TCP | 0 | 0 | 0 | 0 | | | UDP | 0 | 0 | 0 | 0 | | | ICMP | 1 | 16 | 1 | 16 | Done
fd4c:9574:3720:1:1d61:b4c1:494f:f975 は、Thread デバイスの IPv6 アドレスにする必要があります。
ボーダー ルーターでこのコマンドを実行して、トラフィックのカウント方法を確認してください。
DNS クエリを IPv4 DNS サーバーに送信する
IPv4 ネットワーク上のホスト名を解決するには、dns resolve4 を使用します。DNS サーバー アドレスは IPv4 アドレスにすることもできます。
> dns resolve4 example.com 8.8.8.8 Synthesized IPv6 DNS server address: fd4c:9574:3720:2:0:0:808:808 DNS response for example.com. - fd4c:9574:3720:2:0:0:5db8:d822 TTL:20456 Done
TCP 経由の通信
エンドデバイスと IPv4 ネットワーク内のホストの間で TCP 接続を確立できます。
Linux IPv4 ホストの IP アドレスは 192.168.0.2 であると仮定します。
Linux IPv4 ホストで、nc を使用して TCP 接続をリッスンします。
$ nc -l 0.0.0.0 12345
Thread エンドデバイスから TCP 接続を確立し、Linux IPv4 ホストにメッセージを送信します。
> tcp init Done > tcp connect 192.168.0.2 12345 Connecting to synthesized IPv6 address: fd4c:9574:3720:2:0:0:c0a8:2 Done > tcp send hello
Linux IPv4 ホストの出力:
hello
Linux IPv4 ホストから Thread エンドデバイスにメッセージを送信することもできます。「world」と入力します。nc を実行している Linux IPv4 ホストで Enter キーを押すと、Thread エンドデバイスの出力は次のようになります。
TCP: Received 6 bytes: world
UDP 経由の通信
Thread デバイスと IPv4 ネットワーク内のホスト間で UDP を使用して通信できます。
Linux IPv4 ホストの IP アドレスは 192.168.0.2 であると仮定します。
nc を使用して UDP 接続をリッスンします。
$ nc -u -l 0.0.0.0 12345
Thread のデバイスから UDP 接続を確立し、Linux IPv4 ホストにメッセージを送信します。
> udp open Done > udp connect 192.168.0.2 12345 Connecting to synthesized IPv6 address: fd4c:9574:3720:2:0:0:c0a8:2 Done > udp send hello Done
Linux IPv4 ホストの出力:
hello
Linux IPv4 ホストから Thread エンドデバイスにメッセージを送信することもできます。「world」と入力します。nc を実行している Linux IPv4 ホストで Enter キーを押すと、Thread エンドデバイスの出力は次のようになります。
6 bytes from fd4c:9574:3720:2:0:0:c0a8:2 12345 world
5. ボーダー ルーターで NAT64 を切り替える
NAT64 はいつでも有効または無効にできます。NAT64 を無効にするには、nat64 disable を使用します。nat64 state を使用して NAT64 の状態を確認します。
$ sudo ot-ctl nat64 disable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Disabled Translator: Disabled Done
無効にすると、デバイスは NAT64 プレフィックスを公開しなくなります。
$ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
また、Thread ネットワーク内のデバイスは、このボーダー ルーター経由で IPv4 ホストにアクセスできなくなります。
Thread エンドデバイスの CLI から:
> ping 8.8.8.8 Error 13: InvalidState
NAT64 を有効にするには、nat64 enable を使用します。プレフィックス マネージャーが NAT64 プレフィックスのアドバタイズを開始するまでに、しばらく時間がかかることがあります。
$ sudo ot-ctl nat64 enable Done $ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Idle Translator: NotWorking Done
数秒後、NAT64 コンポーネントが稼働している状態になります。
$ sudo ot-ctl nat64 state PrefixManager: Active Translator: Active Done $ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: fd4c:9574:3720:1::/64 paos low 0800 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 0800 fd4c:9574:3720:2:0:0::/96 sn low 0800 Services: 44970 01 41000500000e10 s 0800 44970 5d fdd20e532b87b93f50ad4eea0450f1bfd11f s 0800 Done
NAT64 を無効にするとマッピング テーブルがクリアされることに注意してください。
$ sudo ot-ctl nat64 mappings | | Address | | 4 to 6 | 6 to 4 | +------------------+-------------------------------------------------------------+--------+-------------------------+-------------------------+ | ID | IPv6 | IPv4 | Expiry | Pkts | Bytes | Pkts | Bytes | +------------------+------------------------------------------+------------------+--------+----------+--------------+----------+--------------+ Done
6. DNS クエリをアップストリーム DNS サーバーに転送する
ボーダー ルーターで NAT64 が有効になると、OpenThread はインターネット ドメインの DNS クエリを上流の DNS サーバーに転送しようとします。
この機能は内部 DNS-SD サーバーでサポートされているため、DNS-SD サーバーが有効になっていることを確認する必要があります。
$ sudo ot-ctl srp server state running Done
running でない場合は有効にします。
$ sudo ot-ctl srp server enable Done
アップストリーム DNS プロキシが有効になっていることを確認します。
$ sudo ot-ctl dns server upstream Enabled Done
Enabled でない場合は有効にします。
$ sudo ot-ctl dns server upstream enable Done
エンドデバイスでは、SRP クライアントを有効にして、DNS クエリがボーダー ルーターに送信されるようにします。
> srp client state Enabled Done
Enabled でない場合は有効にします。
> srp client autostart enable Done
エンドデバイスで、デフォルトの DNS サーバーがボーダー ルーターであることを確認します。
> dns config Server: [fdd2:0e53:2b87:b93f:50ad:4eea:0450:f1bf]:53 ResponseTimeout: 6000 ms MaxTxAttempts: 3 RecursionDesired: yes Done
サーバーの IPv6 アドレス（上記の例では fdd2:0e53:2b87:b93f:50ad:4eea:0450:f1bf）は、OpenThread ボーダー ルーターのいずれかのアドレスである必要があります。
これで、エンドデバイスからインターネット ドメインの DNS クエリを送信できるようになりました。
> dns resolve example.com DNS response for example.com. - 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946 TTL:8720 Done > dns resolve4 example.com DNS response for example.com. - fd4c:9574:3720:2:0:0:5db8:d822 TTL:20456 Done
7. 完了
これで、NAT64 をサポートするボーダー ルーターを正しくセットアップし、Thread エンドデバイスにインターネット アクセスを提供することができました。
関連情報
- OpenThread ガイド
- OpenThread CLI リファレンス
- NAT64 の OpenThread API リファレンス
- アップストリーム DNS 用 OpenThread API リファレンス
- DNS 向けの OpenThread プラットフォーム抽象化