1. はじめに
Thread とは何ですか？
Thread は、デバイス間通信とデバイスとクラウド間の通信を安全に行うための IP ベースの低電力ワイヤレス メッシュ ネットワーク プロトコルです。Thread ネットワークは、トポロジの変更に適応して単一障害点を回避できます。
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。
Thread ボーダー ルーターとは
Thread ボーダー ルーターを介して、Thread ネットワークを Wi-Fi やイーサネットなどの他の IP ベースのネットワークに接続できます。Thread ネットワークを他のネットワークに接続するには、ボーダー ルーターが必要です。Thread ボーダー ルーターでサポートされる機能は、少なくとも次のとおりです。
- Thread と Wi-Fi/イーサネット ネットワーク間の双方向 IP 接続。
- mDNS（Wi-Fi/イーサネット リンク上）と SRP（Thread ネットワーク上）による双方向サービス ディスカバリ。
- IP ベースのリンクを介して Thread パーティションを統合する Thread-over-infrastructure。
- 外部 Thread コミッショニング（スマートフォンなど）: Thread デバイスを認証して Thread ネットワークに参加させる。
Google がリリースした OpenThread Border Router（OTBR）は、Thread Border Router のオープンソース実装です。
作成するアプリの概要
この Codelab では、Thread ボーダー ルーターをセットアップし、ボーダー ルーター経由でスマートフォンを Thread エンドデバイスに接続します。
学習内容
- OTBR の設定方法
- OTBR を使用して Thread ネットワークを形成する方法
- SRP 機能を使用して OpenThread CLI デバイスを作成する方法
- SRP にサービスを登録する方法
- Thread エンドデバイスを検出してアクセスする方法
必要なもの
- Linux ワークステーション: Thread RCP と OpenThread CLI のビルドとフラッシュ、IPv6 マルチキャストのテストに使用します。
- Thread ボーダー ルーター用の Raspberry Pi。
- 2 つの Nordic Semiconductor nRF52840 USB ドングル（RCP 用と Thread エンドデバイス用）。
- iOS 14 以降を搭載した iOS スマートフォン、または Android 8.1 以降を搭載した Android スマートフォン。
2. OTBR を設定する
OTBR をすばやく設定するには、OTBR 設定ガイドに沿って設定します。
OTBR の設定が完了したら、ot-ctl を使用して、OTBR が Thread leader として機能していることを確認します。
$ sudo ot-ctl state leader Done
また、OTBR が Thread ネットワーク データに off-mesh-routable（OMR）プレフィックスを自動的に構成していることも確認します。
$ sudo ot-ctl netdata show Prefixes: Prefixes: fd76:a5d1:fcb0:1707::/64 paos med 4000 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 4000 Services: 44970 5d c000 s 4000 44970 01 9a04b000000e10 s 4000 Done $ sudo ot-ctl ipaddr fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:fc11 fda8:5ce9:df1e:6620:0:0:0:fc38 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:fc10 fd76:a5d1:fcb0:1707:f3c7:d88c:efd1:24a9 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:fc00 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:4000 fda8:5ce9:df1e:6620:3593:acfc:10db:1a8d fe80:0:0:0:a6:301c:3e9f:2f5b Done
3. SRP クライアント エンドデバイスを設定する
OT CLI をビルドしてフラッシュする
nRF52840 ボードと OpenThread を使用して Thread ネットワークを作成する Codelab のステップ 5 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ます。
ただし、CLI ノードでは OT_COMMISSIONER と OT_JOINER を有効にする代わりに、OT_SRP_CLIENT と OT_ECDSA の機能が必要です。
したがって、完全なビルド呼び出しは次のようになります。
$ script/build nrf52840 USB_trans -DOT_SRP_CLIENT=ON -DOT_ECDSA=ON
Thread ネットワークに参加する
Thread ネットワークに参加するには、OTBR デバイスからアクティブなオペレーション データセットを取得する必要があります。ot-ctl に戻り、アクティブなデータセットを取得しましょう。
$ sudo ot-ctl dataset active -x 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
SRP クライアント ノードの画面セッションに戻り、アクティブなデータセットを設定します。
> dataset set active 0e080000000000010000000300001235060004001fffe002083d3818dc1c8db63f0708fda85ce9df1e662005101d81689e4c0a32f3b4aa112994d29692030f4f70656e5468726561642d35326532010252e204103f23f6b8875d4b05541eeb4f9718d2f40c0302a0ff Done
次に、Thread インターフェースを開始します。
> ifconfig up Done > thread start Done
数秒待ってから、Thread ネットワークへの参加が成功したかどうかを確認します。
> state child Done > netdata show Prefixes: fd76:a5d1:fcb0:1707::/64 paos med 4000 Routes: fd49:7770:7fc5:0::/64 s med 4000 Services: 44970 5d c000 s 4000 44970 01 9a04b000000e10 s 4000 Done > ipaddr fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 fda8:5ce9:df1e:6620:0:ff:fe00:4001 fda8:5ce9:df1e:6620:ed74:123:cc5d:74ba fe80:0:0:0:d4a9:39a0:abce:b02e Done
ネットワーク データが OTBR に記載されているデータと一致していることを確認します。これで、OTBR の OMR アドレスに ping を実行できるようになりました。
> ping fd76:a5d1:fcb0:1707:f3c7:d88c:efd1:24a9 Done > 16 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:f3c7:d88c:efd1:24a9: icmp_seq=1 hlim=64 time=49ms
4. エンドデバイスでサービスを公開する
mDNS は、リンクローカルで DNS-SD サービスを公開するために広く使用されています。ただし、マルチキャスト メッセージは帯域幅を大量に消費するため、低電力のデバイスではバッテリーの消耗が早くなります。Thread は、ユニキャスト SRP プロトコルを使用して境界ルーターにサービスを登録し、境界ルーターを使用して Wi-Fi リンクまたはイーサネット リンクでサービスをアドバタイズします。
サービスを登録するには、srp client コマンドを使用します。
SRP クライアント ノードの画面セッションに移動し、SRP クライアントを自動的に起動します。
> srp client autostart enable Done
Wi-Fi/イーサネット リンクでアドバタイズされるホスト名を設定します。
> srp client host name ot-host Done
Wi-Fi/イーサネット リンク上のデバイスが Thread エンドデバイスに到達するには、エンドデバイスの OMR アドレスをアドバタイズする必要があります。
> srp client host address fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 Done
最後に、偽の _ipps._tcp サービスを登録します。
> srp client service add ot-service _ipps._tcp 12345 Done
数秒待つと、サービスが登録されていることがわかります。
> srp client service instance:"ot-service", name:"_ipps._tcp", state:Registered, port:12345, priority:0, weight:0 Done
これですべての設定作業が完了し、_ipps._tcp サービスが Wi-Fi/Ethernet リンクでアドバタイズされているはずです。エンドデバイスを検出してアクセスする準備ができました。
5. Service を検出する
スマートフォンでサービスを検出する
Google は、Android スマートフォンで mDNS サービスを検出するために サービス ブラウザ アプリを使用しています。iOS モバイル デバイスでも同等のアプリを使用できます。アプリを開くと、サービス _ipps._tcp が表示されます。
Linux ホストでサービスを検出する
別の Linux ホストからサービスを検出するには、avahi-browse コマンドを使用します。
avahi-daemon と avahi-utils をインストールします。
$ sudo apt-get install -y avahi-daemon avahi-utils
サービスを解決します。
$ sudo service avahi-daemon start # Ensure the avahi daemon is started. $ avahi-browse -r _ipps._tcp + wlan0 IPv6 ot-service Secure Internet Printer local = wlan0 IPv6 ot-service Secure Internet Printer local hostname = [ot-host.local] address = [fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927] port = [12345] txt = [] ...
macOS ホストでサービスを検出する
macOS で dns-sd を使用してサービスを解決できます。
$ dns-sd -Z _ipps._tcp local. Browsing for _ipps._tcp.local. DATE: ---Sun 14 Mar 2021--- 21:31:42.125 ...STARTING... ; To direct clients to browse a different domain, substitute that domain in place of '@' lb._dns-sd._udp PTR @ ; In the list of services below, the SRV records will typically reference dot-local Multicast DNS names. ; When transferring this zone file data to your unicast DNS server, you'll need to replace those dot-local ; names with the correct fully-qualified (unicast) domain name of the target host offering the service. _ipps._tcp PTR ot-service._ipps._tcp ot-service._ipps._tcp SRV 0 0 12345 ot-host.local. ; Replace with unicast FQDN of target host ot-service._ipps._tcp TXT "" ...
6. エンドデバイスに ping を実行します。
スマートフォンから ping を実行する
Google Pixel を例に取ると、Service Browser アプリのサービス インスタンスの詳細ページで、以前に登録したサービス「ot-service」の OMR アドレスを確認できます。
これで、別の ネットワーク アナライザ アプリを使用して OMR アドレスに ping を送信できるようになりました。
恐れ入りますが、Android 版のネットワーク アナライザ アプリは ping ユーティリティの mDNS クエリをサポートしていないため、ホスト名 ot-host.local に直接 ping を実行することはできません（iOS 版のアプリではホスト名に ping を実行できます）。
Linux/macOS ホストから ping を実行する
Thread Border Router は ICMPv6 ルーター アドバタイズ（RA）を送信して、Wi-Fi/Ethernet リンクでプレフィックス（プレフィックス情報オプションを介して）とルート（ルート情報オプションを介して）をアドバタイズします。
Linux ホストを準備する
ホストで RA と RIO が有効になっていることを確認することが重要です。
net.ipv6.conf.wlan0.accept_raは、IP 転送が有効になっていない場合は1以上、そうでない場合は2以上にする必要があります。net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plenは64より小さくしてはいけません。
ほとんどのディストリビューションでは、accept_ra はデフォルトで 1 に設定されています。ただし、このオプションをオーバーライドする他のネットワーク デーモンがある場合があります（Raspberry Pi の dhcpcd は accept_ra を 0 にオーバーライドします）。accept_ra の値は次のコマンドで確認できます。
$ sudo sysctl -n net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra 0
次のように値を 1（IP 転送が有効になっている場合は 2）に設定します。
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra=1 Net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra = 1
ほとんどの Linux ディストリビューションでは、accept_ra_rt_info_max_plen オプションのデフォルトは 0 です。次のように 64 に設定します。
$ sudo sysctl -w net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen=64 net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
ホストを再起動すると、変更内容は失われます。たとえば、次のコマンドを /etc/sysctl.conf に追加して、RIO を永続的に有効にします。
$ net.ipv6.conf.wlan0.accept_ra_rt_info_max_plen = 64
OTBR はすでに RA メッセージを送信しており、2 つの RA メッセージ間の間隔が数百秒になる可能性があるため、これらの構成を変更するには遅すぎる可能性があります。1 つの方法は、Wi-Fi AP との接続を解除して再接続し、ルーター ソーリシテーション メッセージを送信して、OTBR がリクエストされた RA で応答するようにすることです。ボーダー ルーターでボーダー ルーティング機能を再起動することもできます。
$ sudo ot-ctl br disable Done $ sudo ot-ctl br enable Done
Wi-Fi を再接続する場合やイーサネット インターフェースを再起動する場合は、Wi-Fi / イーサネット IPv6 ネットワークの管理に dhcpcd が使用されていないことを確認してください。dhcpcd は、インターフェースが再起動されるたびに accept_ra オプションをオーバーライドするため、accept_ra 構成が失われます。dhcpcd 構成ファイル（/etc/dhcpcd.conf など）に次の行を追加して、dhcpcd で IPv6 を明示的に無効にします。
noipv6 noipv6rs
変更を有効にするには、再起動する必要があります。
macOS ホストを準備する
どちらの accept_ra* オプションもデフォルトで有効になっていますが、少なくとも macOS Big Sur にシステムをアップグレードする必要があります。
ホスト名または IPv6 アドレスに ping を実行する
これで、コマンド ping -6（macOS の場合は ping6）を使用してホスト名 ot-host.local に ping を実行できるようになりました。
$ ping -6 ot-host.local. PING ot-host.local.(fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927)) 56 data bytes 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=1 ttl=63 time=170 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=2 ttl=63 time=64.2 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=3 ttl=63 time=22.8 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=4 ttl=63 time=37.7 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 (fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927): icmp_seq=5 ttl=63 time=28.7 ms ...
このコマンドは、Linux ホストで "Name or service not known" エラーで失敗することがあります。これは、ping コマンドが mDNS クエリで ot-host.local. 名を解決していないためです。/etc/nsswitch.conf を開き、hosts で始まる行に mdns6_minimal を追加します。
hosts: files mdns4_minimal mdns6_minimal dns
もちろん、IPv6 アドレスに直接 ping することもできます。
$ ping -6 fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927 PING fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927(fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927) 56 data bytes 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=1 ttl=63 time=32.9 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=2 ttl=63 time=27.8 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=3 ttl=63 time=29.9 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=4 ttl=63 time=73.5 ms 64 bytes from fd76:a5d1:fcb0:1707:d3dc:26d3:f70b:b927: icmp_seq=5 ttl=63 time=26.4 ms ...
7. デバイスの終了 サービスの公開を停止
SRP クライアントノードから登録されたアドレスとサービスを削除するには:
> srp client host remove Done
これで、_ipps._tcp サービスを検出できなくなります。
8. 完了
これで、OTBR を Thread ボーダー ルーターとして設定し、Thread エンドデバイスに双方向 IP 接続とサービス検出を提供できました。
次のステップ
以下の Codelab をご覧ください。