IoT Hub-Gerätestreams (Vorschau)
Azure IoT Hub-Gerätestreams vereinfachen das Erstellen sicherer bidirektionaler TCP-Tunnel für eine Vielzahl von Szenarios mit Kommunikation zwischen Cloud und Gerät. Ein Gerätestream wird durch einen IoT Hub-Streamingendpunkt vermittelt, der als Proxy zwischen Ihrem Gerät und den Dienstendpunkten fungiert. Dieses Setup ist im folgenden Diagramm dargestellt. Es eignet sich besonders, wenn die Geräte sich hinter einer Netzwerkfirewall oder in einem privaten Netzwerk befinden. So erfüllen IoT Hub-Gerätestreams die Kundenanforderung, IoT-Geräte firewallfreundlich zu erreichen, ohne Eingangs- und Ausgangsports der Netzwerkfirewall weit zu öffnen.
Mithilfe von IoT Hub-Gerätestreams bleiben Geräte geschützt und müssen nur TCP-Ausgangsverbindungen für den IoT Hub-Streamingendpunkt über Port 443 öffnen. Nachdem ein Stream eingerichtet wurde, besitzen die dienstseitigen und geräteseitigen Anwendungen jeweils programmgesteuerten Zugriff auf ein WebSocket-Clientobjekt, um sich gegenseitig Rohbytes zu senden bzw. zu empfangen. Die durch diesen Tunnel bereitgestellte Zuverlässigkeit und garantierte Reihenfolge ist gleichwertig mit TCP.
Vorteile
IoT Hub-Gerätestreams bieten folgende Vorteile:
Firewallfreundliche, sichere Konnektivität: IoT-Geräte können von Dienstendpunkten aus erreicht werden, ohne auf dem Gerät oder im Netzwerkumkreis einen Eingangsfirewallport zu öffnen (nur Ausgangskonnektivität zu IoT Hub über Port 443 ist erforderlich).
Authentifizierung: Sowohl die Geräte- als auch die Dienstseite des Tunnels müssen sich bei IoT Hub mit den entsprechenden Anmeldeinformationen authentifizieren.
Verschlüsselung: Standardmäßig verwenden IoT Hub-Gerätestreams TLS-aktivierte Verbindungen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Datenverkehr immer verschlüsselt ist, unabhängig davon, ob die Anwendung Verschlüsselung verwendet.
Einfache Konnektivität: Durch die Verwendung von Gerätestreams ist zum Herstellen von Konnektivität mit IoT-Geräten in vielen Fällen kein komplexes Setup virtueller privater Netzwerke mehr erforderlich.
Kompatibilität mit TCP/IP-Stapel: IoT Hub-Gerätestreams können TCP/IP-Anwendungsdatenverkehr verarbeiten. Dies bedeutet, dass dieses Feature von einer Vielzahl proprietärer sowie auf Standards basierender Protokolle genutzt werden kann.
Einfache Verwendung in privaten Netzwerksetups: Der Dienst kann mit einem Dienst kommunizieren, indem auf seine Geräte-ID verwiesen wird, anstatt auf die IP-Adresse des Geräts. Dies ist hilfreich in Situationen, in denen sich ein Gerät in einem privaten Netzwerk befindet und über eine private IP-Adresse verfügt oder die IP-Adresse dynamisch zugewiesen wird und der Dienstseite unbekannt ist.
Gerätestreamworkflows
Ein Gerätestream wird initiiert, wenn der Dienst eine Verbindung mit einem Gerät durch Bereitstellung der Geräte-ID anfordert. Dieser Workflow passt besonders gut zum Client/Server-Kommunikationsmodell, einschließlich SSH und RDP, in dem ein Benutzer über ein SSH- oder RDP-Clientprogramm eine Remoteverbindung mit dem SSH- oder RDP-Server herstellen möchte, der auf dem Gerät ausgeführt wird.
Der Erstellungsvorgang für Gerätestreams umfasst eine Aushandlung zwischen dem Gerät, dem Dienst, dem IoT Hub-Hauptendpunkt und den Streamingendpunkten. Während der IoT Hub-Hauptendpunkt die Erstellung eines Gerätestreams orchestriert, verarbeitet der Streamingendpunkt den Datenverkehr zwischen dem Dienst und dem Gerät.
Ablauf zur Gerätestreamerstellung
Die programmgesteuerte Erstellung eines Gerätestreams mit dem SDK umfasst die folgenden Schritte, die auch in der folgenden Abbildung dargestellt werden:
Die Geräteanwendung registriert einen Rückruf, um im Voraus benachrichtigt zu werden, wenn ein neuer Gerätestream zum Gerät initiiert wird. Dieser Schritt findet in der Regel statt, wenn das Gerät gestartet wird und eine Verbindung mit der IoT Hub-Instanz herstellt.
Das dienstseitige Programm initiiert bei Bedarf einen Gerätestream durch Bereitstellen der Geräte-ID (nicht der IP-Adresse).
IoT Hub benachrichtigt das dienstseitige Programm durch Aufrufen des in Schritt 1 registrierten Rückrufs. Das Gerät kann die Anforderung der Streaminitiierung annehmen oder ablehnen. Diese Logik kann speziell auf Ihr Anwendungsszenario zugeschnitten sein. Wenn die Streamanforderung vom Gerät abgelehnt wird, informiert IoT Hub den Dienst entsprechend. Andernfalls folgen die unten aufgeführten Schritte.
Das Gerät erstellt über Port 443 eine sichere ausgehende TCP-Verbindung mit dem Streamingendpunkt und führt ein Upgrade der Verbindung auf WebSocket durch. Die URL des Streamingendpunkts sowie die zum Authentifizieren verwendeten Anmeldeinformationen werden dem Gerät von IoT Hub im Rahmen der Anforderung bereitgestellt, die in Schritt 3 gesendet wurde.
Der Dienst wird über das Ergebnis der Annahme des Streams durch das Gerät benachrichtigt und erstellt dann einen eigenen WebSocket-Client für den Streamingendpunkt. Auf ähnliche Weise empfängt er die Streamingendpunkt-URL und die Authentifizierungsinformationen von IoT Hub.
Beim obigen Handshakevorgang:
Der Handshakevorgang muss innerhalb von 60 Sekunden abgeschlossen werden (Schritt 2 bis 5). Andernfalls tritt ein Timeoutfehler auf, und der Dienst wird entsprechend benachrichtigt.
Nach Abschluss des obigen Ablaufs zur Streamerstellung fungiert der Streamingendpunkt als Proxy und überträgt Datenverkehr zwischen dem Dienst und dem Gerät über die jeweiligen WebSockets.
Gerät und Dienst benötigen ausgehende Konnektivität über Port 443 mit dem wichtigsten IoT Hub-Endpunkt sowie dem Streamingendpunkt. Die URL dieser Endpunkte ist auf der Registerkarte Übersicht im IoT Hub-Portal verfügbar.
Die Zuverlässigkeit und garantierte Reihenfolge eines eingerichteten Streams ist gleichwertig mit TCP.
Alle Verbindungen mit IoT Hub und dem Streamingendpunkt verwenden TLS und sind verschlüsselt.
Beendigungsablauf
Ein eingerichteter Stream wird beendet, wenn eine der TCP-Verbindungen mit dem Gateway (durch den Dienst oder das Gerät) getrennt wird. Dies kann durch Schließen des WebSockets im Geräte- oder Dienstprogramm geplant stattfinden oder unbeabsichtigt aufgrund eines Timeouts bei der Netzwerkkonnektivität oder aufgrund eines Prozessfehlers. Bei Beendigung einer der Verbindungen (Gerät oder Dienst) mit dem Streamingendpunkt wird auch die andere TCP-Verbindung zwangsweise beendet, und Dienst und Gerät sind dafür zuständig, den Stream bei Bedarf neu zu erstellen.
Konnektivitätsanforderungen
Sowohl die Geräte- als auch die Dienstseite eines Gerätestreams muss dazu in der Lage sein, TLS-fähige Verbindungen mit IoT Hub und dem zugehörigen Streamingendpunkt herzustellen. Hierfür ist eine ausgehende Konnektivität über Port 443 mit diesen Endpunkten erforderlich. Den diesen Endpunkten zugeordneten Hostnamen finden Sie auf der IoT Hub-Registerkarte Übersicht, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Alternativ dazu können die Endpunktinformationen über die Azure CLI unter dem Abschnitt mit dem Hubeigenschaften abgerufen werden, insbesondere über die Schlüssel property.hostname und property.deviceStreams.
az iot hub devicestream show --name <YourIoTHubName>
Die Ausgabe ist ein JSON-Objekt aller Endpunkte, mit denen das Gerät und der Dienst Ihres Hubs möglicherweise eine Verbindung herstellen muss, um einen Gerätestream einzurichten.
{
"streamingEndpoints": [
"https://<YourIoTHubName>.<region-stamp>.streams.azure-devices.net"
]
}
Hinweis
Stellen Sie sicher, dass mindestens Version 2.0.57 der Azure-Befehlszeilenschnittstelle installiert ist. Sie können die neueste Version über die Seite Azure CLI installieren herunterladen.
Erlauben ausgehender Konnektivität zu den Gerätestreamingendpunkten
Wie zu Anfang des Artikels bereits erwähnt, stellt Ihr Gerät während des Initiierungsprozesses für Gerätestreams eine ausgehende Verbindung mit dem IoT Hub-Streamingendpunkt her. Die Firewalls auf dem Gerät oder im Netzwerk müssen ausgehende Konnektivität mit dem Streaminggateway über Port 443 zulassen. (Beachten Sie, dass die Kommunikation hierbei über eine WebSocket-Verbindung erfolgt, die per TLS verschlüsselt ist.)
Den Hostnamen des Gerätestreamingendpunkts finden Sie im Azure IoT Hub-Portal auf der Registerkarte „Übersicht“.
Alternativ finden Sie diese Informationen mithilfe der Azure CLI:
az iot hub devicestream show --name <YourIoTHubName>
Hinweis
Stellen Sie sicher, dass mindestens Version 2.0.57 der Azure-Befehlszeilenschnittstelle installiert ist. Sie können die neueste Version über die Seite Azure CLI installieren herunterladen.
Problembehandlung über Ressourcenprotokolle für Gerätestreams
Sie können Azure Monitor so einrichten, dass die von Ihrem IoT Hub ausgegebenen Ressourcenprotokolle für Gerätestreams erfasst werden. Dies kann zur Problembehandlung sehr hilfreich sein.
Führen Sie die folgenden Schritte aus, um eine Diagnoseeinstellung zum Senden von Gerätestreamprotokollen für Ihren IoT Hub an Azure Monitor-Protokolle zu erstellen:
Navigieren Sie im Azure-Portal zu Ihrem IoT-Hub. Wählen Sie im linken Bereich unter Überwachung die Option Diagnoseeinstellungen aus. Wählen Sie dann Diagnoseeinstellung hinzufügen aus.
Geben Sie einen Namen für Ihre Diagnoseeinstellung an, und wählen Sie aus der Liste der Protokolle das Protokoll DeviceStreams aus. Wählen Sie dann An Log Analytics senden aus. Sie werden durch die Auswahl eines vorhandenen Log Analytics-Arbeitsbereichs oder die Erstellung eines neuen Bereichs geführt.
Nachdem Sie eine Diagnoseeinstellung zum Senden Ihrer Gerätestreamprotokolle an einen Log Analytics-Arbeitsbereich erstellt haben, können Sie auf die Protokolle zugreifen, indem Sie im Azure-Portal im linken Bereich Ihres IoT-Hubs unter Überwachung die Option Protokolle auswählen. Gerätestreamprotokolle werden in der Tabelle
AzureDiagnosticsmitCategory=DeviceStreamsaufgeführt. Beachten Sie, dass es mehrere Minuten dauern kann, bis die Protokolle in der Tabelle angezeigt werden.Wie unten dargestellt, werden auch die Identität des Zielgeräts und das Ergebnis des Vorgangs in den Protokollen angegeben.
Weitere Informationen zur Verwendung von Azure Monitor bei IoT Hub finden Sie unter Überwachen von IoT Hub. Informationen zu allen Ressourcenprotokollen, Metriken und Tabellen, die für IoT Hub zur Verfügung stehen, finden Sie in der Referenz zu Azure IoT Hub-Überwachungsdaten.
Regionale Verfügbarkeit
Während der Public Preview sind IoT Hub-Gerätestreams in den Regionen „USA, Mitte“, „USA, Mitte (EUAP)“, „Europa, Norden“ und „Asien, Südosten“ verfügbar. Achten Sie darauf, dass Sie Ihren Hub in einer dieser Regionen erstellen.
SDK-Verfügbarkeit
Zwei Seiten jedes Streams (auf der Geräte- und der Dienstseite) verwenden das IoT Hub SDK zum Einrichten des Tunnels. Während der öffentlichen Vorschau können Kunden aus den folgenden SDK-Sprachen auswählen:
Die C und C# SDKs unterstützen Gerätestreams auf der Geräteseite.
Die NodeJS und C# SDKs unterstützen Gerätestreams auf der Dienstseite.
Nächste Schritte
Weitere Informationen zu Gerätestreams finden Sie unter den folgenden Links.