無線(WIFI)FIT(瘦)AP的組網工作原理

2021-01-07 IT信息系統集成達叔

無線AP大概分為兩類,一類是胖AP,另一類就是瘦AP了。胖AP將天線、加密、認證、網管、漫遊、安全等置於一身,通常AP都會有單獨的網頁或者命令行配置頁面;用戶使用時,無需其他附屬設備,採用單獨的AP即可提供無線接入功能,組網相對簡單;而瘦AP僅負責無線接入,加密,認證中的部分功能,而射頻管理,用戶接入,AP控制,漫遊控制都在無線控制器上完成;無線控制器AC通過和AP之間建立隧道來控制和管理瘦AP;

目前市場主流的規模化無線組網項目都是基於採用AC無線控制器與瘦AP組合的方式來實現。因為在規模化的無線組網項目中因為大量AP的採用,必然會有以下挑戰。

–對大量AP管理、監測及控制所產生的挑戰–對大量AP的統一配置及升級-對多個AP之間的無線幹擾、信道轉換、功率調整等進行集中控制-對AP之間避免幹擾、防止入侵、穩定整體性能–對無線區域網的安全要求以上挑戰是採用胖AP組網所難以解決的現實問題,而採用無線控制器AC加瘦AP的組網方式恰恰可以對AP進行集中化完成配置更改、監控和管理,增強對用戶和業務的控制–在各種組網模式下完成對AP的統一管理,避免多個AP之間的信道衝突、信息幹擾等,從而增加了無線網絡的穩定性及可用性。同時網絡組網設計可以更為靈活,並從整體降低了網絡故障率。

無線控制器 和 AP 間採用業界標準的 CAPWAP 協議進行通訊,並由此實現對 AP 的集中管理和自動配置。接下來我們先來簡單了解一下CAPWAP協議的工作原理。

CAPWAP 協議

CAPWAP 協議:全稱為Control And Provisioning of Wireless Access Points Protocol Specification;IETF為了解決隧道協議不兼容問題造成的A廠家的AP和B廠家的AC無法進行互通,在2005年成立了CAPWAP工作組以標準化AP和AC間的隧道協議; 作為隧道協議的一個重要設計目標,它希望能夠承載多種無線接入技術,如802.11和802.16。所以工作組協議包括了兩部分:CAPWAP協議和無線BINDING協議。CAPWAP協議(RFC5415,2009年4月發布)作為通用隧道協議,完成了AP發現AC等基本協議功能,和具體的無線接入技術無關。

CAPWAP的模式

CAPWAP協議支持兩種模式的操作:Split MAC和Local MAC。

Split MAC:在split MAC模式下,所有二層的無線數據和管理幀都會被CAPWAP協議封裝,然後在AC和WTP之間交換。

如下圖中所示,從一個Station收到的無線幀,會被直接封裝,然後轉發給AC。

Local MAC:本地轉發模式允許數據幀可以用本地橋或者使用802.3的幀形式用隧道轉發。在這種情況下,二層無線管理幀在WTP本地已經處理,然後轉發給AC。

下圖顯示了本地轉發模式,Station傳送的無線幀被封裝成802.3數據幀,然後轉發給AC。

與CAPWAP 協議有關術語介紹

CAPWAP控制信道:一個雙向信道,由AC的IP位址,WTP的IP位址,AC控制埠,WTP控制埠,傳輸層協議(UDP)定義,在這之上可以收發CAPWAP的控制報文;

CAPWAP數據信道:一個雙向信道,由AC的IP位址,WTP的IP位址,AC數據埠,WTP數據埠,傳輸層協議(UDP)定義,在這之上可以收發CAPWAP的數據報文;

Station:一個包含無線接口的設備;

無線終端WTP:物理或者網絡實體,包含一個射頻天線和無線物理層可以傳輸和接受STA在無線存取網絡的數據;

AP與AC的通信原理(CAPWAP)

CAPWAP作為隧道協議, 運行在UDP協議之上, 分為控制通道和數據通道。

控制通道:

功能:用於配置和收集設備狀態信息。

報文格式(私有性):其協議報文格式由標準定義部分和廠商自定義部分組成。(所以不同廠商的AC和AP之間的不兼容)

數據通道:

功能:用於承載設備間的數據業務流量。

報文格式:由CAPWAP報頭加上承載的數據業務組成。

AP與AC之間通過建立CAPWAP隧道,進行集中管理和數據通信服務,AP與AC之間可跨二、三層網絡(NAT)。

AP與AC的通信過程

AP獲取IP位址

FIT AP默認是「零」配置,需要通過DHCP方式獲取IP位址;

在通過DHCP獲取IP位址的過程中,通過DHCP Option獲取AC的IP位址;

可以通過DHCP Option 43或者Option 138獲取AC的IP位址;

如果AC配置兩臺冗餘模式,DHCP Option中會有兩臺AC的IP位址,AP會和這兩臺AC建立CAPWAP隧道;

AP發現AC

AP 獲取到AC 的IP 地址後,AP 發送Discovery 報文後CAPWAP 狀態機進Discovery 狀態;Discovery Request報文採用廣播、組播(224.0.1.140)、單播(AC的IP)方式發送;

AP請求加入AC

AP 發出Discovery Request 報文並得到回應,則開始準備加入到該AC;

AP自動升級

Image Data 狀態是AC 對AP(WTP)升級的過程,目的是為了AP 的版本可正常;

AC 通過CAPWAP 控制報文下發升級版本給AP,而不是通過CAPWAP 數據報文;

AP配置下發

當AP 比較版本後判定AP 不需要升級,或者當AP 已經升級完畢時, AC 開始下發配置給AP;

AP配置確認

AC 下發配置後還需要確認配置是否在AP 上執行成功;

當AP 進入Run 狀態,說明AP 與AC 的控制和數據通道建立已成功,用戶可根據需要,對指定的AP 做配置設置,如創建WLAN、設置信道、調整發射功率等等,並可實時監控AP 的運行狀態;

通過CAPWAP隧道轉發數據

數據隧道可加密,也可以非加密;非加密:無線數據本身通過WEP/WPA等加密過;加密:通過CAPWAP的DTLS隧道承載;

數據轉發方式

無線的數據轉發方式有兩種,一種是本地轉發,第二種是集中轉發。

本地轉發

用戶的報文不經過AC,直接在AP側進行本地轉發。

上行報文:AP接收到用戶的數據報文之後,直接在本地轉發到用戶的網關,而不通過CAPWAP隧道送到AC;

下行報文:ISP下行給用戶的數據報文先發到用戶的網關(交換機等),然後由網關轉發給相應AP,最後由AP通過無線通道傳送給用戶;

集中轉發

用戶的所有報文需要經過AC進行轉發。

上行報文:AP接收到用戶的數據報文之後,通過CAPWAP隧道傳輸到AC,再由AC進行轉發;

下行報文:ISP下行給用戶的數據報文先發到AC,由AC將報文通過CAPWAP隧道發送到相應的AP,再通過無線發送給用戶;

本地轉發與集中轉發的區別

以下文章有助於了解無線相關的知識,有需要的可以瀏覽。

無線區域網(WIFI)基礎知識簡介

無線網絡設計-無線地勘

教你5步搞定無線WIFI地勘報告

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