WLAN服務(wù)技術(shù)介紹-D

1、，WLAN服務(wù)技術(shù)介紹技術(shù)介紹WLAN目 錄i目 錄 HYPERLINK l _bookmark0 WLAN服務(wù) HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark0 WLAN服務(wù)簡(jiǎn)介 HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark0 常用術(shù)語(yǔ) HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark1 用戶接入過(guò)程 HYPERLINK l _bookmark1 2 HYPERLINK l _bookmark2 CAPWAP協(xié)議概述 HYPERLINK l _bookma

2、rk2 4 HYPERLINK l _bookmark4 用戶接入控制方式 HYPERLINK l _bookmark4 6 HYPERLINK l _bookmark6 n協(xié)議 HYPERLINK l _bookmark6 8技術(shù)介紹WLANWLAN 服務(wù) PAGE 11WLAN 服務(wù)WLAN 服務(wù)簡(jiǎn)介WLAN（Wireless Local Area Network，無(wú)線局域網(wǎng)）技術(shù)是當(dāng)今通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，和有線相比，無(wú)線局域網(wǎng)的啟動(dòng)和實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)的成本低廉，一般只要安放一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備就可建立覆蓋整個(gè)建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)絡(luò)。然而， WLAN 系統(tǒng)不是完全的無(wú)線系統(tǒng)，它的服務(wù)器和骨

3、干網(wǎng)仍然安置在固定網(wǎng)絡(luò)，只是用戶可以通過(guò)無(wú)線方式接入網(wǎng)絡(luò)。使用 WLAN 解決方案，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)能夠?yàn)橛脩籼峁o(wú)線局域網(wǎng)服務(wù)，服務(wù)內(nèi)容包括：應(yīng)用具有無(wú)線局域網(wǎng)功能的設(shè)備建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)，用戶可以連接到固定網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)。無(wú)線用戶可以訪問(wèn)傳統(tǒng) 802.3 局域網(wǎng)。使用不同認(rèn)證和加密方式，安全地訪問(wèn) WLAN。為無(wú)線用戶提供安全的網(wǎng)絡(luò)接入和移動(dòng)區(qū)域內(nèi)的無(wú)縫漫游。常用術(shù)語(yǔ)客戶端帶有無(wú)線網(wǎng)卡的 PC 或便攜式筆記本電腦等終端。AP（Access Point，接入點(diǎn)）AP 提供無(wú)線客戶端到局域網(wǎng)的橋接功能，在無(wú)線客戶端與無(wú)線局域網(wǎng)之間進(jìn)行無(wú)線到有線和有線到無(wú)線的幀轉(zhuǎn)換。AC（Access Co

4、ntroller，無(wú)線控制器）無(wú)線控制器對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)中的所有 AP 進(jìn)行控制和管理。無(wú)線控制器還可以通過(guò)同認(rèn)證服務(wù)器交互信息，來(lái)為 WLAN 用戶提供認(rèn)證服務(wù)。FAT AP一種控制和管理無(wú)線客戶端的無(wú)線設(shè)備。幀在客戶端和 LAN 之間傳輸需要經(jīng)過(guò)無(wú)線到有線以及有線到無(wú)線的轉(zhuǎn)換，而 FAT AP 在這個(gè)過(guò)程中起到了橋梁的作用。無(wú)線介質(zhì)無(wú)線介質(zhì)是用于在無(wú)線用戶間傳輸幀的介質(zhì)。WLAN 系統(tǒng)使用無(wú)線射頻作為傳輸介質(zhì)。用戶接入過(guò)程用戶接入過(guò)程首先需要通過(guò)主動(dòng)/被動(dòng)掃描，在通過(guò)認(rèn)證和關(guān)聯(lián)兩個(gè)過(guò)程后才能和AP 建立連接。ClientAP主動(dòng)掃描/被動(dòng)掃描Authentication Request Aut

5、hentication Response Association Request Association Response圖1 建立無(wú)線連接過(guò)程無(wú)線掃描主動(dòng)掃描用戶試圖主動(dòng)尋找網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可用主動(dòng)掃描對(duì)周圍的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描。根據(jù)是否攜帶指定 SSID，主動(dòng)掃描可以分為兩種：客戶端發(fā)送 Probe Request（SSID 為 null）：用戶預(yù)先配有一個(gè)信道列表， 客戶端在信道列表中的信道上廣播探查請(qǐng)求幀（Probe Request）。AP 收到探查請(qǐng)求幀后，回應(yīng)探查響應(yīng)幀（Probe Response）?？蛻舳藭?huì)選擇信號(hào)最強(qiáng)的 AP 進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這種方法適用于無(wú)線客戶端通過(guò)主動(dòng)掃描可以獲知是否存

6、在可使用的無(wú)線服務(wù)。圖2 主動(dòng)掃描過(guò)程（Probe Request 中SSID 為 NULL）客戶端發(fā)送 Probe Request（Probe Request 攜帶指定的 SSID）：這種情況下，因?yàn)榭蛻舳藬y帶指定的 SSID，只會(huì)單播發(fā)送探查請(qǐng)求幀（Probe Request），相應(yīng)的 AP 接受到后回復(fù)請(qǐng)求。這種方法適用于無(wú)線客戶端通過(guò)主動(dòng)掃描接入指定的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。圖3 主動(dòng)掃描過(guò)程（Probe Request 攜帶指定的 SSID）被動(dòng)掃描被動(dòng)掃描是指客戶端通過(guò)偵聽(tīng) AP 定期發(fā)送的 Beacon 幀來(lái)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。用戶預(yù)先配有用于掃描的信道列表，在每個(gè)信道上監(jiān)聽(tīng)信標(biāo)。被動(dòng)掃描要求AP 周期

7、性發(fā)送Beacon 幀。當(dāng)用戶需要節(jié)省電量時(shí)，可以使用被動(dòng)掃描。一般 VoIP 語(yǔ)音終端通常使用被動(dòng)掃描方式。圖4 被動(dòng)掃描過(guò)程認(rèn)證過(guò)程為防止非法用戶接入，首先需要在用戶和 AC/FAT AP 之間建立認(rèn)證，認(rèn)證機(jī)制包括兩種。只有通過(guò)認(rèn)證后才能進(jìn)入關(guān)聯(lián)階段。開(kāi)放系統(tǒng)認(rèn)證共享密鑰認(rèn)證關(guān)于兩種認(rèn)證的詳細(xì)介紹請(qǐng)參見(jiàn)“WLAN 安全技術(shù)介紹”。關(guān)聯(lián)過(guò)程如果用戶想通過(guò) AP 接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，用戶必須同特定的 AP 關(guān)聯(lián)。當(dāng)用戶通過(guò)指定SSID 選擇無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò) AP 認(rèn)證后，就可以向 AP 發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀。AP 將用戶信息添加到數(shù)據(jù)庫(kù)，向用戶回復(fù)關(guān)聯(lián)響應(yīng)。用戶每次只可以關(guān)聯(lián)到一個(gè) AP 上， 并且關(guān)聯(lián)

8、總是由用戶發(fā)起。CAPWAP 協(xié)議概述CAPWAP 簡(jiǎn)介CAPWAP（Controlling and Provisioning of Wireless Access Point，無(wú)線接入點(diǎn)控制與供應(yīng)）協(xié)議定義了AP與AC之間如何通信，為實(shí)現(xiàn)AP和AC之間的互通性提供一個(gè)通用封裝和傳輸機(jī)制，如 HYPERLINK l _bookmark2 圖 5所示。圖5 CAPWAP 示意圖CAPWAP 同時(shí)運(yùn)行在 AP 和 AC 上，為 WLAN 系統(tǒng)提供安全的 AC 與 AP 之間的通信。AP 與 AC 之間的通信依照標(biāo)準(zhǔn) UDP 客戶端/服務(wù)器端模型來(lái)建立。CAPWAP 提供數(shù)據(jù)隧道來(lái)封裝發(fā)往 AC 的

9、數(shù)據(jù)包。這些數(shù)據(jù)包可以是 802.11 協(xié)議的數(shù)據(jù)包。CAPWAP 還支持 AC 的遠(yuǎn)程 AP 配置、WLAN 管理和漫游管理。在 AC 上，CAPWAP 提供了 AP 管理功能。AC 可以根據(jù)管理員提供的信息動(dòng)態(tài)地配置 AP。在 IP 網(wǎng)絡(luò)中 CAPWAP 使用 UDP 協(xié)議作為承載協(xié)議，支持 IPv4 和 IPv6 協(xié)議，接入點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)的選擇使用IPv4 或者IPv6 和AC 建立鏈接。因此，CAPWAP 支持IPv4和 IPv6 協(xié)議可以更好的支持在后續(xù)網(wǎng)絡(luò)改造中，所有的 AP 和 AC 都不需要升級(jí)就可以繼續(xù)提供 WLAN 接入服務(wù)，極大方便了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)，保證用戶的投資回報(bào)。CAP

10、WAP 支持鏈路備份雙鏈路連接為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制器的備份，AP 需要與兩個(gè)無(wú)線控制器分別建立鏈接。這兩臺(tái)無(wú)線控制器之間為主備關(guān)系。處于主用狀態(tài)的無(wú)線控制器負(fù)責(zé)為所有 AP 提供服務(wù)，而備用無(wú)線控制器為主用無(wú)線控制器提供備份鏈路。通過(guò)心跳檢測(cè)機(jī)制，當(dāng)主用無(wú)線控制器發(fā)生故障時(shí)，備用無(wú)線控制器可立即檢測(cè)到該主用無(wú)線控制器的異常狀態(tài)并成為新的主用無(wú)線控制器，保證無(wú)線服務(wù)不會(huì)中斷。AC 2AP 1AP 4AC 1AP 2AP 3圖6 雙鏈路連接 HYPERLINK l _bookmark3 圖 6中，AC 1 與AC 2 為主備熱備份的兩臺(tái)無(wú)線控制器。AC 1 工作在主用狀態(tài)，并為AP 1、AP 2、AP

11、 3 及AP 4 提供服務(wù)；AC 2 工作在備用狀態(tài)，各AP通過(guò)備用鏈路連接到AC 2。通過(guò)配置，使兩臺(tái)無(wú)線控制器啟動(dòng)主備心跳檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到AC 1出現(xiàn)故障后，AC 2 的工作狀態(tài)立即由備用轉(zhuǎn)為主用；通過(guò)備用信道連接到AC 2 的AP將該備用信道轉(zhuǎn)換為主用信道，使用AC 2 作為主用無(wú)線控制器。當(dāng)AC 1 恢復(fù)連接后，AC 1 保持在備用狀態(tài)。Primary AC 支持雙鏈路連接Primary ACAC 1AC 2AP圖7 Primary AC 支持雙鏈路連接 HYPERLINK l _bookmark3 圖 7中，作為Primary AC的AC 1 是主AC，與AP建立CAPWAP連接，AC

12、 2 作為備份AC為AP提供備份鏈路。當(dāng)AC 1 出現(xiàn)故障時(shí)，在其恢復(fù)CAPWAP連接前，AC 2會(huì)成為Master AC。當(dāng)AC 1 恢復(fù)連接后，作為Primary AC的AC 1 會(huì)重新與AP建立連接，成為Master AC。AC 同時(shí)支持兩種工作狀態(tài)AC 1AC 2AP 1AP 2圖8 AC 同時(shí)支持兩種工作狀態(tài)一個(gè)AC可以同時(shí)提供主備份連接。在 HYPERLINK l _bookmark4 圖 8中，AC 1 與AP 1 建立主用鏈路，同時(shí)為AP 2 提供備份鏈路。類似的，AC 2 與AP 2 建立主用鏈路，同時(shí)為AP 1 提供備份鏈路。用戶接入控制方式基于 VLAN 的用戶接入控制R

13、ADIUS serverSSID：Leader VLAN：102公司領(lǐng)導(dǎo)InterneL2 switchSSID：Employee VLAN：101t AP普通員工SSID：VoIP VLAN：100 圖9 基于 VLAN 的用戶接入控制VoIP終端用戶VLAN（Virtual Local Area Network）可以將一個(gè)物理的LAN在邏輯上劃分成多個(gè)廣播域（多個(gè)VLAN），VLAN內(nèi)的主機(jī)間可以直接通信，而VLAN間不能直接互通。在WLAN環(huán)境中，也可以使用VLAN區(qū)分不同的無(wú)線客戶端。如 HYPERLINK l _bookmark4 圖 9所示，通過(guò)配置VLAN，可以把用戶群劃分到不同

14、VLAN中，各VLAN中采用不同的WLAN安全策略， 實(shí)現(xiàn)更加靈活、安全的無(wú)線接入?；?AP 的用戶接入控制無(wú)線接入服務(wù)的提供者希望能控制客戶端在無(wú)線接入網(wǎng)中的接入位置。這里的接入位置目前主要指客戶端所接入的AP。如 HYPERLINK l _bookmark5 圖 10所示，Client 1、Client 2 和Client 3 可以通過(guò)AP 1AP 3 接入到外部網(wǎng)絡(luò)。基于某些策略考慮（如安全性或者計(jì)費(fèi)等因素），提供無(wú)線接入服務(wù)的機(jī)構(gòu)希望通過(guò)特定的AP接入策略，使Client 1 和Client 2只能通過(guò)AP 1 和AP 2 訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，而Client 3 只能通過(guò)AP 3 訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。A

15、P接入策略可以通過(guò)用戶在User Profile下配置客戶端關(guān)聯(lián)的AP組，這樣就可以確保客戶端只能通過(guò)授權(quán)的AP訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。AP 1InternetAP 2ACRADIUS serverClient 1Client 2AP 3圖10 用戶接入控制組網(wǎng)應(yīng)用Client 3基于 SSID 的用戶接入控制在有用戶臨時(shí)需要接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要臨時(shí)為用戶建立一個(gè)來(lái)賓賬戶，通過(guò)基于 SSID 的接入控制可以達(dá)到訪問(wèn)限制的目的，即限制來(lái)賓用戶只能在指定的 SSID 登錄。SSID 的接入控制可以通過(guò)在 User Profile 下設(shè)置允許接入的 SSID 來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖11 無(wú)線用戶臨時(shí)接入組網(wǎng)圖n 協(xié)議1. 8

16、02.11n 協(xié)議簡(jiǎn)介802.11n 作為 802.11 協(xié)議族的一個(gè)新協(xié)議，支持 2.4GHz 和 5GHz 兩個(gè)頻段，致力于為 WLAN 接入用戶提供更高的“接入速率”，802.11n 主要通過(guò) MIMO 技術(shù)、增加帶寬和提高信道利用率兩種方式來(lái)提高通訊速率。圖12 多輸入多輸出MIMO技術(shù)：在室內(nèi)，電磁環(huán)境較為復(fù)雜，多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使得實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道的高速數(shù)據(jù)傳輸更加困難。但對(duì)MIMO系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多徑效應(yīng)卻可以作為一個(gè)有利因素加以利用。MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線（或陣列天線）和多通道，傳輸信息流S(k)經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼形成N個(gè)信息子流Ci(k)， i=1，

17、N。這N個(gè)子流由N個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個(gè)接收天線接收， 如 HYPERLINK l _bookmark6 圖 12所示。多天線接收機(jī)利用空時(shí)編碼處理能夠分開(kāi)并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。同時(shí)，這N個(gè)子流同時(shí)發(fā)送到信道，各發(fā)射信號(hào)占用同一頻帶， 并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立，則MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道，通過(guò)這些并行空間信道獨(dú)立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。增加帶寬：802.11n 通過(guò)將兩個(gè) 20MHz 的信道綁定在一起組成一個(gè) 40MHz 通訊帶寬，在實(shí)際工作時(shí)可以作為兩個(gè) 20MHz 的信道使用（一個(gè)為主信道，一個(gè)為次信道， 收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)既

18、可以 40MHz 的信道工作，也可以單個(gè) 20MHz 信道工作），這樣可將速率提高一倍，提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。提高信道利用率：對(duì)信道利用率的提高主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。802.11n 標(biāo)準(zhǔn)中采用 A-MPDU 聚合幀格式，即將多個(gè) MPDU 聚合為一個(gè)A-MPDU，只保留一個(gè) PHY 頭，刪除其余 MPDU 的 PHY 頭，減少了傳輸每個(gè) MPDU 的 PHY 頭的附加信息，同時(shí)也減少了 ACK 幀的數(shù)目，從而降低了協(xié)議的負(fù)荷，有效的提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。802.11n 協(xié)議定義了一個(gè)新的 MAC 特性 A-MSDU，該特性實(shí)現(xiàn)了將多個(gè)MSDU 組合成一個(gè) MSDU 發(fā)送，與 A-MPDU 類似，通過(guò)聚

19、合，A-MSDU 減少了傳輸每個(gè) MSDU 的 MAC 頭的附加信息，提高了 MAC 層的傳輸效率。802.11n 支持在物理層的優(yōu)化，提供短間隔功能。原 11a/g 的 GI 時(shí)長(zhǎng) 800us， 而短間隔 Short GI 時(shí)長(zhǎng)為 400us，在使用 Short GI 的情況下，可提高 10%的速率。2. 802.11n 射頻速率802.11n射頻速率的配置通過(guò)MCS（Modulation and Coding Scheme，調(diào)制與編碼策略）索引值實(shí)現(xiàn)。MCS調(diào)制編碼表是 802.11n為表征WLAN的通訊速率而提出的一種表示形式。MCS將所關(guān)注的影響通訊速率的因素作為表的列，將MCS索引作

20、為行，形成一張速率表。所以，每一個(gè)MCS索引其實(shí)對(duì)應(yīng)了一組參數(shù)下的物理傳輸速率，如 HYPERLINK l _bookmark7 表 1所示（全部速率的描述可參見(jiàn)“IEEE P802.11n D2.00”）。表1 MCS 對(duì)應(yīng)速率表MCS IndexModulationRData rate (Mb/s)800ns GI400ns GI0BPSK1/26.57.21QPSK1/213.014.42QPSK3/419.521.7316-QAM1/226.028.9用戶對(duì) MCS 的配置分為兩類，配置基本 MCS 和支持 MCS。配置輸入的 MCS 索引是一個(gè)范圍，即指 0配置值，如輸入 5，即指定了所要輸入的 MCS 范圍