无线覆盖方案.doc
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1、无线覆盖方案网络的发展极大地推动了教育机构的信息化进程,在大力建设有线网络的同时,也日益关注无线网络的应用。同时,随着笔记本电脑的普以及无线局域网客户端适配器产品的价格逐步降低,更多的相关人员拥有无线网络客户端产品。用户越来越要求尽可能方便、快速、移动式的使用网络,无线网络的建设正驶向快车道。设想一下,在教室、办公室、会议室、图书室,甚至在休息室、食堂、操场等场所是都可以轻松地连接到无线网络,这样一个无线网的实现,需要一个强有力的无线网络来支撑,当前无线网的规模越来越大,从覆盖范围看,无线从局部覆盖扩展到了整个建筑物内的覆盖;从无线AP的数量看,也从最初的几个发展到几十个甚至上百个AP。无线网
2、络的建设对系统的安全性、稳定性、扩展性、管理性等各方面都提出了更高的要求。1 无线网络建设需求在无线网络建设中,为了解决大规模部署情况下的统一配置、调整问题,以及射频的智能管理问题,现在大多无线网络建设普遍都采用了瘦AP建网模式。瘦AP的另一个好处是实现了三层漫游环境下避免重新认证,从而使漫游切换时间小于50ms。这对于机构移动业务,尤其是对切换时间要求最苛刻的语音业务意义重大。然而,随着无线网络的发展,一些新的需求也逐渐变得越来越强烈。主要有以下几个方面:稳定问题:由于WLAN网络的组网设计包含无线控制器、接入交换机、无线接入点等大量设备,在大部分情况下,还需要通过以太网解决供电问题,所有这
3、些环节都会影响无线网络的稳定性;同时由于无线信号的传播深受环境影响,多径等问题导致无线信号在不同方向上存在非常复杂的衰减现象,实际的信号覆盖和理想的信号衰减模型往往存在一定差异。所以如何实时根据环境动态调整无线接入点的信道、发射功率等也是经常困扰无线网络管理人员的难题。安全问题:由于无线网络的特殊性,无线用户的安全问题就更加突出。对无线网络用户来说,所有有线网络存在的安全威胁和隐患都同样存在。同时,任何不可信的无线设备可以在信号覆盖范围内进行网络接入的尝试,一定程度上也加剧了无线用户所面临的安全隐患。无线网络的安全问题已经不再是单一的物理层安全,也包括了用户接入安全、网络层安全、设备安全、安全
4、管理等多个层面上,如何能使无线网络用户在使用无线网络时能够像使用有线网络一样安全、可靠,正逐渐成为无线网络建设所关注的核心。管理问题:相对于FAT AP来说,虽然FIT AP解决方案帮助网络管理人员实现了无线网络的灵活安装与应用,但管理无线网络却仍然是一项非常耗时且麻烦的事情。传统的FIT AP解决方案由无线控制器(AC)及无线接入点(FIT AP)构成,虽然整个无线网络具有一些设备管理、安全管理功能和用户管理功能,但是与有线网络难于统一,无法在整个企业范围内实现用户管理及认证、服务质量控制和安全策略实施等。因此,整合有线和无线网络,实现统一的网络控制和管理,对于网络管理人员来说具有重要的意义
5、。扩展问题:WLAN技术的发展日新月异,新技术、新标准层出不穷,除了呼之欲出的802.11n。所有的无线产品和解决方案都要为未来的升级和应用做好准备。应用问题:随着WLAN技术的逐步成熟,市场上各种各样的WLAN终端如笔记本电脑、PDA、支持Wi-Fi的手机和游戏机、即拍即传的数码相机如雨后春笋般涌现出来,同时价格越来越低,普及程度越来越高,使得无线新业务在网络中的丰富应用成为可能。如何在无线网络这个开放的平台上开展丰富的业务是建设者必须要考虑的问题。1.1 用户需求:如今,网络已经成为大多数教学机构日常教学、办公的一个必备工具,不少用户对网络的要求和依赖性也逐渐增强。目前,一些教育用户要求在
6、教室、办公室、会议室及图书馆等办公场所可以非常方便的接入互联网,而这只能是无线网络所能实现的。单位对于网络的要求,除了实用之外更注重稳定和安全,这也是单位无线网络与家用无线网络的本质差别。为此,组建无线网络还是有一定技巧和经验可谈的。要想组建一个适合用户使用的无线网络,必须了解用户对无线网络的需求。1.1.1 无线网络需求分析如同组建有线网络一样,组建无线网络时也要以用户的需求为原则,因为组建无线网络的目的就是为了让网络更好的为办公服务。无线网络与有线网络虽然都是网络,但用户对其的需求却不尽相同。归纳起来,用户对无线网络的需求主要有以下几点:1、安全稳定众所周知,无线网络的性能要受到障碍物、传
7、输距离等因素的影响,而用户对于网络的最基本要求就是稳定。目前,无线网络的主流传输速率为54Mbps,与有线网络相比有一定的差距,加上无线网络易受综合环境的影响,用户组建无线网络时,稳定成为必须考虑的问题。另外,无线网络具有很强的开放性,任何一台拥有无线网卡的PC就可以登录到无线网络,这对于用户来说是一种威胁,为此,无线网络必须要安全。2、覆盖范围一般来说,一个企业会拥有多个公众办公区域,多个会议室,以及公共会客室。既然要搭建无线网络,必须要让无线网络信号覆盖用户指定区域的每个角落,使相关人员在办公区内的任何一个地方都可以接入互联网。由于无线网络的覆盖范围有限,组建无线网络时,必须考虑到无线网络
8、的覆盖范围,让无线网络信号覆盖每一个地方,实现无缝覆盖。图一无线网络必须能够覆盖企业的每个角落3、可扩充性对于发展中的企业而言,经营过程中有可能会扩充办公区域,其网络也必须预留出扩充的空间。诚然,部署无线网络不需要铺设双绞线,如果没有预留扩充位置,无线网络依然无法扩充。为了发展的需要,组建无线网络时,可扩充性也是一个需求。4.1.1.2 无线网络覆盖范围教学楼整栋无线网络覆盖。4.1.2 网络拓扑结构:2 AP的零配置2.1概述传统的WLAN网络都是为机构或家庭内少量移动用户的接入而组建的,这类网络典型的组网方式是采用FAT AP有线交换机的分布式WLAN组网模式,由AP来完成用户的无线接入、
9、用户权限认证、用户安全策略实施,对WLAN网络设备的管理也是分布式的。随着WLAN技术的成熟和应用的普及,越来越多的企业开始大规模部署WLAN网络,接入的用户数和无线设备的规模都在成倍增长,网络维护人员在建设和维护WLAN网络时发现采用传统的WLAN组网和管理模式已经很难适应现有的WLAN网络规模。目前在中大型WLAN网络的建设和维护中遇到的主要问题有:a) WLAN建网时需要对成百上千的AP进行逐一配置:网管IP地址、SSID和加密认证方式等无线业务参数、信道和发射功率等射频参数、ACL和QOS等服务策略,很容易因误配置而造成配置不一致。b) 为了管理AP,需要维护大量AP的IP地址和设备的
10、映射关系,每新增加一批AP设备都需要进行地址关系维护。c) 接入AP的边缘网络需要更改VLAN、ACL等配置以适应无线用户的接入,为了能够支持用户的无缝漫游,需要在边缘网络上配置所有无线用户可能使用的VLAN和ACL。d) 察看网络运行状况和用户统计时需要逐一登录到AP设备才能完成察看。在线更改服务策略和安全策略设定时也需要逐一登录到AP设备才能完成设定。e) 升级AP软件无法自动完成,维护人员需要手动逐一对设备进行软件升级,费时费力f) AP设备的丢失意味着网络配置的丢失,在发现设备丢失前,网络存在入侵隐患,在发现设备丢失后又需要全网重配置。随着建网、组网问题的不断出现,一种全新的WLAN网
11、络架构无线控制器FIT AP集中式WLAN管理模式应运而生。无线控制器FIT AP控制架构对设备的功能进行了重新划分,其中无线控制器负责无线网络的接入控制,转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网管代理、安全控制;FIT AP负责802.11报文的加解密、802.11的PHY功能、接受无线控制器的管理、RF空口的统计等简单功能。Cisco公司在支持这种新的网络架构时将一些新的智能功能集成进FIT AP和无线控制器中,以便于给用户呈现统一的网络管理接口:1、 FIT AP的配置保存在无线控制器中,FIT AP启动时会自动从无线控制器下载合适的设备配置信息。2、 FIT AP需要能够自动获取
12、IP地址,同时FIT AP需要能够自动发现可接入的无线控制器,并对无线控制器和FIT AP之间的网络拓扑不敏感。3、 无线控制器支持FIT AP的配置代理和查询代理,能够将用户对FIT AP的配置顺利传达到指定的FIT AP设备,同时可以实时察看FIT AP的状态和统计信息。4、 无线控制器保存FIT AP的最新软件,并负责FIT AP软件的自动更新。Cisco公司通过这一全新的网络管理接口可以很好的解决目前中大型WLAN网络组网中存在的管理问题:1、 用户只需要建立业务参数模板和设备参数模板,并设定指定的AP引用这些模板,当FIT AP启动时无线控制器会根据预先的配置引用信息给FIT AP下
13、发配置,用户的配置工作量大大减少。2、 用户对FIT AP的管理是通过无线控制器来代理完成,网管不再关心FIT AP的IP地址,FIT AP和无线控制器之间的关联是自动完成,不再需用户对AP进行的配置干预。3、 无线用户的数据报文被FIT AP封装在AP和AC间的数据隧道中,接入AP的边缘网络不需要再为无线用户的接入而更改VLAN和ACL等配置。4、 无线控制器保存了所管理的FIT AP的运行状况和在线用户统计信息,维护人员只需登录到指定的无线控制器就可以完成信息察看。用户对FIT AP的管理是通过无线控制器来代理完成,因此在线更改服务策略设定和安全策略设定也不再需要逐一登录到AP设备,而只需
14、要登录到指定的无线控制器就可以完成设置,无线控制器会自动把新的配置下发到指定的FIT AP。5、 用户不再需要手动逐一对AP设备进行软件升级,AP在每次重新启动时会自动比较当前运行的版本和无线控制器上保存的版本,如果无线控制器上保存的版本更新,FIT AP会自动更新本地的软件影像。AP本地不再保存配置信息,即使设备丢失也不存在因配置丢失而出现的安全隐患。2.2 AP的零配置2.2.1 无线控制器和FIT AP之间的网络拓扑在集中式WLAN管理模式中,CISCO的FIT AP和无线控制器之间可以支持两种网络拓扑结构(图1所示): 1. 二层网络连接模式: FIT AP和无线控制器同属于一个二层广
15、播域,FIT AP和AC之间通过二层交换机互联。2. 三层网络连接模式: FIT AP和无线控制器属于不同的IP网段. FIT AP和AC之间的通信需要通过路由器或者三层交换机三层转发来完成。 图1 无线控制器和FIT AP之间的网络拓扑2.2.2 获取IP地址FIT AP在和网络通信前必须能够获取自身的IP地址,为了减少维护人员的配置,FIT AP必须能够支持自动获取IP地址,目前业界标准的做法是采用DHCP client功能. AP启动以后会在其上行接口上通过DHCP client模块发起获取IP地址的过程. 通过DHCP的协议交互FIT AP可以从DHCP server获取到以下信息:自
16、身使用的IP地址、DNS server的IP地址、网关IP地址、域名、可接入的无线控制器的IP地址列表(此信息通过DHCP option43提供)等。2.2.3 发现相同二层网络内的无线控制器FIT AP一旦获取到IP地址,就会通过广播方式发起无线控制器发现请求.和AP同属于相同二层广播域的无线控制器会根据预先配置的可接入AP列表和当前的负载情况决定是否响应AP的发现请求.通过用户的预先配置和无线控制器自身的判断可以使FIT AP均衡的接入到不同的无线控制器。FIT AP和无线控制器的交互过程详见图2图2 相同广播域内的无线控制器发现过程2.2.4 发现跨三层网络的无线控制器CISCO的FIT
17、 AP还能够支持被跨三层网络的无线控制器管理.在这种情况下由于FIT AP和无线控制器之间跨越了三层网络,因此FIT AP已经无法通过二层广播方式来发现无线控制器而只能通过单播形式来发现远端的无线控制器,但FIT AP如何能够获取到无线控制器的IP地址呢? CISCO的FIT AP支持两种方法来实现这一功能:方法一:FIT AP从DHCP server获取IP地址时同时会获取到自身的domain名字和DNS server地址,FIT AP将获取到的domain名字和固定的CISCO串拼接成CISCO.xxxx.xxx的DNS域名,同时FIT AP会向DNS server请求解析获取CISCO.
18、xxxx.xxx的IP地址,用户只需在DNS server上配置CISCO.xxxx.xxx对应的无线控制器的IP地址,AP就能获取到无线控制器的IP地址并向该IP地址发送无线控制器发现请求。方法二:用户在DHCP server上通过option43属性来配置无线控制器的IP地址,当FIT AP在从DHCP server获取IP地址时,通过解析DHCP回应报文中携带的option43属性就可以获取无线控制器的IP地址并向该IP地址发送无线控制器发现请求。图3描述了一个FIT AP发现无线控制器的典型交互过程:图3 FIT AP发现无线控制器的典型交互过程1)预先在无线控制器上配置AP的配置信息
19、,在DHCP server上配置域名,在DNS server上配置无线控制器的域名对应的IP地址,其中无线控制器的域名为CISCO.xxxx.xxx,xxxx.xxx和用户在DHCP Server上配置的域名相同。2)AP启动以后会通过DHCP获取获取IP地址、DNS server、域名。3)AP发出二层广播的发现请求报文试图联系一个无线控制器。4)如果长时间没有响应AP会认为在自己相同的子网内没有合适的无线控制器可以接入,AP会从DNS server获取CISCO.xxxx.xxx的IP地址,其中xxxx.xxx是从DHCP server学习到的域名,AP向该IP地址发送发现请求。5)接收到
20、发现请求报文的无线控制器会检查该AP是否有接入本机的权限,如果有则回应发现响应。6)无线控制器和AP间建立CAPWAP隧道。2.2.5 部署于IPv6双栈网络为了适应下一代IP网络的部署要求,CISCO公司的FIT AP能够同时满足IPv4和IPv6两种不同网络的组网要求(图4所示),为了简化用户配置这种适应能力不需要用户配置干预而是自适应调整.作为FIT AP的缺省发现方式FIT AP会首先作为IPv4节点发起无线控制器发现过程,当发现过程失败以后,FIT AP会切换到IPv6节点方式继续无线控制器发现过程. FIT AP会在以下两种情况下切换到IPv6模式: FIT AP无法从DHCP s
21、erver获取到IPv4网络地址。 FIT AP在IPv4网络没有无线控制器响应FIT AP的发现请求。 FIT AP在IPv4网络中和所有的无线控制器建立连接失败。图4 AP和无线控制器部署于IPv4/IPv6双栈网络2.2.6 AP软件下载很多情况下网络维护者需要升级FIT AP的软件,如果采用传统的设备升级方法则需要网络维护者利用TFTP/FTP来逐一对需要升级的AP进行软件升级,为了保证升级以后的可回退性,还需要在AP的Flash空间中保存备份软件。这种升级方式对于网络维护者的工作负担很大,同时为了支持升级以后的可回退性而增加FLASH空间会提升AP的成本。为了简化网络维护者的工作,C
22、ISCO的FIT AP在每次启动时都会比较本地保存的软件版本和无线控制器上保存的FIT AP的软件版本,一旦FIT AP发现本地保存的版本不是最新版本时,FIT AP会主动要求从无线控制器下载最新的软件版本,这个下载更新过程无需用户配置干预.为了保证下载过程的可回退性,CISCO的FIT AP的bootrom软件可以监控下载的FIT AP软件的运行状况,一旦发现FIT AP软件无法正常启动,bootrom软件会接管和无线控制器的交互,强制升级本地软件版本。2.2.7 配置下发 FIT AP为了给无线用户提供接入服务需要获得无线业务参数、射频参数等配置信息。在分布式管理模型中网络维护者需要登录到
23、每台AP上对这些参数进行逐一配置,配置工作量巨大.在集中式管理模型中,FIP AP的配置信息保存在无线控制器上,FIT AP在每次系统启动时都会从无线控制器上下载。为了方便配置,CISCO的无线控制器提供了通用的业务模板和设备模板,用户可以根据开通的业务建立一个模板,并由不同的AP来引用。例如:用户可以配置一个针对加密用户的服务模板,该模板内包含:ssid“TKIP加密”,加密方式TKIP,认证方式802.1x,模板被AP1Ap10引用,这样用户就不用再对每个AP都配置这些参数,而只需配置一遍。2.3 结论 作为集中式WLAN管理模式的特色之一的AP零配置,给中大型WLAN网络的维护带来了很大
24、的便利性,AP在部署、升级、配置上不再需要用户的频繁干预,把网络维护者从繁重的配置操作中解放出来。可以预见,这种配置方式会成为未来WLAN网络部署和维护的主流方式。3 无线局域网的服务质量保障随着无线网络上流量的剧增,用户在享受宽带无线接入的同时,对于有效、鲁棒的服务质量(QoS)保障的需求也越来越突出。QoS的实现首先要精确区别每个网络应用的类型,其次要恰当地分配网络资源,如带宽和相对优先级等。早期的QoS研究主要针对有线网络,在网络层以上提供服务质量保障。如综合服务/资源预约(IntServ/RSVP)、区分服务(DiffServ)、多协议标签交换(MPLS)、流量工程(Traffic E
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