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【WLAN从入门到精通-基础篇】第7期——AP上线过程
2015-09-30 12:23:08   来源:无线论坛-飘絮   评论:0 点击:

话说AP家有兄弟俩,哥哥胖AP(FAT AP)身强体健,单打独斗,无人能出其右,弟弟瘦AP(FIT AP)天生体质薄弱,独自一人无法支撑大梁。有天弟弟对哥哥说:大哥,我真是羡慕你,一个人就能轻松承担无线用户接入、
话说AP家有兄弟俩,哥哥胖AP(FAT AP)身强体健,单打独斗,无人能出其右,弟弟瘦AP(FIT AP)天生体质薄弱,独自一人无法支撑大梁。有天弟弟对哥哥说:“大哥,我真是羡慕你,一个人就能轻松承担无线用户接入、用户数据加密和转发等功能,而我自己一人,却什么都干不了啊。”哥哥说到:“弟弟莫要灰心,俗话说,天生我材必有用,虽说单打独斗你不是我对手,可是我的能力也仅限于小型企业、商店、SOHO办公、家庭等这类的小型WLAN网络应用场景,对于更大的WLAN网络场景,却是心有余而力不足了。反观弟弟你,若是能找到一个好的师傅(AC),在师傅的带领下,和众多师兄弟(其它的FIT AP)一起,应对各类大中小型企业总部、分支机构、高校、机场、体育场等等大中型WLAN网络应用场景,还不是手到擒来。”听完此话,弟弟恍然大悟:“大哥言之有理,小弟这就准备准备,寻找名师拜入门下。”
于是FIT AP就开始了他的拜师之旅-这就是我们本次分享的内容:AP上线过程。
从前面的WLAN技术贴中,我们了解到了AP分胖瘦,FAT AP能够独自承担无线用户接入、用户数据加密和转发等功能,而FIT AP必须依赖于AC才能共同完成这些功能。AC在协同FIT AP共同工作之前,必先要实现FIT AP在AC中上线的过程。
拜师之前,FIT AP心想,出门在外,得先有个联系方式(IP地址)才行,不然要是有师傅愿意接收自己,却没有联系方式找到自己,岂不是错过了机会。于是FIT AP来到了DHCP Server营业厅办理IP地址业务。
AP获取IP地址
一进营业厅,FIT AP就大喊一声(广播方式):“我要办理一个IP地址。”这时有多位DHCP Server的工作人员热情回复,“您好,来看看我这的IP地址,是否满意。”FIT AP毫不犹豫,直接走向第一个回复的工作人员,“好,就要你给的IP地址了。”工作人员打包好IP地址、租期日期、网关地址、DNS Server的IP地址等等信息,一起交给FIT AP,道:“请拿好,这就是您要的货物了。”收好自己的IP地址,FIT AP满意的走出了营业厅大门。
AP的IP地址可以是静态配置的,也可以是通过DHCP动态获取的。
如果是静态配置的,AP的IP地址立即就确定了,这一步也就结束了。
如果是通过DHCP动态获取,AP不知道谁是DHCP Server,会以广播discovery报文的方式去发现DHCP Server,所有收到这个广播信息的DHCP Server都会单播offer回应AP。AP只接收第一个到达的offer,并广播request告诉所有人,我已经选择好了一个DHCP Server了,其他人不需要再准备为我提供DHCP Server服务了。AP选择的DHCP Server会把AP的IP地址、租期日期、网关地址、DNS Server的IP地址等信息用ACK报文反馈给AP。值得注意的是这个ACK报文里面有个option43字段,里面可以用来填充AC的IP地址。作用就是直接告诉AP有AC的IP地址可用。具体在后面的AP发现AC阶段中描述其作用。
有的时候AP与DHCP Server不在同一个VLAN中,AP通过广播discovery报文不能直接发现DHCP Server,这个时候,可以通过DHCP Relay来发现DHCP Server。AP获取IP地址的流程就变成了下面的样子:
AP原来只需要直接和DHCP Server交流,现在变成了和DHCP Relay直接交流,由DHCP Relay将AP的请求单播给DHCP Server,DHCP Server回复给AP的消息也要通过DHCP Relay来转达。
Ps:具体的DHCP客户端和服务器的交互过程本帖不做过多的介绍,本帖仅关注AP上线的关键过程。可以参考DHCP特性的原理描述来了解详细过程。
联系方式既然已经获取到,下一步就是要寻找师傅了。
AP发现AC
这个时候AP突然想起,DHCP Server营业厅的工作人员给过自己一份广告传单。上书“你想升职加薪,当上总经理,出任CEO,赢取白富美,走上人生巅峰吗!赶紧拨打我们的电话,成为我们大企业WLAN的一份子吧,圆你美梦。机不可失,时不再来,名师在向您招手”。原来是一份招聘广告,上面还有一位AC师傅的号码(Option43)。AP深吸一口气,平复一下略微紧张的心情,拨通了传单上的师傅电话。 
想象中的场景没有出现,而是 
对方的电话一直没有人接听,AP感到一阵失望,但并未气馁。既然此路不通,只好找其它方法了。有了,AP脑中灵光一闪,迅速坐到电脑前,打开AC师傅招收学徒的网页,注册了个账号,填写一份简历,然后群发了出去。很快AP就收到了来自多个AC的回复,AP根据各个AC师傅的特点,仔细对比,选择出了一个最适合自己的AC,准备拜师。
静态方式
AP上是支持静态配置AC的IP地址的,如果静态配置了AC的IP地址,AP就会向所有配置的AC单播发送发现请求报文,然后根据AC的回复,根据优先级,选择一个AC,准备进行下一个阶段的建立CAPWAP隧道。
动态方式
如果AP上没有配置AC的IP地址,AP会根据当前的情况来决定是使用单播方式还是广播方式来发现AC。
首先,AP会查看AP获取IP地址阶段中DHCP Server回复的ACK报文中的option43字段是否存在AC的IP地址,这个字段是可选择配置的,如果有AC的IP地址,AP就会向这个地址单播发送发现请求报文。在AC和网络都正常的情况下,AC会回应AP的请求,至此,AP就完成了发现AC的过程。我们可以把这种发现AC的方式称为DHCP方式。
与DHCP方式类似的还有DNS方式,与DHCP方式不同的是,DNS方式中,DHCP Server回复的ACK报文中存放的不是AC的IP地址,而是AC的域名和DNS服务器的IP地址,并且报文中携带的option15字段用来存放AC的域名,AP先通过获取的域名和DNS服务器进行域名解析,获取AC IP地址,然后向AC单播发送发现请求。之后的过程就和DHCP方式一致了。
无论是DHCP方式还是DNS方式,都是属于单播方式,AP都是发送的单播报文给AC。
如果AP上没有配置静态的AC IP地址、DHCP Server回复的ACK报文中没有AC的信息、或者AP单播发送的发现请求报文都没有响应,此时AP就会通过广播报文来发现AC。和AP处于同一个网段的所有AC都会响应AP的请求,AP会选择优先级最高的AC来作为待关联的AC,如果优先级相同,则继续比较AC的负载,负载轻的作为待关联AC,如果负载也相同,则选择IP地址小的作为待关联AC。然后准备进行下一阶段的CAPWAP隧道建立。
Ps:Option 43在AC和AP间的网络是二层的场景下,存在的作用不明显,因为通过单播发现不了AC,可以再次通过广播来发现,但是如果AC和AP间的网络是三层的,广播报文是无法直接传递到AC的,所以必须要通过Option43来告知AP要找的AC是哪个。
CAPWAP隧道建链
虽然有点小困难,但最终还是找到了师傅,AC师傅看到AP后,直言道:“当今的社会,大家都非常注意信息安全,你我之间的谈话内容和下发的工作信息,我不希望被其他有心人听取到,所以今后我们之间的交流方式要加一套保险措施。”AP略一思索,觉得也有道理,便问道:“什么保险措施能够起到有效的保障呢?”。师傅捋了捋自己的长须,得意的道:“CAPWAP隧道”
CAPWAP全称是Control And Provisioning of Wireless Access Points,中文名叫无线接入点控制与规范,CAPWAP是由RFC5415协议定义的实现AP和AC之间的互通的通用封装和传输机制。CAPWAP隧道又细分为控制隧道和数据隧道。控制隧道是用来传输AC管理控制AP的报文、业务配置以及AC与AP间的状态维护报文;数据隧道则只有在隧道转发(又称集中转发)方式下才用来传输业务数据。
AP发现了AC后,就可以开始CAPWAP隧道的建立了。
AP接入控制
接下来,到了考验AP入门资格的时候了,不是每一个AP都是符合入门要求的AP。在AP提出要拜师的想法后,为了保证入门AP的合法性,防止有外人或间谍(非法AP)混入,AC师傅设置了一系列的考核要求进行检验,AP必须过五关斩六将,才能最终通过考验,拜入AC门下。鉴于AP是带艺投师,AC还要验证AP的内功(AP版本)是否与本门是一个路数,是否和本门武功相冲。

AP在找到AC后,会向AC发送加入请求,(如果配置了CAPWAP隧道的DTLS加密功能,会先建立DTLS链路,此后CAPWAP控制报文都要进行DTLS加解密。)请求的内容中会包含AP的版本和胖瘦模式信息。AC收到AP的加入请求后,会判断是否允许AP接入,然后AC进行回应。如果AC上有对应的升级配置,则AC还会在回应的报文中携带AP的版本升级信息(升级版本、升级方式等)。
AC判断AP是否能够接入的流程:

第一关,首先查看AP是否被列入了黑名单,如果在黑名单中能匹配上AP,则不允许AP接入,然后就没有然后了。如果很幸运,没有匹配上黑名单,那么将进入第二关。
第二关,判断AP的认证模式,如果AC上对AP上线要求不严格,认证方式为不认证,则到这一关的AP都将闯关成功,允许接入。实际使用场景还是建议使用MAC或SN认证,严格控制AP的接入。如果是MAC或SN认证,还需要继续闯关。
第三关,本关MAC或SN认证分别要验证MAC或SN对应的AP是否离线添加,如果已添加,则允许AP接入,否则进入下一关。
第四关,查看AP的MAC或SN是否能在白名单中匹配上,如果匹配上,则允许接入,否则AP被放入到未认证列表中。
第五关,未认证列表中的AP可以通过手动配置的方式,允许其接入,如果不对其进行手动确认,AP也无法接入。
AP版本升级
AC收下AP为徒后,递给AP一本本门的内功心法要求,AP打开一看,发现自己所学的内功心法(AP版本)竟然与师傅所要求的相冲,AP一咬牙,不破不立,毅然散去所学内功,重修本门的心法。
AP收到前一阶段AC回应的报文后,如果发现里面有指定了AP的版本,并且指定的版本与AP当前的版本不一致,会进行AP版本升级。升级完成后,AP自动重新启动,并且重复之前的所有上线过程。如果AP发现AC回应的报文里面指定的AP版本和自身的版本一致,或者没有指定AP的版本,则AP不需要进行版本升级。直接进入下一个阶段。
CAPWAP隧道维持
“为了便于关注你的工作状态,对你进行管理和任务分发,你和为师之间要通过CAPWAP隧道来维持联系。平时会通过定时收发echo报文来确认控制隧道、keepalive报文来确认数据隧道的连通性,你要记住了,平时别偷懒忘记收发这些报文了。”“徒儿记住了。”
根据CAPWAP协议的要求,AP和AC间还需要进行一些其它报文的交互,然后AP和AC间开始通过keepalive和echo报文来检测数据隧道和控制隧道的连通性。Keepalive报文的出现,标志着数据隧道已经建立起来,echo报文的出现,则标志着控制隧道的已经建立。
配置下发
“师傅,一切都已准备就绪,请下发工作任务给我吧”,AP急不可耐的道。“好,我这就下发。从现在起你就和其他师兄弟一起,共同承担我分发的任务,一起保障WLAN业务的正常运行吧。”
CAPWAP隧道建立完成后,AC就可以把配置下发给AP了。AP收到AC的配置信息后,就能以AC上配置的业务来展开WLAN业务了。
后记
FIT AP拜师入门已经过去一段时日,这日,FIT AP遇到了哥哥FAT AP,哥哥道:“如何,现在已经拜得名师,大展身手了吧。”弟弟喜笑颜开:“多亏大哥当时指点,前些日子我已经顺利拜入师傅名下,习得高深的内功,现在被师傅委以重任,与诸位师兄弟一起,支撑起来大片的WLAN网络场景。”“好,你我兄弟各有短长,今后我们可以携手并进,轻松应对各类无线组网场景。在WLAN江湖中闯出自己的一片天地。”

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