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1、华中科技大学 硕士学位论文 集中式WLAN体系隧道管理的设计与实现 姓名：刘佳 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：刘勃 2011-01-05 I 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士 学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 摘摘 要要 在 WLAN 日益普及，组网规模不断扩大的趋势下，传统的以 FAT AP 为核心的 WLAN 组网在管理、监测和控制无线接入点 AP 等方面的问题日益突出,集中式 WLAN 架构很好的解决了以上问题，因此，设计一种有效的集中式 WLAN 架构管理 模式具有重要的意义。 本文首先分析了传统的 WLAN 在组网和管理模式上的主要问题，提出了
2、一种新 型的网络架构无线控制器 AC + FIT AP 的网络方案，该方案是基于 CAPWAP 协议 的集中式 WLAN 架构。然后本文对 CAPWAP 协议进行了简介，无线接入点控制和 配置协议作为一种基于 FIT AP 架构的应用层隧道协议，规定了集中式 WLAN 的管 理和通信规范，使对无线局域网内多个无线终端的集中控制和协调配置成为可能。 无线控制器AC和无线接入点AP之间通过建立两条通信隧道来统一管理软件升级和 配置等。 接着本文提出了 CAPWAP 隧道的管理机制， 隧道管理是基于 CAPWAP 协议的集 中式 WLAN 架构管理中的一个重要组件， CAPWAP 隧道提供了 AC
3、对 AP 进行统一 管理和配置，传递控制报文和数据报文的通道。通过对比 LWAPP 隧道的管理机制， 本文提出了 CAPWAP 隧道管理的改进方案，包括隧道建立、隧道保活、隧道恢复、 隧道 NAT 穿越、隧道报文重传等机制。接下来本文针对大流量下隧道不稳定、检测 对端下线缓慢和 NAT 映射表老化等问题，提出了隧道维护的设计思路的具体实现。 本文最后给出了 CAPWAP 协议系统的测试结果与分析，测试结果表明上述机制能够 成功的实现 CAPWAP 的隧道管理。 关键词关键词: CAPWAP; 集中式 WLAN ;隧道恢复; 重传; 网络地址转换 II 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士
4、学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 Abstract With the development of WLAN and expanding network scale, the problem becomes increasingly prominent when people manage, monitor and control a large number of wireless access points in the traditional WLAN network which centers on FAT AP. Centralized WLAN architecture
5、is a good solution to the problem.Therefore, an effective design of centralized WLAN architecture is of great significance. This paper analyzes the main problems of networking and management in traditional WLAN.A new network architectureWireless Controller AC and FIT APs network program, which is ce
6、ntralized WLAN architecture based on the CAPWAP protocol. Then the paper briefly introduces the CAPWAP protocol that is control and provisioning of wireless access points protocol. It is a kind of tunneling protocol based on FIT AP application layer. It provides centralized WLAN management and commu
7、nication standards for wireless local area network and enables multiple wireless terminals to be centralized controlled and configured.Wireless controller AC and wireless access point AP make communication by establishing two tunnels to manage software upgrade and configuration. Then, this paper pro
8、poses the CAPWAP tunnel management mechanism.Tunnel management is an important component of the centralized WLAN management. CAPWAP tunnel provides a unified channel for the management and configuration of AP and transmission control message and data packet. This paper introduces the CAPWAP tunnel m
9、anagement mechanism. Compared to the LWAPP tunnel management mechanism, the paper proposes CAPWAP tunnel management improvement scheme. It includes the tunnel establishment, tunnel keep-alive, tunnel restoration, the NAT traversal, the packet retransmission. After that it describes the realization o
10、f CAPWAP tunnel management mechanism to address some of the existing problems such as unstable tunuel under large traffic, NAT traversal failure and so on. Finally, the paper gives the system test results which prove it can successful realize the above CAPWAP tunuel management mechanism. Keywords: C
11、APWAP; centralized WLAN; tunnel recovery; re-transmission; NAT 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家
12、有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士 学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 1 绪绪 论论 1.1 无线局域网发展现状无线局域网发展现状 在过去的几十年里，IEEE 802.11 技术取得了很大的成功，为 WLAN 的发展
13、带 来了翻天覆地的改变，解决了大量的 WLAN 大范围网络部署方面的问题。然而随着 WLAN 的发展，企业在对 AP 进行大规模部署、升级软件、设置发射功率以及管理 配置网络基础设施方面存在严重的问题，这些问题给用户带来很高的操作成本1，迫 使网络供应商提出了专有的集中的解决方案，这些方案旨在简化功能，进一步提高 配置和管理网络的灵活性。 传统的 WLAN 在组网和管理模式上的主要问题2如下： 1) 由于 AP 是独立的网络设备，随着 WLAN 规模的成倍的增加，需要对所有 AP 进行逐一管理和控制，工作量极大，很容易误配置而造成配置不一致。 2) 为了管理 AP，需要进行大量 AP 的配置。
14、AP 的配置包括静态配置和动态的 配置，更多的是动态配置。 3) 查看网络运行状态需要逐一登录到每个 AP 设备上去查看，不利于网络状况 的监控。 4) 维护人员升级 AP 软件，必须要逐一对设备进行升级，浪费很多的人力和财 力。 5) 设备丢失后，网络配置也会丢失，容易造成网络安全隐患。 1.2 课题背景和来源课题背景和来源 由于传统 WLAN 组网的局限性， 一种全新的 WLAN 网络架构无线控制器 AC + FIT AP 的集中式 WLAN 管理模式应运而生。在这种架构下，AC 控制 AP 的配置 监控，漫游管理，版本升级等。FIT AP 本身并不保存任何配置，所有的配置都是在 连接 A
15、C 过程中，从 AC 上获取。同一类的 AP，我们可以在 AC 上为它们创建一个 2 华华 中 科中 科 技技 大 学 硕 士 学 位 论大 学 硕 士 学 位 论 文文 通用的配置模板，这样所有同类 AP 在连接的过程中就自动获取这部分配置，极大地 减轻了维护人员配置的工作量。同时升级版本也只需要在 AC 上指定，所有 AP 在连 接的过程中，会自动进行版本的升级，再也不需要去针对每个 AP 逐一升级版本了。 瘦 AP 架构使 AC 具有了对整个 WLAN 网络的完整视图，为无线漫游、无线资源管 理等业务功能的实现提供了基础。 然而这种架构的 AP 和 AC 间的隧道协议开始没有 一个统一的
16、标准。 为了提高无线局域网系统整体的性能， “互联网工程工作小组”在 LWAPP 协议 的基础上制定了 CAPWAP 协议3，以解决无线局域网中设备和资源的集中控制、系 统管理问题。 它实现了WLAN在企业等应用发展的新趋势： 瘦AP架构。 即通过AC(无 线控制器）来管理多个 AP (接入点)，AP 和 AC 间采用某种隧道协议进行通讯，无线 接入报文的处理在 AP 和 AC 间分担实现4 。 作为隧道协议的一个重要设计目标，它希望能够承载多种无线接入技术，如 802.11 和 802.1b。 所以工作组协议包括了两部分： CAPWAP 协议和无线 binding 协议。 CAPWAP 协议（RFC5415，2009 年 4 月发布）作为通用隧道协议，完成了 AP 发现 AC，隧道建立，隧道管理等基本协议功能，和具体的无线接入技术无关。目前工作 组只提供了 802.11 的 binding 协议5（RFC5416，2009 年 4 月发布） ，以支持 802.11 网络的配置管
