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什么是无线漫游？无线漫游的工作原理是什么？
2024-08-28
什么是无线漫游
无线漫游是指在相同SSID（Service Set Identifier，服务集标识）的无线网络中，确保无线终端STA（如手机、电脑等终端设备）在移动过程中能够保持不间断网络连接的技术。因为在无线局域网中，每个AP(Access Point，无线访问接入点)设备的信号覆盖范围都有限，无线终端用户在通信过程中会从一个AP信号覆盖区进入到另一个AP覆盖区域，为了避免用户在不同的AP之间切换时，网络通讯中断，需要借助无线漫游技术，确保用户设备与新的AP自动关联，与原有AP断开关联，同时保持网络连接的连续性，使用户在移动通信的过程中自由切换且无感知地保持对网络的持续访问。
图1：无线漫游示意图
无线漫游分类
根据无线终端STA是否在同一子网内漫游，可将其分为二层漫游和三层漫游。如果STA在不同的AP间漫游切换时始终处在一个VLAN子网中，则为二层漫游；如果STA漫游前后处于不同的子网，则为三层漫游。
图2：二层漫游
图3：三层漫游
根据无线终端STA是否在同一个AC（Access Controller，无线控制器）管理的不同AP之间移动，可将其分为AC内漫游和AC间漫游。如果STA在同一个AC管理的AP之间移动，则为AC内漫游；如果STA在不同AC管理的AP之间移动，则为AC间漫游。值得注意的是，由于AC间漫游涉及到不同AC之间的数据同步和转发，可能需要借助隧道技术（如CAPWAP隧道）来实现数据的跨AC转发，在下文“无线漫游的工作原理”中会详细讲解。
图4：AC内漫游与AC间漫游
无线漫游的工作原理
无线漫游阶段
漫游过程中，当STA进行通信时，会持续寻找其他无线AP，并与信号覆盖范围内的多台无线AP进行认证，但只和其中一台AP进行关联。终端远离其原本关联的AP后，信号强度会逐渐降低，当低于预设信号阈值时，它将尝试连接到周围信号最强的另一台AP，从当前的BSS（Basic Service Set）漫游到新的BSS，并提供终端的无缝切换。
图5：无线漫游工作原理
根据以上工作原理，我们可以将漫游过程分为如下四个阶段：
信号检测：STA在移动过程中持续检测周围AP的信号强度。当其移动到两个AP覆盖范围的临界区域时，开始评估哪个AP的信号更强、更稳定。
漫游决策：根据信号检测结果，STA会做出漫游决策。如果新的AP信号强度明显高于当前连接的AP，且满足漫游条件（如信号强度阈值、漫游延迟等），设备将开始漫游过程。
认证与关联：STA向新AP发送认证请求，并进行必要的认证过程（如WPA/WPA2的PSK、EAP认证）。认证成功后与新AP建立关联，与原AP断开连接。
数据转发：漫游过程中STA的数据传输不会中断。对于AC内漫游的设备，数据可以直接在本地转发，无需经过额外的隧道或路由。而对于AC间漫游，可能需要通过隧道技术（如CAPWAP隧道）进行数据转发。
隧道协议CAPWAP
在隧道转发模式下，AP和AC之间需要建立隧道用以传输管理报文和数据报文，数据包被封装在CAPWAP隧道中，然后由AC转发到上层网络。CAPWAP协议本身并不包括任何无线技术， 协议目前由两部组成，一是我们常说的CAPWAP隧道协议，二是无线BINDING协议。CAPWAP隧道协议主要负责完成AP发现AC等基本协议功能并规定各个阶段需要完成的任务，无线BINDING协议则说明了在各种接入方式下如何完成CAPWAP协议规定的任务。
图6：AP与AC间数据通信
CAPWAP建立需要经历以下六个过程：
AP获取AC的IP地址，AP本身IP地址有两种，静态地址和动态地址，并且AC通过广播的方式让AP获取自己的Loopback地址，为Discovery阶段。
AC和AP建立控制信道的交互，称为Join状态。
AC通过镜像下发使AP升级，称为Image Data状态。
AC下发配置至AP,称为Configuration状态。
AP发送Data Check报文确认配置，称为Data Check。
AP与AC控制和数据信道均建立成功后进入Run状态。
图7：CAPWAP建立过程
星融元园区无线网新架构——基于SONiC+OpenWiFi+白盒硬件的无CAPWAP集中式转发
星融元借助VXLAN实现了极简的无线漫游，即AP和网关交换机之间建立的是VXLAN 隧道。AP上运行 VTEP 对用户原始数据帧进行封装和解封装，并且用不同的VNI实现网络隔离。
该方案可应用于园区网络，客户只需引入一对具备一定可编程能力的“网关交换机”以及合适的AP即可。在此我们推荐Asterfusion CX-M系列园区交换机和基于OpenWiFi 的白盒AP设备。
总结
上述的经典“AP+AC”组网解决了STA的无线漫游问题。AC统一管理AP和下发配置，能给无线用户统一做认证，无疑做到了方便管理。除此之外，该模式在很多成熟方案中可以通过设置漫游阈值来促使终端自动切换到信号更好的AP，保证漫游过程中信号不中断。
但随着物联网加速普及、网络规模不断扩大，这种传统的无线漫游设计也存在一定的问题。在大规模网络下不仅多台AC的部署，冗余的设备、链路和交换策略的设计会使运维难度逐渐增加到难以掌控的地步，无线网络中心节点AC也极易成为整网性能瓶颈。除此之外，CAPWAP大多为厂商的私有协议，不同厂商的协议标准仍在修改迭代中，这就导致不同厂家产品，甚至同厂商的一些新旧产品都无法混合组网。要想突破这些局限性，还需要对现网升级，做到精简和高效。
具体升级方案会在后续文章中讨论，详情可参考园区无线网新架构：无CAPWAP的集中式转发
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