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无线CAPWAP隧道手艺——理论篇

【CAPWAP】本文详细先容了CAPWAP协议报文、状态机、隧道建设历程三部分,资助各人深入明确CAPWAP协议手艺原理。

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    宣布时间:2021-01-14

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我想谈论

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本文作者:田小杨 

97国际网络手艺服务部互联网服务中心

 

前言

CAPWAP是Control And Provisioning of Wireless Access Points Protocol Specification的缩写,意为无线接入点的控制和设置协议,是无线局域网内最主要的手艺之一。许多朋侪经�;岚袰APWAP协媾和IEEE 802.11协议混淆在一起,从全局角度来看,IEEE 802.11协议用来解决STA和AP之间的通讯,而CAPWAP协议用来解决AP与AC之间的通讯。

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CAPWAP协议先容

本次无线CAPWAP隧道手艺的先容分为理论篇和实践篇,本期理论篇详细先容了CAPWAP协议报文、状态机、隧道建设历程三部分,资助各人深入明确CAPWAP协议手艺原理。下一期实践篇,将梳理项目中最常遇到的CAPWAP隧道无法建设的可能缘故原由息争决思绪。希望本文能够资助列位读者把CAPWAP协议手艺学透彻、用熟练。

CAPWAP协议简介

在瘦AP场景下,AP不可单独事情,需要与AC配合使用,因此AP和AC之间需要一个通讯协议可以让它们举行互联。CAPWAP协议用于AC对其所关联的AP的集中管理和控制,为AP和AC之间的互通性提供了一个通用封装和传输机制。

CAPWAP协议主要具备以下几个功效:

  • AP对AC的自动发明;

  • AP和AC的状态机运行和维护;

  • AC对AP举行管理、营业设置下发;

  • STA数据封装CAPWAP隧道举行转发。

CAPWAP协议报文先容

CAPWAP协议有两种类型的报文:CAPWAP控制报文和数据报文�?刂票ㄎ闹饕氖切畔⒁�,用于AC关于AP事情参数的设置和CAPWAP隧道的维护;数据报文主要携带终端发送的数据报文,用于传输终端的上层数据�?刂票ㄎ暮褪荼ㄎ幕执湓诓畋鸬腢DP端口,控制报文使用端口5246,数据报文使用端口5247。

CAPWAP控制报文

不受DTLS�;さ腃APWAP控制报文由CAPWAP前导、CAPWAP首部、控制首部、信息要素组成;受DTLS�;さ腃APWAP控制报文由CAPWAP前导、DTLS首部、CAPWAP首部、控制首部、信息要素、DTLS尾部组成。是否受DTLS�;な荂APWAP的可选项, DTLS用于对CAPWAP报文举行加密和验证,提高CAPWAP报文的清静性。97国际无线装备CAPWAP控制报文DTLS�;つ峡�,可在ac-controller模式下通过下令no capwap dtls enable关闭用于故障排查(97国际装备下令行)。

 

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不受DTLS�;さ腃APWAP控制报文名堂

 

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受DTLS�;さ腃APWAP控制报文名堂

CAPWAP前导中只包括Version和Type两个字段,Version始终为0,Type有两个可选参数0(CAPWAP Header)和1(CAPWAP DTLS Header)。CAPWAP前导的作用是通告厥后面随着的载荷类型是CAPWAP首部照旧DTLS首部,即通告该CAPWAP报文是否加密。

 

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CAPWAP控制报文中的CAPWAP前导

 

CAPWAP首部,Header Length指出CAPWAP首部大��;Radio ID用于指出此新闻与哪个物理无线电装备关联;Wireless Binding ID用于指出与此无线电装备关联的无线分组的类型;Header Flags标记位现在有六位在用,每一位代表差别寄义详细可参考《RFC 5415》;Fragment ID和Fragment Offset用于CAPWAP报文分片时使用。

 

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CAPWAP控制报文中的CAPWAP首部

 

控制首部,Message Type用于体现CAPWAP控制报文的类型,现在有26种类型控制报文,每种类型控制报文的作用差别且携带的信息元素也差别,详细请审查本文最后的附录1《CAPWAP协议控制报文类型汇总剖析》;Sequence Number序列号,用于匹配Request报文和Response报文,Response报文中序列号与其要回复的Request报文中的序列号相同;Message Element Length指出厥后携带的信息要素的大��;Flags始终为0。

 

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CAPWAP控制报文中的控制首部

 

信息要素载荷是由多个自力的信息要素组成,其中包括的信息要素的类型和数目与CAPWAP控制报文类型有关,每个信息要素由Type、Length、Value及其他字段组成。其中Type指出信息要素的类型,其中1-1023是CAPWAP协议信息要素,1024-2047是IEEE 802.11信息要素,详细请审查本文最后的附录2《CAPWAP协议控制报文新闻要素类型汇总剖析》。

 

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CAPWAP控制报文中的信息要素

 

CAPWAP数据报文

不受DTLS�;さ腃APWAP数据报文由CAPWAP前导、CAPWAP首部、数据报文组成;受DTLS�;さ腃APWAP数据报文由CAPWAP前导、DTLS首部、CAPWAP首部、数据报文、DTLS尾部组成。是否受DTLS�;な荂APWAP的可选项, DTLS用于对CAPWAP报文举行加密和验证,提高CAPWAP报文的清静性。97国际无线装备CAPWAP数据报文DTLS�;つ瞎乇�,可通过下令开启。

 

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不受DTLS�;さ腃APWAP数据报文名堂

 

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受DTLS�;さ腃APWAP数据报文名堂

 

CAPWAP前导和CAPWAP首部在CAPWAP控制报文中和数据报文中名堂封装相同此处不在赘述。

 

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CAPWAP数据报文名堂

 

CAPWAP协议状态机先容

CAPWAP协议状态机由AC和AP使用,运行CAPWAP协议的AC和AP一共保存以下15种状态机,其中AC或AP在每一种状态下仅允许发送和吸收特定的信息报文。

 

CAPWAP状态机

状态寄义

Start状态

AP最先和AC会话的初始状态

Idle状态

AP初始化完成后的状态

Discovery状态

AP进入发明AC的状态,若是AP指定AC,这个状态可以跳过

DTLS Setup状态

DTLS会话建设

Authorize状态

DTLS会话证书认证

DTLS Connect状态

认证通事后举行毗连状态

Join状态

会话毗连建设完成

Image Date状态

AP从AC下载一个可执行的版本文件,AP可以举行版本升级,升级完会重启,DTLS会话因此断开

Configure状态

AP从AC获取设置

Data Check状态

AP和AC举行新闻交流,确认设置

Run状态

进入正常的运行状态

Reset状态

重启装备

Sulking状态

AP不可和AC举行通讯切换到该状态,可以进入Discovery状态重新发明AC

DTLS Teardown状态

关闭DTLS会话

Dead状态

完全扫除状态

CAPWAP协议AC和AP的状态机

由于CAPWAP协议使用DTLS,CAPWAP状态机的某些指令会触发DTLS状态机中的状态转换,而DTLS状态机中的某些通知会触发CAPWAP状态机中的状态转换。以是如下图所示CAPWAP状态转换情形较多,本文下一小节为列位读者先容CAPWAP隧道乐成建设历程中AC和AP的CAPWAP状态机的转变情形,想相识更多状态机转换条件先容的读者可以阅读《RFC 5415》。

 

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CAPWAP完整状态机转换图

 

CAPWAP隧道建设历程先容

本小节团结报文交互和状态机转变先容CAPWAP隧道建设历程,读者在阅读时可团结上两小节CAPWAP协议报文先容和CAPWAP协议状态机先容配合明确。

 

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CAPWAP隧道建设历程中报文交互和状态机转变

AP启动后状态机处于Idle状态,AP通过多种途径(IPv4单播、IPv4广播、IPv4组播、IPv6组播)明文发送Discovery Request报文,用于发明网络中可用的AC,并提供自己的基本信息给AC。AC收到Discovery Request报文后,使用Discovery Response报文回应,将自己支持的服务告诉给请求AP。由于此时DTLS隧道还未建设,以是Discovery Request报文和Discovery Response报文是使用明文交互的。

随后AP和AC举行DTLS验证建设DTLS加密隧道,隧道建设乐成后,之后交互的CAPWAP控制报文所有通过DTLS隧道加密�;�,是否受DTLS�;な强裳〉�。

DTLS隧道建设后,AP发出Join Request报文用于申请加入AC。AC收到Join Request报文并回应Join Response报文回复AP是否赞成AP加入。

Join Response报文中包括Image Identifier新闻要素,指出AC要求AP运行的软件版本。AP收到Join Response报文后,比照目今使用版本和AC要求的版本是否一致,若版本一致状态机进入Configure状态。若版本纷歧致状态机进入Image Data状态,AP与AC交互Image Data Request报文和Image Data Response报文举行版本传输并升级,升级后AP举行重启,重新与AC举行CAPWAP隧道建设。

AP状态机变为Configure状态后,AP发出Config Status Request报文,用于向AC请求设置文件下发,AC收到Config Status Request报文后回应Config Status Response报文,通知AP按要求举行设置。

AC发送Config Status Response报文下发设置后还需要确认设置是否在AP上执行乐成,AP收到Config Status Response后,状态机进入Data Check状态, 并发送Change State Event Request报文报告设置执行情形,AC收到Change State Event Request报文后回应Change State Event Response报文,状态机变为Run状态,至此AP与AC的CAPWAP隧道建设乐成。

 

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不受DTLS�;さ腃APWAP隧道建设历程报文交互

 

总结

相信读完以上内容,各人对CAPWAP协议的基础理论知识和CAPWAP隧道建设的历程,有了一定的相识。后续的实践篇,作者将从运维的角度,剖析在一样平常事情中最常遇到的CAPWAP隧道无法建设问题的解决思绪,敬请期待。

附录1:CAPWAP协议控制报文类型汇总剖析

CAPWAP控制报文类型

Message Type

作用

Discovery Request

1

AP发送,用于发明网络中可用的AC,并提供自己的基本信息给AC

Discovery Response

2

AC发送,将自己支持的服务告诉给前来请求的AP

Join Request

3

AP发送,用于申请加入AC

Join Response

4

AC发送,用于对AP加入申请的响应

Configuration Status Request

5

AP发送,用于向AC请求设置文件下发

Configuration Status Response

6

AC发送,用于将自己的设置数据同步给AP

Configuration Update Request

7

AC发送,用于同步AP设置更新

Configuration Update Response

8

AP发送,用于告诉AC更新设置文件的执行情形

WTP Event Request

9

AP用来发送信息给AC,WTP Event Request可能是阶段性发送或者是作为一个AP同步事务的响应

WTP Event Response

10

响应WTP Event Request

Change State Event Request

11

当AP收到来自AC的Configuration Status Response,AP使用Change State Event Request来提供Radio的目今状态,确认AC提供的设置已经乐成应用;在Run状态下,AP发送Change State Event Request来告诉AC,AP的Radio爆发了意料之外的改变

Change State Event Response

12

AC发送,响应Change State Event Request

Echo Request

13

AP和AC之间发送,在控制报文没有发送的时间,用于CAPWAP隧道的维系

Echo Response

14

AP和AC之间响应,在控制报文没有发送的时间,用于CAPWAP隧道的维系

Image Data Request

15

AP发送,用于镜像文件的申请

Image Data Response

16

AC发送,用于对AP镜像文件申请的响应

Reset Request

17

AP重启请求

Reset Response

18

AC对AP重启请求的响应

Primary Discovery Request

19

AP发送,判断他首�。ɑ蛏柚玫模〢C是否可用或者执行一个Path MTU Discovery

Primary Discovery Response

20

AC发送,告诉AP自己目今可用与支持的服务

Data Transfer Request

21

AP将自己的调试信息发送给AC

Data Transfer Response

22

AC对Data Transfer Request新闻的响应

Clear Configuration Request

23

AC发送,用于告诉AP将自己的设置恢复至出厂默认值

Clear Configuration Response

24

AP发送,恢复出厂默认设置之后,发送给AC确认

Station Configuration Request

25

AC用于建设、修改、删除AP上的Station会话状态

Station Configuration Response

26

响应Station Configuration Request


附录2:CAPWAP协议控制报文新闻要素类型汇总剖析

 

CAPWAP控制报文信息要素类型

Type

作用

AC Descriptor

1

AC形貌符新闻要素由AC用于通知它现在的状态

AC IPv4 List

2

AC IPv4列表新闻要素用于为AP设置可供AP加入的最新AC列表

AC IPv6 List

3

AC IPv6列表新闻要素用于为AP设置可供AP加入的最新AC列表

AC Name

4

AC名称新闻要素包括以UTF-8名堂体现的AC身份

AC Name with Priority

5

带优先权的AC名称新闻要素的AC Name由AC发送给AP,以便设置优先的AC

AC Timestamp

6

AC时间戳新闻要素由AC发送,用于同步AP时钟

Add MAC Access Control List (ACL) Entry

7

添加MAC ACL条目新闻要素由AC用于在AP上添加MAC ACL列表条目,确保AP不再为该新闻中给出的MAC地址提供服务

Add Station

8

添加终端新闻要素由AC用于通知AP它应当转发终端的流量

CAPWAP Control IPv4 Address

10

CAPWAP控制IPv4地址新闻要素由AC在Discovery处置惩罚时代发送给AP,以及由AC用于提供该AC上的可用接口和提供现在毗连的AP数目

CAPWAP Control IPv6 Address

11

CAPWAP控制IPv6地址新闻要素由AC在Discovery处置惩罚时代发送给AP,以及由AC用于提供该AC上的可用接口和提供现在毗连的AP数目

CAPWAP Timers

12

CAPWAP计时器新闻要素由AC用于设置AP上的CAPWAP计时器

Data Transfer Data

13

数据传输数据新闻要素由AP用于提供信息给AC用于调试

Data Transfer Mode

14

数据传输模式新闻要素由AP用于指出它正在发送到AC用于调试的数据传输信息类型

Decryption Error Report

15

解密过失报告新闻要素的值由AP用于通知解密蜕化的AC,这些过失是自上次报告以来爆发的

Decryption Error Report Period

16

解密过失报告周期新闻要素值由AC用于通知AP,它应当多长时间发送一次解密过失报告新闻

Delete MAC ACL Entry

17

删除MAC ACL条目新闻要素由AC用于在AP裳佚MAC ACL条目,确保AP向在该新闻中给出的MAC地址提供服务

Delete Station

18

删除终端新闻要素由AC用于通知AP,它不应当再对特定终端提供服务。

Discovery Type

20

发明类型新闻要素由AP用于简要说明,它是怎样最终知道保存一个AC,它正在向该AC发送Discovery Request新闻

Duplicate IPv4 Address

21

重复的IPv4地址新闻要素由AP用于通知AC,该AP已经检测到另一台装备,该装备使用的IP地址与此AP现在正在使用的相同

Duplicate IPv6 Address

22

重复的IPv6地址新闻要素由AP用于通知AC,该AP已经检测到另一台装备,该装备使用的IP地址与此AP现在正在使用的相同

Idle Timeout

23

空闲超时新闻要素由AC发送给AP,向其提供Idle Timeout值,AP在它所有激活的站中应当强制执行此值

Image Data

24

映像数据新闻要素泛起在AC发送的Image Data Request新闻中

Image Identifier

25

映像标识符新闻要素由AC发送给AP,指出预期将在AP上运行的激活软件版本

Image Information

26

映像信息新闻要素泛起在由AC发送给AP的Image Data Response 新闻中

Initiate Download

27

启动下载新闻要素由AP用于通知AC,AC应当提倡固件更新

Location Data

28

位置数据新闻要素是字节长度可变UTF-8编码串,包括用户界说的位置信息

Maximum Message Length

29

最大新闻长度新闻要素由AP包括在Join Request新闻中,用于告诉AC该AP支持的最大CAPWAP新闻长度

CAPWAP Local IPv4 Address

30

CAPWAP外地IPv4地址新闻要素由AP在Join Request中发送,或者由AC在Join Response中发送

Radio Administrative State

31

无线电装备管理状态新闻要素用于转达特定无线电装备的状态

Radio Operational State

32

无线电装备运行状态新闻要素由AP发送给AC,转达无线电装备的运行状态

Result Code

33

效果代码新闻要素是32位整数值,包括Request新闻效果,该 Request新闻对应Response新闻中含有的序列号

Returned Message Element

34

返回的新闻要素由AP在Change State Event Request新闻中发送,用于通知AC它不可在外地使用Configuration Status Response中的哪些新闻要素

Session ID

35

会话ID新闻要素值包括随机爆发的无符号128位整数

Statistics Timer

36

统计量计时器新闻要素值由AC用于告诉AP,AP将以此频次收到的它盼愿的最新统计数据

Vendor Specific Payload

37

特定供应商净荷新闻要素用于在AP和AC间转达特定供应商信息

WTP Board Data

38

AP主板数据新闻要素由AP发送给AC,包括现在硬件信息

WTP Descriptor

39

AP形貌符新闻要素由AP用于转达它现在的硬件和软件(固件)设置

WTP Fallback

40

AP回退新闻要素由AC发送给AP,用于AP检测到它的首选AC时,开启或关闭自动CAPWAP回退

WTP Frame Tunnel Mode

41

AP帧隧道模式新闻要素使AP能够告诉AC,它支持的隧道化运行模式

WTP MAC Type

44

AP MAC类型新闻要素使AP能够将它的运行模式告诉AC

WTP Name

45

AP名称新闻要素是可变长度UTF-8编码字节串

WTP Radio Statistics

47

AP无线电装备统计量新闻要素由AP发送给AC,转达关于无线电装备行为的统计数据,以及重新设置AP无线电装备的缘故原由

WTP Reboot Statistics

48

AP重启统计量新闻要素由AP发送给AC,转达AP爆发重新启动的缘故原由

WTP Static IP Address Information

49

AP静态IP地址信息新闻要素由AC用于在AP上设置或删除先前设置的静态IP地址

CAPWAP Local IPv6 Address

50

CAPWAP外地IPv6地址新闻要素由AP在Join Request中发送,或者由AC在Join Response中发送

CAPWAP Transport Protocol

51

CAPWAP传输协议新闻要素若是CAPWAP在IPv6上运行,可以使用UDP-Lite或UDP传输

MTU Discovery Padding

52

MTU发明填充新闻要素用作填充,执行MTU发明,必需包括值为0xFF,长度恣意的八位位组

ECN Support

53

ECN支持新闻要素由AP和AC发送,指出它们支持Explicit Congestion Notification (ECN)位

IEEE 802.11 Add WLAN

1024

由AC发往AP,由AC用来在AP上界说一个新的WLAN

IEEE 802.11 Antenna

1025

由AP向AC通讯来提供天线可用信息,同时AC可以使用该新闻元向来重新设置AP的天线

IEEE 802.11 Assigned WTP BSSID

1026

是AP在IEEE 802.11 WLAN Configuration Request报文中含有IEEE 802.11 Add WLAN新闻元素时举行包括

IEEE 802.11 Delete WLAN

1027

用来见告AP以前建设的一个WLAN被删除

IEEE 802.11 Direct Sequence Control

1028

是一个双向的新闻元素,当由AP发送时,包括现在的状态;由AC发送时,AP必需包管AC所提供的值

IEEE 802.11 Information Element

1029

用于传送任何802.11协议中界说的IE。数据字段中内里包括将会保存于IEEE 802.11 MAC管理新闻中的原始IE

IEEE 802.11 MAC Operation

1030

由AC发送来设置AP上IEEE 802.11MAC的参数

IEEE 802.11 MIC Countermeasures

1031

由AP发送给AC批注一个MIC失败爆发

IEEE 802.11 Multi-Domain Capability

1032

被AC用来告诉AP调解的极限,AC会在每一个频段里发送一个新闻元向来批注在该域内里举行调解的规模约束

IEEE 802.11 OFDM Control

1033

是一个双向的新闻元素,当由AP发送时,包括目今的状态。当由AC发送时,AP必需支持所接受到的值

IEEE 802.11 Rate Set

1034

由AC发送,包括了所支持的速率

IEEE 802.11 RSNA Error Report From Station

1035

被AP用来向AC发送RSN过失报告,若是没有过失,AP不需要任何报告

IEEE 802.11 Station

1036

陪同着Add Station新闻元素,用来从AC向AP发送IEEE 802.11 STA战略,最新的IEEE 802.11新闻元素会笼罩之前接受到的任何新闻元素

IEEE 802.11 Station QoS Profile

1037

含STA可能用到的最大的IEEE 802.11e优先级标识符

IEEE 802.11 Station Session Key

1038

用于AC决议STA加密必需在AP上执行

IEEE 802.11 Statistics

1039

由AP发送,用来传输自己目今的统计信息

IEEE 802.11 Supported Rates

1040

由AP发送,来体现他支持的速率

IEEE 802.11 Tx Power

1041

当由AP发送时,是Radio的目今功率;当由AC发送时,包括AP必需要支持的功率

IEEE 802.11 Tx Power Level

1042

由AP发送,包括所有支持的差别的功率

IEEE 802.11 Update Station QoS

1043

用来在AP上改变一个指定STA的服务质量战略

IEEE 802.11 Update WLAN

1044

由AC来使用在AP上来界说一个无线局域网

IEEE 802.11 WTP Quality of Service

1045

由AC发向AP,用于通讯QOS的设置信息

IEEE 802.11 WTP Radio Configuration

1046

由AC用来在AP上设置一个Radio;或者AP用来发送其Radio设置信息给AC

IEEE 802.11 WTP Radio Fail Alarm Indication

1047

是由AP在检测到一个Radio过失发送给AC

IEEE 802.11 WTP Radio Information

1048

用来为AP里的每个Radio转达Radio信息

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