高 波,潘毅明,黃國(guó)瑾
(中國(guó)電信股份有限公司上海研究院 上海200122)
隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái),尤其是具有WLAN(wireless local area network,無(wú)線局域網(wǎng))無(wú)線模塊的移動(dòng)智能終端的普及推廣,WLAN接入需求也日益迫切,在某種程度上,WLAN的普及程度已成為一個(gè)城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。政府要將WLAN打造成繼水、電、氣、交通之后的城市第5項(xiàng)公共基礎(chǔ)設(shè)施,以提升城市信息化水平;各地“無(wú)線城市”建設(shè)進(jìn)一步促進(jìn)了WLAN和熱點(diǎn)的建設(shè)。中國(guó)電信股份有限公司 (以下簡(jiǎn)稱中國(guó)電信)也提出將WLAN建成第4張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。
WLAN技術(shù)以其標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、部署簡(jiǎn)單、性價(jià)比高的特點(diǎn),成為無(wú)線寬帶接入的重要手段。但WLAN本質(zhì)是個(gè)局域網(wǎng)技術(shù),要適應(yīng)城域組網(wǎng)的技術(shù)要求,需要對(duì)組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)對(duì)WLAN用戶接入的可管、可控,打造一張基于城域組網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)級(jí)WLAN。
本文以上海電信WLAN城域組網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ),闡述基于城域組網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)級(jí)WLAN組網(wǎng)技術(shù)和要求。
運(yùn)營(yíng)級(jí)WLAN的特征是“大容量、高可靠、可擴(kuò)展、可管理”,其建設(shè)需要從網(wǎng)絡(luò)覆蓋、組網(wǎng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)等多方面著手,以提升用戶體驗(yàn)為落腳點(diǎn),全方位提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。運(yùn)營(yíng)級(jí)WLAN主要特征有以下幾個(gè)方面。
·WLAN覆蓋將由零散熱點(diǎn)向數(shù)據(jù)熱區(qū)演進(jìn);對(duì)構(gòu)建邏輯數(shù)據(jù)熱區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)分析和特色業(yè)務(wù)開展。
·網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化,提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和管理效率。網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)要按組建整網(wǎng)的思路進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè),構(gòu)筑集中、安全、扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);同時(shí)能適應(yīng)不同業(yè)務(wù)的承載需求。
·著眼用戶體驗(yàn),全面提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量:保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,使用戶體驗(yàn)良好,滿足多用戶、高速率接入需求,支持各類WLAN終端方便接入;還需具備高安全性。
·網(wǎng)絡(luò)可管可控,提升維護(hù)和優(yōu)化水平。確保在網(wǎng)WLAN設(shè)備納入網(wǎng)管,快速定位網(wǎng)絡(luò)故障,確保網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行良好。圖1為WLAN目標(biāo)組網(wǎng)架構(gòu)示意。

圖1 WLAN目標(biāo)組網(wǎng)架構(gòu)
大規(guī)模WLAN組網(wǎng)均已采用集中控制型AC(AP controller,AP控制器)+“瘦”AP(access point,接入點(diǎn))架構(gòu)。傳統(tǒng)的組網(wǎng)方案是AC分散部署,就近旁掛BRAS(broadband remote access server,寬帶網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器)。一臺(tái)AC只能管理該BRAS下同一廠商的AP,覆蓋范圍有限。由于不同BRAS下WLAN業(yè)務(wù)發(fā)展的不平衡,使接入的AP數(shù)量、用戶數(shù)量及流量不同,導(dǎo)致各臺(tái)AC負(fù)載能力不均衡,部分AC設(shè)備利用率偏低;如果實(shí)現(xiàn)AC備份機(jī)制,將會(huì)大大提高設(shè)備成本。AC分散部署,資源無(wú)法做到全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度和管理,無(wú)法滿足多業(yè)務(wù)、個(gè)性化需求。
為此,提出將不同廠商的AC集中部署,形成AC中心,通過(guò)采用AC池化技術(shù)提升AC覆蓋范圍和負(fù)載均衡能力,全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度資源。圖2為WLAN組網(wǎng)拓?fù)涫疽狻?/p>
每臺(tái)AC雙上聯(lián)到支持虛擬一體化的二臺(tái)交換機(jī)SW(switch,AC專用接入交換機(jī)),AC雙上聯(lián)均采用萬(wàn)兆接口跨框聚合,AP專線接入的BRAS分別采用兩個(gè)端口分別與AC接入交換機(jī)互聯(lián),端口綁定,確保網(wǎng)絡(luò)安全可靠。任一臺(tái)AC與BRAS均可通過(guò)IP路由可達(dá),因此AP通過(guò)BRAS可接入任一臺(tái)AC;同時(shí)部署專用DHCP(dynamic host configuration protocol,動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議)服務(wù)器[1]。通過(guò)上述組網(wǎng)形成AC中心。
其中,一部分AC設(shè)備配置私網(wǎng)地址,負(fù)責(zé)通過(guò)專線接入的AP;另一部分AC設(shè)備配置公網(wǎng)地址,負(fù)責(zé)通過(guò)Internet接入的AP。
將為AP分配管理地址和下發(fā)AC地址的功能,從AC設(shè)備中剝離出來(lái),AC僅負(fù)責(zé)AP接入注冊(cè)、AP管理和管理信息上報(bào)給網(wǎng)管平臺(tái)。AC池中心通過(guò)專用的DHCP服務(wù)器系統(tǒng)負(fù)責(zé)為AP分配管理地址,同時(shí)通過(guò)option 43屬性為AP下發(fā)AC地址。

圖2 WLAN組網(wǎng)拓?fù)?/p>
WLAN網(wǎng)管和后臺(tái)的資源庫(kù)根據(jù)新上線AP的需求、AC池中各AC的負(fù)載、同一熱點(diǎn)已在線AP所注冊(cè)的AC等情況進(jìn)行綜合考慮,為新上線AP分配合適的AC設(shè)備,并將AP與AC的對(duì)應(yīng)關(guān)系下發(fā)給專用DHCP系統(tǒng)和AC設(shè)備。
通過(guò)AC池化技術(shù),可以集中調(diào)度AC設(shè)備;利用網(wǎng)管系統(tǒng)檢測(cè)在網(wǎng)AC設(shè)備負(fù)載、設(shè)備CPU(central processing unit,中央處理器)利用率等技術(shù)指標(biāo)及實(shí)時(shí)檢測(cè)AC設(shè)備的故障情況;靈活支持M+1、M+N或M∶M等多種AC備份機(jī)制。其中,M+1備份指用一臺(tái)專用的備份AC設(shè)備作為M臺(tái)主用AC的備份;M+N備份指用N臺(tái)專用的備份AC設(shè)備作為M臺(tái)主用AC的備份,任意1臺(tái)主用AC出現(xiàn)故障時(shí),可整機(jī)切換到備份AC設(shè)備上;M∶M備份指不設(shè)置專用的備份AC,所有的M臺(tái)AC都正常工作,但不100%配置(如只配置AC能力的80%的AP),留有一定的空余能力作為備份,當(dāng)有AC發(fā)生故障時(shí),將故障AC上的AP靈活地分散調(diào)度到其他若干臺(tái)AC中。
AP上聯(lián)主要有兩種接入方式,一種是專線接入,AP通過(guò)預(yù)配置管理VLAN(virtual local area network,虛擬局域網(wǎng))接入BRAS,BRAS通過(guò)VLAN可識(shí)別AP業(yè)務(wù)并作相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā);另一種是AP通過(guò)Internet接入與部署在公網(wǎng)的AC組網(wǎng)。AP通過(guò)Internet接入AC組 網(wǎng),作為AP專 線 接入組網(wǎng)的補(bǔ)充手段,極大地?cái)U(kuò)大了WLAN的覆蓋范圍,使任何場(chǎng)點(diǎn)都有可能接入基于城域組網(wǎng)的WLAN。
3.2.1 AP專線接入方式
AP通過(guò)專線接入。傳統(tǒng)組網(wǎng)需要將不同廠商的AP分別配置不同的管理VLAN,BRAS根據(jù)管理VLAN識(shí)別廠商,將AP的DHCP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的AC[2]。通過(guò)AC池化技術(shù),實(shí)現(xiàn)將不同廠商的AP都配置成相同的管理VLAN,BRAS統(tǒng)一將AP的DHCP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給專用DHCP系統(tǒng)。DHCP系統(tǒng)為AP分配管理地址的同時(shí),根據(jù)網(wǎng)管系統(tǒng)下發(fā)的AP和AC對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)option43屬性為AP下發(fā)AC地址。
3.2.2 AP Internet接入方式
AP通過(guò)場(chǎng)點(diǎn)部署的企業(yè)網(wǎng)關(guān)/家庭網(wǎng)關(guān)接入Internet,如中小商鋪通過(guò)部署企業(yè)網(wǎng)關(guān)/家庭網(wǎng)關(guān)PPPoE(PPP over ethernet,以太網(wǎng)上傳送PPP)撥號(hào)接入Internet。AP由網(wǎng)關(guān)設(shè)備分配地址,通過(guò)域名解析獲得AC地址,與部署在公網(wǎng)的AC通信建立隧道[3]。
中國(guó)電信的WLAN組網(wǎng)利用現(xiàn)網(wǎng)已有的BRAS設(shè)備,對(duì)WLAN用戶實(shí)現(xiàn)地址分配、認(rèn)證、管理等功能。用戶數(shù)據(jù)通過(guò)AP-AC隧道,經(jīng)AC二層轉(zhuǎn)發(fā)至BRAS,用戶二層報(bào)文終結(jié)于BRAS。
隨著多SSID(service set identifier,服務(wù)集標(biāo)識(shí))的開啟,AC二層透?jìng)鞲鱏SID用戶數(shù)據(jù)到BRAS,會(huì)過(guò)多消耗BRAS的資源,勢(shì)必會(huì)影響到BRAS原來(lái)承載的寬帶業(yè)務(wù)。為此,AC會(huì)承載部分SSID的用戶地址分配、認(rèn)證和管理等功能,近階段AC主要承載便捷認(rèn)證業(yè)務(wù)的SSID、行業(yè)SSID用戶的認(rèn)證和管理;其他SSID用戶數(shù)據(jù)仍由AC二層轉(zhuǎn)發(fā)到BRAS。將結(jié)合BRAS功能的AC稱為融合AC,在現(xiàn)網(wǎng)中融合AC同時(shí)啟用二層用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和三層用戶數(shù)據(jù)終結(jié)的功能。
中國(guó)電信WLAN原本承載ChinaNet業(yè)務(wù),隨著廣大用戶和終端類型對(duì)WLAN接入的日益普及,各地市級(jí)政府和區(qū)級(jí)政府都有建設(shè)“無(wú)線城市”和應(yīng)用的需求,不少行業(yè)也提出WLAN業(yè)務(wù)需求,互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也與運(yùn)營(yíng)商合作開展WLAN后向經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)的需求。為此,同一張WLAN網(wǎng)絡(luò)需同時(shí)承載多種業(yè)務(wù),且能夠滿足個(gè)性化業(yè)務(wù)需求。
采用AC集中部署的池化技術(shù),可以很好地滿足上述多業(yè)務(wù)需求。通過(guò)規(guī)劃用戶雙層業(yè)務(wù)VLAN,用外層VLAN標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)類型、內(nèi)層VLAN標(biāo)識(shí)AP或場(chǎng)點(diǎn),就能實(shí)現(xiàn)用戶位置和業(yè)務(wù)的精確定位。集中部署的AC可以在全局層面靈活地部署個(gè)性化業(yè)務(wù)策略,可以推送全局性的個(gè)性化portal認(rèn)證頁(yè)面,也可在同一業(yè)務(wù)下根據(jù)不同AP或場(chǎng)點(diǎn)推送不同的portal認(rèn)證頁(yè)面,也支持基于場(chǎng)點(diǎn)和業(yè)務(wù)進(jìn)行的個(gè)性化計(jì)費(fèi)。
WLAN以AP、SSID為單位對(duì)熱點(diǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,包括WLAN終端的MAC地址、AP設(shè)備地址、RSSI(received signal strength indication,接收的信號(hào)強(qiáng)度指示)、時(shí)間戳等信息,并發(fā)給大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)能按AP、SSID、場(chǎng)點(diǎn)等進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);按PV(page view,頁(yè)面瀏覽量或點(diǎn)擊量)數(shù)據(jù)、UV(unique visitor,訪問(wèn)某個(gè)站點(diǎn)或點(diǎn)擊某條新聞的不同IP地址的人數(shù))數(shù)據(jù)、CPC(cost per click,每次點(diǎn)擊付費(fèi)廣告)數(shù)據(jù)、CPM(cost per thousand click-through,網(wǎng)上廣告產(chǎn)生每1000個(gè)廣告印象(顯示)數(shù)的費(fèi)用)數(shù)據(jù)、流量/人均流量、時(shí)長(zhǎng)/人均時(shí)長(zhǎng)等多個(gè)維度進(jìn)行數(shù)據(jù)展示和業(yè)務(wù)分析。
同時(shí),將大數(shù)據(jù)平臺(tái)分析得到的數(shù)據(jù)反饋回WLAN,根據(jù)用戶特征和場(chǎng)點(diǎn)性能,可實(shí)時(shí)對(duì)個(gè)性化portal頁(yè)面的展示內(nèi)容和熱點(diǎn)接入帶寬等進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
在建設(shè)高效、靈活的WLAN的同時(shí),還要考慮WLAN的安全[4],其安全包括用戶接入安全、用戶數(shù)據(jù)空口傳輸安全、網(wǎng)絡(luò)安全、設(shè)備安全等方面,下面分別進(jìn)行描述。
用戶接入安全問(wèn)題主要有:在同一AP/AC下用戶二層互訪、IP地址欺騙、MAC(media access control,媒體訪問(wèn)控制)地址欺騙。
如果在同一AP/AC下,用戶通過(guò)二層網(wǎng)絡(luò)能相互通信(用戶未通過(guò)接入認(rèn)證),則存在如下安全隱患:
·用戶通過(guò)某一用戶作代理訪問(wèn)公網(wǎng);
·某一終端中毒,則會(huì)不斷發(fā)送ARP(address resolution protocol,地址解析協(xié)議)廣播或協(xié)議類攻擊報(bào)文或進(jìn)行病毒傳播、木馬植入等網(wǎng)絡(luò)攻擊,影響整個(gè)WLAN二層網(wǎng)絡(luò);
·用戶之間如在同一個(gè)局域網(wǎng),惡意用戶(未通過(guò)接入認(rèn)證)能夠攻擊其他同一個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)的用戶或竊聽其他用戶信息。
IP地址欺騙存在如下安全隱患:用戶地址由BRAS/融合AC負(fù)責(zé)分配,如果某一終端配置靜態(tài)IP地址,會(huì)造成與其他終端地址沖突,造成合法用戶不能正常上網(wǎng);如果用戶配置用戶網(wǎng)關(guān)地址,會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
MAC地址欺騙存在如下安全隱患:在無(wú)線環(huán)境中,非法用戶通過(guò)偵聽等手段獲得網(wǎng)絡(luò)中合法站點(diǎn)的MAC地址比在有線環(huán)境中要容易得多,這些合法的MAC地址可以被用來(lái)進(jìn)行惡意攻擊。
用戶接入應(yīng)采取的安全防范措施為:
·同一AP和同一AC下啟用用戶二層隔離功能,只有認(rèn)證通過(guò)的用戶才能通過(guò)三層相互訪問(wèn);
·在BRAS設(shè)備上啟用DHCP snooping功能,用戶地址與MAC地址綁定,防范IP地址和MAC地址欺騙。
在WLAN中,在同一個(gè)AP下用戶是共享帶寬,如果個(gè) 別 用 戶 使 用P2P(peer-to-peer,伙 伴 對(duì) 伙 伴)、BT(bit torrent,比特流)等這類占用大量帶寬的應(yīng)用,就會(huì)影響其他用戶正常使用WLAN業(yè)務(wù)。
通過(guò)對(duì)用戶限速,可以防止個(gè)別用戶占用過(guò)多帶寬,提升所有用戶使用WLAN業(yè)務(wù)的體驗(yàn)。
IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)很容易受到威脅網(wǎng)絡(luò)安全的攻擊,如DoS(denial of service,拒 絕 服 務(wù))/DDoS(distributed denial of service,分布式拒絕服務(wù))攻擊、泛洪攻擊、欺騙攻擊等。通過(guò)啟用AC設(shè)備的WIDS(wireless intrusion detection system,無(wú) 線 入 侵 檢 測(cè) 系 統(tǒng))/WIPS(wireless intrusion detection system,無(wú)線入侵保護(hù)系統(tǒng))功能,監(jiān)視分析無(wú)線用戶的活動(dòng)、判斷入侵事件的類型、檢測(cè)非法網(wǎng)絡(luò)行為、對(duì)異常的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行報(bào)警,并根據(jù)策略采取相應(yīng)的措施,確保WLAN的安全。
DoS/DDoS利用軟件(含操作系統(tǒng))的缺陷、協(xié)議的漏洞(如Syn flood攻擊)進(jìn)行資源比拼(如發(fā)送大量的垃圾數(shù)據(jù)侵占系統(tǒng)資源),利用攻擊程序 (如smurf、trinoo、tfn、tfn2k、stacheldraht告示DoS攻擊程序)進(jìn)行攻擊。
當(dāng)一臺(tái)無(wú)線設(shè)備試圖在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)泛洪時(shí),會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)送大量的同種類型的報(bào)文。此時(shí)AC和AP會(huì)被泛洪設(shè)備發(fā)送的攻擊報(bào)文淹沒(méi)而無(wú)法處理正常無(wú)線終端(合法用戶)的報(bào)文。
泛洪攻擊類型的報(bào)文主要有:
·認(rèn)證請(qǐng)求/解除認(rèn)證請(qǐng)求;
·關(guān)聯(lián)請(qǐng)求/解除關(guān)聯(lián)請(qǐng)求/重新關(guān)聯(lián)請(qǐng)求;
·探查請(qǐng)求;
·空數(shù)據(jù)幀;
·action幀。
欺騙攻擊:這種攻擊是借合法終端MAC地址來(lái)發(fā)送攻擊報(bào)文,如一個(gè)欺騙的解除認(rèn)證的報(bào)文會(huì)導(dǎo)致合法無(wú)線客戶端下線。
通過(guò)啟用AC設(shè)備的WIDS/WIPS功能,監(jiān)視分析無(wú)線用戶的活動(dòng)、判斷入侵事件的類型、檢測(cè)非法網(wǎng)絡(luò)行為、對(duì)異常的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行報(bào)警,并根據(jù)策略采取相應(yīng)的措施,以確保WLAN的安全。
DHCP池的安全性。當(dāng)AC負(fù)責(zé)分配AP的地址時(shí),即AC啟用DHCP池功能,如果AC不檢測(cè)DHCP請(qǐng)求的終端(如AP)的合法性而直接分配IP地址,則DHCP池的地址可能被耗盡并帶來(lái)安全隱患。
對(duì)于DHCP池的安全性問(wèn)題,要求AP支持DHCP option60,即AP攜帶企業(yè)碼,這樣AC就不會(huì)為任意一個(gè)DHCP請(qǐng)求的終端分配地址。
AC設(shè)備的安全性,主要有以下幾個(gè)方面。
(1)AC配 置公網(wǎng)IP地 址,若黑客 破解 了AC設(shè) 備 賬號(hào),入侵了主機(jī),植入了非法進(jìn)程(如tirqd)與非法服務(wù)項(xiàng)(如tblockd),并啟用8080端口發(fā)送了大量的垃圾郵件,會(huì)造成惡劣的影響。
應(yīng)采取的安全措施有:AC配私網(wǎng)管理地址,與公網(wǎng)隔離;AC啟用ACL策略,只允許特定IP地址的終端訪問(wèn),并設(shè)置登入賬號(hào);只打開特定端口,其他端口關(guān)閉。
(2)當(dāng)AP到AC注冊(cè)建立隧道時(shí),如果AC不檢測(cè)/認(rèn)證AP的合法性,而直接允許AP注冊(cè),則存在非法AP接入的風(fēng)險(xiǎn)。
應(yīng)采取的安全措施有:AC應(yīng)檢查AP的序列號(hào)、MAC地址等,確認(rèn)所接入的AP是預(yù)先允許接入的AP。
將AC集中部署、通過(guò)AC池化技術(shù)組網(wǎng),大大減少了AC部署數(shù)量和占用機(jī)房空間,節(jié)省了管理、維護(hù)和人力成本;支持AP通過(guò)中國(guó)電信的有線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)以及其他運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)接入AC中心,實(shí)現(xiàn)WLAN城域組網(wǎng),極大地?cái)U(kuò)展了WLAN覆蓋范圍。利用豐富的VLAN資源實(shí)現(xiàn)外層業(yè)務(wù)VLAN標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)、內(nèi)層業(yè)務(wù)VLAN標(biāo)識(shí)AP或場(chǎng)點(diǎn)等技術(shù),強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的安全性能,通過(guò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)級(jí)WLAN,滿足“無(wú)線城市”、行業(yè)WLAN、商業(yè)WLAN和公共無(wú)線寬帶上網(wǎng)需求。通過(guò)自建或與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)合作開展后向經(jīng)營(yíng),極大地提升了WLAN價(jià)值,為廣大用戶提供了高帶寬、低資費(fèi)的無(wú)線寬帶接入。
1 IETF RFC2131.Dynamic Host Configuration Protocol,1997
2 IETF RFC3046.DHCP Relay Agent Information Option,2001
3 IETF RFC5415.Control And Provisioning of Wireless Access Points(CAPWAP)Protocol Specification,2009
4 劉杰.淺析WLAN及WLAN網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題.網(wǎng)絡(luò)安全,2007(7)Liu J.Analysis of WLAN and WLAN security issues.Network Security,2007(7)