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基于eNSP的WLAN实验设计与实现

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-:;SN l006—7I67 宫脸宝研亩与拓赤 E、H(:ll、、n \PI I)l 、rlI)N IN 1.ARt1R ’r()R、 筇36譬第7期V(,1.36 No 7 20l 7 7 -可一_=I Jul 101 7 ・计算机技术应用・ 基于eNSP的WLAN实验设计与实现 曹雪峰 , 孟 伟 , 陈日升“ (河北民族师范学院a.数学 r算机系;b.教务处,河北乐德067000) 摘 要:介绍了WLAN的工作原理,基于eNSP设计WI AN实验方案,搭建实验环 境,通过对AC和AP进行配置,实现了网络的互联互通.利用Wireshark协议分析 软件捕获报文,分析了无线接入点控制和配置协议工作原理,验证了无线终端二层 和三层漫游的工作过程。通过实验使学生从理论和实践两方面更好地理解wI AN 技术的工作原理,增强了实践动手能力和综合应用能力 关键词:无线局域网;华为网络模拟软件;无线接入点控制和配置协议;漫游 中图分类号:TP 391.9 文献标志码:A 文章编号:1006—7l67(2017)07—0127—05 Design and Realization of WLAN Experiment Based on eNSP CA 0 Xu ng , MENG Wei , CHEN Risheng。 。(a.Department of Mathematics antt Comlmter:b.Office of A(・ademic Affail‘S. Hebei Normal University for Nail(Hla]ilies,Chengde 067000.Hebei,China) Abstract:This paper intl’oduces the principle ot’wil’eless 1o<・al area networks.designs l}le experimental scheme of wil’eless loeal al’ea networks based on enterprise netwol’k simulali()fl plallfmn.I)uihls a virtual nelwol’k expel imenlal environment.Through the AC and AP the interopera1)ility ot、lhe ilelwol’k can be a(・hieved.using Wireshm。k software pal kets can be captured.This papel’also analyzes tl1P WOI’king pi’inl’iple of on[i‘(’l and configure the protocol used in wil’eless access points.and verifies the I‘oaming l>ro(‘ess ot’the wi]‘eless tenninal with two('r three layers.By the experiment.students can better understand the working p rin(‘iple('{.WI AN tel hnoh)gy frt)ln both theoretical an(j practical viewpoints,also enhance the practical ability and con/pre]/ensive application ability. Key words:wireless local area networks(WI A N);enterW’ise netwoI‘k simulation plaffol’nl(eNSP);control and provisioning of wireless access points protocol;FOa1]ring 0 引 言 随着无线通信技术的发展,无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)的应用越来越广泛,它克 wI AN技术是计算机网络课程的主要内容之…。 wT AN实验教学存『JIl深 :,f=.对无线网络理论的掌握和 理解,促进无线网络技术的应用f 起着荚键作月j,f[=!足 由于受实验窄条件不11 w T AN技术特殊性的,如何 开展wIAN技术实验教学是值得研究的问题。 .。 .华为网络模拟软件(Enterprise Network Simulation Platfbrm,eNSP)是一款免费、可扩展、图形化操作的网 络仿真平台,除了可以模拟路南器和交换机没备外,还 服r传统有线接入方式受限于线缆和端口位簧的缺 陷,能够为用户提供更灵活、高效和经济的服务 『大l此 收稿日期:20l6-09—15 基金项目:旧家民委高等教育教学改革研究项目(15114);}i,I北 族师范学院科研项目(20I406);河北省高等学校科学技术研究 【】 (ZC201 6116) 可以模拟WLAN设备,支持AC、AP、STA的命令雕 , 实现多种场景的组网方式,能够在视觉上完整地展现 无线终端的漫游过干旱,与Wil’eshark软件结合可以埘捕 获的报文进行协议分析 借助eNSP软件构建无 线网络模拟实验环境进行wlAN技术的实验教 、 .’I_『 作者简介:曹雪峰(1967一),男,河北隆化人.硕士:,副教授.仰 h 向:计算机网络技术 Tel:l 8230143496;E mail xL¨l@l 63 rtHI1 守脸宝研弛与撩悫 以 验效半,降低实验成小, 培芥学牛掌握 如创建w1. N、没置信道、州擎发射功 年等,并开展 Wf AN、【 务 wI AN技术 Jt J能力的 II,r深入 晰W LAN I 作 1.3 漫游 l WLAN工作原理 1.1 802.1l协议 漫游是指无线终端从一个A|)将父联切换到 一 个AP, 广,端在移动时能够保持无线连接的过程, 这个过秤fll需要重父联AP 为.r成J_JJ漫游.AP之 ll,: :802.Il是rl1 IEEE 802蚕 !会制汀的无线 域 系列 .它定义J 媒 访川控圳J MAC )和J n1J信弓‘极盖范同必须有重叠. ¨这些AP还需要 相Ⅲ的SSID, 为_r避免 币=叠的AI)之问}{I 十 扰.AP要选择无重叠的信道,2.4( I{Z频段只允许有3 个无币替信道。WI AN包括两种漫游方式, 『{ 二层 物 物 J 定义r I 作 2.4(川z的ISM频段上 的两种扩j坝作州制方式和一干叶, 外传输的 。式。为了 M的ji!l价环境F取得良 的通 质}l}, MAC层 采川CSMA/(:A 议进行802.1l帧的发送 802.1l 帧 仃3利- :管理帧、数据帧 控圳帧 管理帧 』+J术僻川 链接,饥贵JJu人或退…无线M络以及处理接 人,11、 之n1I父联fJl0转移,仃l1种竹 帧.也括信标帧、探 洲 J之 f 洲响J 帧等;数据帧 1 f1 站之问传 送数 ,I1]‘能会 所处刚络环境1 M I( I仃所差异;控 制『1lljf通 j数 帧搭 他J11,负责l X-域}『If 、信道获取 刈收刮数 n0确认等 无线终端运{ 802.1l协议 接人1、 . 连接刊 络 『1.垃入过 t 包括 描、链 路认 、I 份、人 火联等儿个阶段 “ 1.2 CAPWAP协议 为r J: 『 N的快速 、网络没,弁集巾管 精 化Jt J J’,1 : ,卡f{比胖AP力‘J弋. 、Il,』fJ户以及运 商 倾…J 采¨J ・f 控制的wIf1、N , 访问控 (A 一(hmlI・ollel’, :)刈wI AN IfI的所有瘦A}】 进 : 干ll控 ,瘦Al’ A( 之n『J运j 尤线接人点控 制和I 。l ((hIllI rI)l A nd Piovision。]ng(1f WirP s mo( ̄ess PoilltS,(:1\1’w AI’)协c义,通过建 (:AI wAI 隧道从AC l 扶 }f 。lvf, ~(:不能发 J‘九 i ,它_秆】瘦 Al … 成wf AN系统功能… 【:、I)、、、lJ 建、 过程fH1卜. I 、AI 扶取IP地 址 I、l’卜IUf. 『』I】 没有 静念ll’地』lI=,需要通过 I)HCP扶收 地址干¨默认网火地址等价 ,并通过 t I ̄Iio1143 :段扶 AC的II)地址,或 通过Option1 5 段扶 A(:I,10域 AI’发 A( A1)使用AC 发现机制水扶 哪些AC足可川的,决定 专佳AC来 建 (:Al wAP隧道连接 可以选择CAI)wAP隧道是 永川数{ll 报 输层安 (I)HIHg ̄’Hill rrHnsporI Layers …’ ,I)_rI S) c义JJ【J密传输…)I)报史⑧加人操 作AC j・ 直控制隧道. 此炎 f 过程if ,AC 榆 AI ,』版本,f“1 AP的版小见法 j AC要求的 卡}IIJL ,会 新A}】的版本,l『』l】 AP的版本符合要 求, 进i I。 f-敛 检台 ④ 一致 榆查 埘 AP的脱 眦 f¨AC 定 进i p‘ 检查,并 A( 和I A i交换 信息 ⑧AP运i A.P与AC 成JlJJ ● 圳t和I数据隧道,AP接收AC的WLAN配 漫游是指无线终端在不同的AI 问 换时,始终存一 个VI AN 网内,从而保证业务 rl-断;lffi 层漫游是 指无线终端 不同的AP 切换If1f,川 对啦的 务 VI AN ,为r保证漫游过程rf1,q J广1、 驽不断,lJj 必 须保持川rI数据报文的VI AN仍然为}JJ始VI AN,『n 不是破 换剑新AP的V1 AN 2搭建虚拟实验环境 2.1 实验拓扑结构 eNSI)【}1按罔l所爪 搭建wI AN 络 . Rl swI IG ,1 雠 “Ac SW2 iGE 01011 Ethernet 0/0/3 I I~f API fGE 0/0/I AP3 1 wI AN 验 拓扑 f勾 改备端【I IP地址分配 1 . 表1 IP地址分配表 I}1 VI AN 1O0刚于A})管 ,V1 AN 10车11 V1 AN 20 Hj丁w『.AN业务 存SW I l I)HCI’Hf连;} ,  7 l9 曾雪峰,等:基于eNSP的WLAN实验设计与实现 I29 负责AP和移动终端IP地址的分配。 SW ]vlan halt・h 2 10 20 IO0 2.2 设备配置 SW ]interface GigaliftEthernet 0/0/1 AC主要配置命令如下 : SW 一GigalfilF,theroet0/0/1 J port link—type trunk [AC]vlan batch 2 SW .Giga fIcIhc r【lPl0/0/1]port trunk allow—pass vlan 2 10 [AC]interface G abitEthemel 0/0/1 2【】lU(】 [AC.GIgabitEthernet0/O/1]port link—type access f SW 1一( igal’itE【}1e r『1 10/0/1 J interfa(‘c GigabitEthernet 0/0/2 [A C.GigabiIEthe rIlet0/0/1]port default vlan 2 『SW I—GigaMtEthelnelO/0/2 J port link—type access [AC interface Vlanif 2 【SW I—GignI)iIE【11 10/(】/2]perI defauh vlan 2 [AC—Vlanif2]ip address 192.168.2.2 24 l SWI】cI P enable [AC ip route—static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.1 【SWI]inlerfm・P Vlanif l [AC wlan 【SWI—Vhmifl】ip address 192.168.1.I 24 [AC—Man-view]wlan ac source inierfa( e Vlanif 2 『SW I—VIanif1]interfac Vlanif 2 [AC—wlan-view]ap id 0 type—id 1 9 mac OOEO—FCDO43530 [SWI.Vlanif2]ip address I92.168.2.I 24 [AC—wlan—ap-0]ap id 1 type—id 19 mac 00E0一FCF5・-7210 [AC Man—ap一1]ap id 2 type—id 1 9 mac OOEO—FC4D一3 FB0 『SWl_Vla rlif2】inh:-rfa(・P Vlanif 10 [AC]Man [SW I,Vianifl0 l ip addrt 192.168.10.254 24 [AC—wlan—view]wnlnl—profile name wlanlab [SW1.Vlanif10]dh(・P select into-rface AC—wlan—wnlnl-prof.-wlanlab quit 『SW1,Vlanifl0]inlert ̄l<’P Vlanif 20 [AC.wlan—view]ratlie—proifle name wlanlab [SW1 Vlanif20】ip address 192.I68.20.254 24 [AC.wlan—radio—pro ̄-wlanlab wmm—profile nanle wlanlab [SW1 Vlanit20]dh(,P self 1 imerfa(’ 【AC.wlan—view]traffic—Wofile name wlanlab 【SW l—Vlanif20 l IllIt-fracP Vlanif 100 [AC—wlan—traffic—prof-wlanlab・ quit 『SW1 Vlanifl00fip afhlress I92.I68.1O0.254 24 [AC.Man—view]security—profile name wlanlab [SW1一Vlanifl00  Jdtu’P selecI interface 『AC-Man—se(・一pl"o5・wlanlab]security—,loli(。Y wpa2 『SW I—Vlanif100 l dh(‘P sPrvt r option 43 sub—option 3 asei [AC—wlan—sec—prof—wlanlab]wpa2 authentication—metll(1(1 psk l92.168.2.2 pass-phr,"ase simple huaweiMan encryption—method ecmp SW2主要配 命令如下: 『AC.wlan—view]service—set nanle servieel sw2 l vhln I)aleh 2 10 20 I【J1) 『AC。wtan—service set—service1]ssid wlanlab SW2 j inter GigabitEtl l'net 0/0/I f AC.wlan.service set。service1]seli'wice vlan 10 [AC—wlan.service set—service1]traffic—profile nalne wlanlab [SW2一GigabitEthcrnc-tO/O/1】port link—type trunk [AC—wlan—servirP—set—servic-e1]security—proifle name wlanlab 『 、、 2一GigabilEth ̄-l'ne rO/O/1 perl Intmk alh ̄w-pass vlan 10 20 [AC—wlan—service—set—se!wice1]quit 1O0 [AC—wlan iew]service—set COOltie service2 『S ’2 i inle r Etht rIlf-1 0/0/1 『AC一 dan-service-set.service2 ssid wlanlab 【sw 2一Elh ̄・rnf・tO/O/1 porl link—type trunk 【AC.wlan rvi( set—service2 wlan—ess 20 f s 2一Eth ̄IrIll t0/0/1 l porI trunk pvid、lan 1 00 AC.Man—service—set—service2 service—vlan 20 f sw2一Elht lact0/0/1:perI tnlnk allow—pass、lan 2 1 0 1 O0 [AC—wlan-service—set—service2]traffic—profile uanle wlanlab f SW2一Elh( nwt0/0/I inter Eth met 0/0/2 [AC—wlan—servi( set—service2]security—profile name wlanlab I SW2一Ethellit 10/0/2 j perI link—tylie trunk l AC-wlan—view]ap 0 radio 0 SW2一Etht rnet0/0/2j perI t runk pvid、Ion 100 [AC—Man—rilllio-0/0]radio-profile name wlanlab SW2一Elh(-rnel0/0/2]per1 t runk allow-pass vlan 2 1 0 2O 100 [AC.wlan-radio-0/0]service—set name servieel 『sw2一Elhern ̄、10/0/2]inter Eth rnet 0/0/3 【AC—wlan—view]ap 1 radio 0 [SW2一Etherl1f t0/0/3]poll link—tyf3e trunk [A C.wlan—radio,1/0]radio—profile name wlanlab [SW2 Etlnernt 10/0/3 port trunk pvid vlan 1O0 [AC。wlan—radio一1/0 1 service—set name servicel [AC—wlan—radio一1/0]channel 20mhz 6 【SW2一Ethernet0/0/3 pctl trunk allow—pass vlan 2 10 20 100 [AC—wlan—view]ap 2 radio 0 3 实验内容 [AC—wlan—radio-2/0]radio--profile name wlanlab 『AC.wlan—radio.2/0]service—set name service2 3.1 AP上线过程分析 [AC-wlan-cadio.2/0]channel 20mhz 1 1 尤,运行AC、R1、SWl卡¨SW2,然后运行API,并 I AC—wlan—view]COl'lflnit all 各链路段I 运行Wireshat’k捕获报文,在SW1一SW2 SW1主要配置命令如下: 链路段f 捕扶的1DHCP和CAPWAP报文如罔2所示。 守脸宝研密与拓,蠢: ■ F,v………^一 、 ・、 ’ … 一一 1J ’ ‘… ‘ l_1^… ’' 6奄 ●÷・I - 一h● x  ^● ・一 4 ‘一… 、 ’_■ ” _● ‘…一. 3.2二层漫游过程分析 首先移动终端STAl关联APl,MAC地址为5489. … - 11.106舢7Ooo O 0 0 0 2ss.2ss.2s1.25S ●cP ll9 107‘78oDo 192 168.10o 0 192 l¨loo 2Sj p 1 0 1O7 5S‘O∞o O o O 2El 2SS 2SS. SS■t n1 107 672000 l92 168 100 s4 I' I6B 100 2S}b ‘ P O ‘洲-Tr Itt ∞lD鲰f ¨‘H● 口fhr —T ̄ ̄Slett 10 0 7●c ¨8 ¥46 c,Ripest .Tr…c“伸lid O 22 BO如 ¥45州cP …c 0x222 O.h 1S;l27 6{“ 日l,2 1“100 s3 192 l68 2 2 c^P’ 211 c^p p・c o1-D1 …t  98ad一6990,IP地址为l 92.168.10.253;移动终端STA2 关联AP3,MAC地址为5489.989540fd.IP地址为 192.168.20.253。在STAl上执行“ping l92.168.20. ‘s) 1S§1 s‘7 ∞0 192 l6S 2 2 192 l6B 1O0 2s c P瑚c t ro1-D’…ry 一158 132 I7S∞O 192 l 瑚:s3 l9:1‘S,2 2 c^P ^P ,?c●p P州ro1Ⅲn R●~n 160132 6 ̄¥O00192 IS¥2 2 l9 m,100 2 c^h●^P 316 F.AP ̄Ap—c啊'tro1一 々’n 5 l611l2‘s8O0o 2 l6s 1∞2sj 192 ‘s 2 1帼c^M r f、和r-t1舯s…s R●舢.毒t 163133,156C ̄0192▲6s 2. l¨153 28IO00192 1“I9 “8.100 2 c^P-^P 1∞c^ ^P-c…¨c^ o1 ・ 铀r●“∞s帆.^”s  sp舯,● 100 2s;19:lBB 2 2 R●qL*st 166 13j 6,'2000 192 168 0 l,2 1‘e 100 2S3 c^P 64 c^p._^卜 rO1・ 竹s…^ts∞n‘t  l67l3 ’03O0o192168l∞ E3192l68 …P’6 1eslj;7SOO∞192 168 100 7S3l’ ll 2 c B{c‘P P锄l‘,l 4 172000 192 1‘s 2 0 1,2 11;8.100 2S 3 c^P-h‘P 7‘CA ̄p- ^…一^1’ trol・ E K…^l、惜 t h…170 154 l 2O∞192 1 Fr●_l 2.170 b t Ether ̄n.¥rc…s∞1Q 1 L^N ? 192 1‘8 10o 2 c^h .P ‘c^P-^p—c*tro1 :● ●(Ox埔253一t”命令,然后移动STAl到AP2的信号覆盖I 域,如图3所示。同时在各链路段捕获报史(包括无 l{r●(1|6O bit1),l O bytes t雌turtd(13 ̄O btti) 1TL∞:Os:t0(00:・0:fc:dO:05:柏). Te_ ̄B:Ol:I●(4C…If c:ct:0§: t 0.c :0.rD:m 孙㈣ …ol r“*●.srt 192 168 lo。 sj(1’2 168 l∞.2S1), t:1'2 ln j 2 C1, H .2 ) o0oo 4c cc c8 031■o0t0 fc d0 05 30‘l∞o0“L O.d 0010 o8 oo 4S eO O0 9a o0 oc oo oo 1l d 18 cO●8 .E… 一 0020“fd c0^8 02 O c6¥O 14 7e 0o B 61 39 O0l0 d ’_a9 0.¨ ~ 一 ●x ……’… ”…‘i  {‘ ” l 2捕获的DHCP和CAPWAP报文 l】4、1 l9一l2 号报文是AP1通过DHCP获取IP地 址币¨默认网火地址等信息,并通过option43字段获得 AC的IP地址 l 53干¨155号报文是API发送给AC 的发现请求报史干¨AC返回的发现响应报文,在响应 报义巾包括 l 线AP数、最多町以管理AP数和接入 移动终端数:i{=I .不采用DTI S加密传输报文,AC 软硬件版本 息,Radio l和Radio 2 I:支持的802.11 协议类型等 】58和l60号报文是加人请求和响 J、 报文,AC榆 AP的当前版本p 配。l6l和l63号 报史是配 状念清求和IⅡ向应报文,AC检查AP的当前 干¨AC没 的配 l 配 164和l56号报文是改 变状态请求 响心报文,主要是API把Radio 1卡¨ Radio 2状态价息(EnaI le和Nol iaI)以及结果代码 ( ¨ s)发送给AC.如果AC返…响应报文,就完成 控制隧道建● 的过稃,开始进入I'LIII状态 l67号报义 足APl发送 A(:的保活报文,AC收到此报文后表示 数据隧道建● , -\C IrifII心169弓‘俅活报文,AP进入 “・ t,rnlal”状念,JF赴台正常 作 下而是在AC上查看 到的结果: <AC>tIisphly aI)all AIl AP iII[(iHilalion(NOl’nla1.1,UllNormal一2): A1 At’AI’Pi’《)f'ile/Region AI AP Il】 II1 、1、【: 1I】 ̄,lalt' Sll ̄llll(> 0^P60101)N一1、(;N 00( 0一fcd0—0530 0/0 ilormaI ap一0 I AP6010I)N—A【:N OOeO—fcf5—7210 0/0 fauh 叩一1 2 Al】6010I)N—A(IN OOeO一 4d一3fhO 0/0 fauh ap一2 ro ral『lll『ll1)¨:3 『1『以看刮AP1完成上线过程,状态为“normal”, in AP2乖lJ AP3状态为“fault”: 存AP1 I 看到的信息如下: <ap一0>disl>hI、t‘apwap link stale lJINK AI, f、l I、I】IflIf FSM l1) ll’^(1l1 r (:I’orI DPoIt lndex Siate ()192.1 68.1()().253 508l6 508l7 0 R L JN 可以 刮APl获取的IP地址是192.168.100. 253,控制/i if; 【l 508l 6.数据端[】501 87,有限状态机状 态为RUN 线信道上的报义捕获)。 闭3 STAl漫游刮AP2 当STAl移动到API和AP2的信号重替 时扫捕 到了AP2上相同SSID的无线网络,如 4所示。随 着AP2信号增强,STAl会重大联到AP2 I ,实现J APl到AP2的漫游,存此过程巾ping命令的执行并没 有被中断 …于APl和AP2上的 务VLAN相同鄙 是VLAN10,故属于二层漫游 毫s1^1 一 . 潦■en‘自 EI■ M ●雠{H__柏●●∞ lh●It 0●0 辔 一  ̄lllh÷—蚺 i 忡*^ ∞_^ … ■■●∞ :: :=: :=: 篙 : : 嚣I- 图4 S FA1扫描到AP2 的尢线网 在AC I 查看与此次漫游卡H芙的信息曳【1下: <AC>display station asso(‘一info ap 0 Info:TherP is no association station <AC>displa)station assoc—info ap 1 STA MA(: AP.1D RAD10一lD SS—l1)SSI1) 5489.98al1.6990 1 0 0 wlanlab Fotal stations:I <AC>display station assoc—info ap 2 STA MA( Al’.ID RAD10一lD SS.【J)SSl1) 5489.9895-40ff{2 O l wlanIab r‘)lal sIaIitll1s: l 可以看到STAl重关联到了AP2 <A(:>(】isI)ldv slaIj叭1 rI1allI—track sI;I 5489—98a(1—699() 7坤 峰,等:毖于t NSI’的 Jl_AN实验设计与实现 AP ID Radio ID BSSID TIME 0 0 OOeO—f(’dO_0530 2016/08/16 19:58:O1 1 0 00e0一fc f5—72l0 2016/08/16 20:06:06 查看STAl的漫游轨迹从AP2继续漫游到 了AP3 Numb 。f 【ra k.1 4 结 语 通过在虚拟网络环境下设计WLAN实验,查看sTA1的漫游轨迹从APl漫游到了AP2,, 另外,利用捕获的报文还可以进行更详细的分析, 这里不再赘述。 3.3 三层漫游过程分析 通信对AC 和AP等设备进行配置,。实现WI AN网络结点之问的 在sTAl上执行“ping 192_168・20・253一 ”命令, 然后继续移动STA1到AP3的信号覆盖区域,同时在 各链路段捕获报文 当STA1移动到AP2和AP3的信 号重叠区时扫描到了AP3上相同SSID的无线网络, 利用协议分析的方法,分析了CAPWAP协议的 T 作原理二层和_层漫游的T作过程,使学生能够从 理论和实践两方面更好地理解和掌握WLAN技术、。 参考文献(References): ¨1]姜恩华,寞德 P k l1、 软件在无线网络技术实验教学中 随着AP3信号增强,STAl重关联到AP3 示,实现了从AP2到AP3的漫游 、 如罔5所 的f ff】….实验技术 管理,2Ol1.28(II):88-90。99. [2] 段景山, {立香,毛li明,等,鹱于分层体系的WLAN实验室建 没研究[J].实验技术 j管理,2014.3I(5):136—139. 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