26、Wi-Fi 网络漫游技术深度解析

Wi-Fi 网络漫游技术深度解析

1. 单通道架构（SCA）概述

单通道架构（Single-Channel Architecture，SCA）是解决 RSN 缓慢过渡问题的一种专有解决方案。大多数企业无线供应商采用多个非重叠信道和信道复用概念，而 SCA 供应商则将移动组内的所有接入点（AP）配置在单个信道上。Meru Networks（现属 Fortinet）是该架构的先驱和主要供应商。

在 SCA 中，所有 AP 在单个信道上运行，为服务区域提供广泛覆盖，客户端无需在不同信道间漫游。虽然跨信道漫游并非主要问题，但客户端在不同 AP 间漫游时，仍可能出现问题。由于 SCA AP 在单个信道上运行，它们可以使用专有功能在所有 AP 上广播单个基本服务集标识符（BSSID）。客户端看到的是一个大型虚拟接入点，而不是多个物理 AP。基础设施负责处理客户端在不同 AP 间的切换，且该过程对客户端透明。

另一种实现相同效果的方法是为每个客户端创建 BSSID。新客户端加入网络时，会创建一个客户端专属的 BSSID，并在每个 AP 上广播。客户端同样不会意识到存在多个 AP，而是认为只有一个无缝的大型 AP，从而无需进行漫游。

SCA 漫游具有以下优点：
- 是目前使用中最好的漫游解决方案之一。
- 基础设施设备可完全控制漫游操作。
- 客户端站（STA）几乎察觉不到漫游过渡。

然而，SCA 漫游也存在一些缺点：
- 特定供应商专有。
- 与多通道架构（MCA）相比，许多人认为 SCA 是一种效率较低的架构。

2. Wi-Fi 客户端漫游问题

随着无线局域网（WLAN）从可选配置变为企业运营的必备条件，过去的一些决策在如今暴露出问题。其中之一是将漫游决策（即 WLAN 客户端是否移动到新的 AP 和 BSSID）交给客户端。当时认为，由于购买 AP 的站点较少，大多数网络将基于对等模式，因此这似乎是一个不错的解决方案。

但专业部署 WLAN 的人员深知，有缺陷的客户端驱动程序以及不同供应商在漫游决策上的巨大差异，会给网络带来诸多问题。相比之下，蜂窝网络通常将漫游决策交给基站，这使得客户端在移动过程中的切换更加顺畅，例如通话不会中断。

如今，有两个因素使 Wi-Fi 网络的漫游问题更加突出：
- 无线速度不断提高（如 802.11ac），人们越来越多地使用 WLAN 进行语音和视频等关键应用。
- 自 2010 年 iPad 推出以来，使用 Wi-Fi 作为唯一网络接入方式的设备数量激增。

用户期望在工作时能轻松访问 Wi-Fi，而不考虑带宽限制和客户端增加导致的竞争问题。当视频播放不流畅或语音通话中断时，他们只关注问题本身，而不了解背后的原因。

3. Aruba 的 ClientMatch 技术

为解决粘性客户端导致的漫游问题，Aruba 推出了 ClientMatch 技术。当客户端有更好的连接选择，或附近 AP 负载较轻时，它们可能不会主动决定漫游。虽然 802.11k 和 802.11v 标准提供了处理此问题的方法，但并非所有客户端都支持这些标准。

Aruba 的解决方案是在 AP 和控制器中构建智能，从客户端的角度帮助其匹配最佳 AP。该智能体现在多个层面：
- 第 1 层 ：通过使用 802.11k/v 或断开客户端连接并仅提供与“更好”AP 的关联，优化链路。
- 第 2 - 3 层 ：考虑 AP 的负载情况。
- 第 4 - 7 层 ：考虑应用程序的活动。

Aruba 认为其方法独特且可申请专利。对于不支持 802.11k 的客户端，他们通过收集客户端发送探测请求、进行身份验证或关联时 AP 的信息，创建标准中使用的信标报告。AP 获取信噪比（SNR）信息，进行调整后将其发送到控制器、集成接入点（IAP）或 Airwave，以确定最适合客户端的 AP。

收集的信息包括 SNR、MAC 地址、信道、频段、时间戳、噪声底、信道负载、AP 功能等。结合控制器已有的应用程序数据，可以决定对特定 STA 在一组 AP 上进行白名单或黑名单操作。测试中发现，客户端实际的 SNR 与算法读取值存在恒定差异，因此可以进行相应调整。

信息数据库建立后，Aruba 将决策以分布式方式推回 AP，避免关联决策依赖控制器或其他设备。对于语音通话，Aruba 尽可能使用通话本身的信息实时计算平均意见得分（MOS），并在必要时将非语音客户端从 AP 上移开，以保证通话质量。

此外，Aruba 的 Airwave 产品利用这些客户端信息增强了故障排除能力。例如，转向报告提供了 ClientMatch 引导客户端的信息，帮助识别可能存在固件或驱动问题的客户端。VisualRF 则以红色显示客户端连接不佳的状态，增强了对 Wi-Fi 网络的控制。

4. 漫游技术总结

在实现快速安全漫游时，需要了解一些基本组件、应用需求以及基于标准和专有的解决方案。与漫游相关的 802.11 修正案包括 802.11i 和 802.11r，它们都包含在 802.11 - 2012 中。

以下是一些需要记住的关键事实：
| 技术 | 描述 |
| ---- | ---- |
| 慢速漫游 | 可能需要超过 200ms，在 802.1X/EAP 情况下可达 500ms，会给 VoIP 带来严重问题。 |
| 预认证 | 在实际漫游到附近 AP 之前进行身份验证，可节省时间。 |
| PMK 缓存 | AP 在 STA 漫游离开时保留成对主密钥（PMK），返回时无需重新创建。 |
| OKC | 非标准解决方案，但许多供应商都有实现，是最广泛使用的快速漫游解决方案。不过，由于它不是标准解决方案且客户端支持较少，初期发展缓慢。 |
| 802.11 - 2012（802.11r）FT | 标准化的快速漫游解决方案，正逐渐进入市场并将成为主流方法。 |
| Voice - Enterprise | Wi - Fi 联盟的 WLAN 认证，要求符合 802.11r。 |
| Voice - Personal | Wi - Fi 联盟的认证，设定了无漫游情况下的性能要求。 |
| SCA 漫游 | 由控制器而非客户端 STA 控制。 |

5. 漫游相关问题解答

以下是一些常见的漫游相关问题及答案：
| 问题 | 答案 |
| ---- | ---- |
| 802.11 网络中“roam”的另一个词是什么？ | Transition |
| 哪种无线网络安全类型在漫游方面本质上更好？ | PSK |
| 企业安全网络中长时间漫游的根本风险是什么？ | 客户端设备必须重新进行完整关联。 |
| 最佳实践建议的一般漫游时间应小于多少？ | 150ms |
| 以下哪项不是慢速漫游过程的一部分？ | 重新关联 |
| VoIP 协议可描述为什么？ | 实时和 UDP |
| CWSP 为何需要了解漫游细节及其对无线流量的影响？ | 不同安全功能对漫游的影响不同。 |
| 在 SCA 环境中，什么控制客户端漫游？ | 无线控制器 |
| 目前最有效的漫游方法是什么？ | 802.11 - 2012 FT |
| 预认证的优点不包括以下哪项？ | 仅允许与单个 AP 进行预认证 |
| Voice Enterprise 的目标切换时间是多少毫秒？ | 50 |
| 对特定类型的网络流量进行分类并给予优先级的能力称为什么？ | QoS（服务质量） |
| 关于漫游和 802.11 标准，以下哪项陈述是正确的？ | 标准规定了漫游时应发生的事情，但未说明如何实现。 |
| 客户端从网络 1 的 AP 移动到网络 2 的 AP 时，属于哪种漫游类型？ | 第 3 层漫游 |
| 为实现正确漫游，小区重叠大致应为多少？ | 15 - 30% |
| WPA - Personal 和 WPA2 - Personal 进行快速漫游需要哪些特殊增强？ | 无 |
| 企业安全无线网络中，哪些因素会增加整体漫游延迟？ | AP 与 STA 之间的延迟、RADIUS 与 LDAP 服务器之间的延迟以及 RADIUS 服务器繁忙时的处理时间。 |
| 以下哪项不是 Voice - Personal 认证的要求？ | 零丢包 |
| Voice - Enterprise 认证不包括以下哪项？ | 802.11d |
| 哪种客户端类型在 Wi - Fi 网络漫游中问题最多？ | VoIP |
| 预认证作为漫游增强的主要缺点是什么？ | 扩展性不佳 |
| 以下哪项未由 802.11 标准定义，因此是专有机制？ | OKC |
| 如何推导 PMK - R0 和 PMK - R1 密钥？ | PMK - R0 从 MSK 推导，R1 从 R0 推导。 |
| 802.11i 解决建立 PMKSA 延迟的方法是什么？ | PMK 缓存 |
| PMK 缓存使用时，哪些帧包含 PMKID 计数和 PMKID 列表字段？ | 重新关联请求帧 |

6. 漫游技术流程分析

下面通过 mermaid 流程图展示一些漫游技术的基本流程：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始]):::startend --> B{是否支持 802.11k/v?}:::decision
    B -->|是| C(使用 802.11k/v 优化链路):::process
    B -->|否| D(收集 AP 信息创建信标报告):::process
    C --> E(考虑 AP 负载和应用活动):::process
    D --> E
    E --> F{是否为语音客户端?}:::decision
    F -->|是| G(计算 MOS 并调整客户端关联):::process
    F -->|否| H(根据信息决定白名单/黑名单):::process
    G --> I([结束]):::startend
    H --> I

这个流程图展示了在使用 Aruba 的 ClientMatch 技术时，根据客户端是否支持 802.11k/v 采取不同的处理方式，然后综合考虑 AP 负载和应用活动，针对语音客户端和非语音客户端进行不同的决策，最终完成客户端关联的调整。

通过对单通道架构、Wi - Fi 客户端漫游问题、Aruba 的 ClientMatch 技术以及漫游相关知识的介绍，我们可以更全面地了解 Wi - Fi 网络中的漫游技术，为构建高效、稳定的无线网络提供参考。在实际应用中，需要根据具体需求和场景选择合适的漫游解决方案，并注意各种技术的优缺点和适用范围。

Wi-Fi 网络漫游技术深度解析

7. 漫游技术的应用案例分析

为了更好地理解漫游技术在实际中的应用，下面列举几个不同场景的案例。

案例一：企业办公园区
某大型企业的办公园区分布在多个建筑物中，员工需要在不同区域自由移动且保持网络连接稳定。园区采用了 Aruba 的 ClientMatch 技术和 SCA 漫游架构相结合的方案。
- SCA 架构 ：所有接入点配置在单通道上，为整个园区提供统一的 BSSID，让员工感觉像是连接到一个大型虚拟接入点，减少了跨 AP 漫游时的感知。
- ClientMatch 技术 ：当员工在不同区域移动时，AP 和控制器根据客户端的 SNR、AP 负载以及应用活动等信息，智能地为员工匹配最佳的接入点。例如，当员工从办公区移动到会议室时，如果会议室的 AP 负载较轻且信号更好，系统会自动引导员工的设备连接到该 AP，保证视频会议等关键应用的流畅性。

案例二：商场
商场内人流量大，顾客使用 Wi-Fi 进行购物导航、在线支付等操作。商场采用了 802.11 - 2012（802.11r）FT 快速漫游解决方案。
- 快速切换 ：当顾客在商场内移动时，支持 802.11r 的设备能够在不同 AP 之间快速切换，切换时间小于 50ms，确保顾客在购物过程中网络连接不断，支付等操作顺利进行。
- QoS 保障 ：商场的网络设备通过 QoS 功能，对不同类型的流量进行分类和优先级设置。例如，将在线支付的流量设置为高优先级，保证支付的及时性和准确性。

8. 不同漫游技术的对比分析

为了帮助读者更好地选择适合自己场景的漫游技术，下面对几种常见的漫游技术进行对比分析。
| 漫游技术 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| SCA 漫游 | 由控制器控制，客户端几乎察觉不到漫游过渡；是目前较好的漫游解决方案之一 | 专有技术，依赖特定供应商；与 MCA 相比效率可能较低 | 企业园区、大型场馆等对漫游无缝性要求较高的场景 |
| 802.11 - 2012（802.11r）FT | 标准化解决方案，将成为主流；切换速度快 | 部分旧设备可能不支持 | 对漫游速度要求高的场景，如商场、酒店等 |
| OKC | 广泛使用，许多供应商都有实现 | 非标准解决方案，初期客户端支持较少 | 对漫游速度有一定要求，但对标准化程度要求不高的场景 |
| 预认证 | 可在漫游前提前认证，节省时间 | 扩展性不佳，通常需要特定基础设施支持 | 小规模网络，漫游范围相对固定的场景 |

9. 漫游技术的未来发展趋势

随着无线技术的不断发展，漫游技术也将呈现出以下几个发展趋势：

更高速的切换 ：未来的无线设备对网络速度和稳定性的要求越来越高，漫游技术需要实现更快速的切换，以满足实时应用的需求。例如，对于 8K 视频流、虚拟现实等应用，漫游切换时间可能需要缩短到几毫秒甚至更低。

智能化的决策 ：借助人工智能和机器学习技术，漫游决策将更加智能化。系统可以根据历史数据、用户行为模式等因素，提前预测用户的移动轨迹和需求，自动为用户选择最佳的接入点，实现更加精准的漫游。

跨网络的漫游 ：随着物联网的发展，设备可能需要在不同类型的网络（如 Wi-Fi、蜂窝网络）之间进行漫游。未来的漫游技术将支持跨网络的无缝切换，为用户提供更加便捷的网络体验。

10. 漫游技术的优化建议

为了提高漫游技术的性能，以下是一些优化建议：
- 合理规划 AP 布局 ：确保 AP 之间有适当的重叠区域（一般为 15 - 30%），避免出现信号盲区，保证客户端在移动过程中能够顺利切换。
- 定期更新设备固件 ：及时更新 AP 和客户端设备的固件，以支持最新的漫游标准和功能，提高漫游的稳定性和效率。
- 优化网络配置 ：根据实际需求调整网络参数，如信道选择、发射功率等，减少干扰，提高信号质量。
- 监控和分析网络数据 ：通过网络管理工具监控客户端的漫游行为和网络性能，及时发现问题并进行调整。例如，分析转向报告可以找出存在固件或驱动问题的客户端，及时进行修复。

11. 总结与展望

通过对 Wi-Fi 网络漫游技术的深入探讨，我们了解了单通道架构、Aruba 的 ClientMatch 技术、802.11 相关标准等多种漫游解决方案，以及它们的优缺点和适用场景。在实际应用中，需要根据具体的需求和场景选择合适的漫游技术，并结合优化建议进行部署和管理，以构建高效、稳定的无线网络。

未来，随着无线技术的不断进步，漫游技术将不断发展和完善，为用户提供更加优质的网络体验。我们期待着漫游技术在智能化、高速化、跨网络等方面取得更大的突破，满足日益增长的无线应用需求。

12. 漫游技术操作流程总结

为了让读者更清晰地了解漫游技术的操作流程，下面通过 mermaid 流程图进行总结。

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始规划网络]):::startend --> B{选择漫游技术}:::decision
    B -->|SCA 漫游| C(配置 AP 单通道和统一 BSSID):::process
    B -->|802.11 - 2012 FT| D(确保设备支持 802.11r):::process
    B -->|OKC| E(部署支持 OKC 的设备):::process
    B -->|预认证| F(设置预认证参数):::process
    C --> G(合理布局 AP):::process
    D --> G
    E --> G
    F --> G
    G --> H(更新设备固件):::process
    H --> I(优化网络配置):::process
    I --> J(监控和分析网络数据):::process
    J --> K([持续优化]):::startend

这个流程图展示了从网络规划开始，选择合适的漫游技术，然后进行 AP 布局、设备固件更新、网络配置优化，最后通过监控和分析网络数据进行持续优化的整个操作流程。通过遵循这个流程，可以更好地实现 Wi-Fi 网络漫游技术的部署和管理。