无线局域网的多层级拓扑结构研究

张 娟

（上海交通大学，上海 200030）

无线局域网的多层级拓扑结构研究

张 娟

（上海交通大学，上海 200030）

文章简单介绍了网络拓扑的概念以及网络拓扑发现原理，并分析了云AC技术的发展背景以及应用场景，在云AC技术基础上提出了无线局域网多层级网络拓扑结构，其分为位置节点拓扑图、网络逻辑拓扑图和无线信道覆盖拓扑图。

网络拓扑；云AC；无线接入点

网络拓扑分为逻辑拓扑和物理拓扑，其中，逻辑拓扑指网络中从一个节点到另一个节点间传递信息的方法，与网络的外形无关，例如，路由器与子网的互连、虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）的划分都属于逻辑拓扑范畴；物理拓扑指网络节点的地理分布与连接的几何构形，且一个网络的物理拓扑可对应多个不同抽象级别的逻辑拓扑。

网络拓扑发现的原理是结合因特网控制报文协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）和地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）以及应用层协议（Application Layer Protocol，SNMP），对指定的网络进行活动设备的检查，得到所有的活动设备，然后通过SNMP取得设备的基本信息，根据基本信息确定设备的类型，再根据设备的类型取得相应设备的详细信息。在网络拓扑发现的过程中会根据网络的不同层次进行分层，如第三层为网络层的拓扑发现，具体指路由器与子网及其连接关系；又如，第二层的拓扑发现，具体指网桥、交换机等链路层设备及其连接关系。

在现有技术中，针对无线接入点（Wireless Access Point，WAP）的网络拓扑图是都是单层级的，在该网络拓扑图中看到的信息非常有限，例如，只能看到某个楼层平面部署的无线WAP拓扑图等。在实际应用中，往往会有上万个甚至更多的无线AP部署在城市的各个地点，如若不能实现对WAP更加全面的管理，那么无论是从具体部署还是实际配置及后期的维护，都是一个不可忽视的工作量。

1 云AC技术

随着无线局域网的普及，网络运维人员对无线网络的管理提出了新的需求，需要一个无线局域网平台能对WLAN的分布式部署实现集中化管理。当WLAN出现故障后，网络运维人员能够快速定位问题，就需要在无线局域网控制平台的管理界面上直观地显示网络拓扑图（见图1），包含无线接入点的位置节点信息、网络参数信息和无线射频信息。传统的瘦AP+AC架构，由于缺乏行业标准与协议，无线控制器的兼容性非常有限，往往需要搭配特定厂商的无线接入点设备才能使用。无线控制器的优点是功能强大，系统的稳定性较好，但同时也存在着许多不足：

（1）安装、运行和维护较为复杂，一般用户使用和掌握较为困难；（2）硬件设备费用高，为了避免单点故障，又要增加一台冗余备份，花费更多的费用；（3）跨区域操作困难，不同厂商的AP、不同区域位置的网络需要不同的无线控制器去管理。

图1 传统无线局域网架构

基于上述原因，业界推出通用化云计算平台上实现软件化的AC控制器功能，以取代传统的瘦AP+AC架构中的AC控制器。通过软件化的云AC对无线AP实施集中式管理，保证无线接入点的可控性和可见性。云AC架构提供网络实时监控与性能优化、网络安全防护等功能，具有较好的可靠性和可扩展性。在任何时间任何地点通过网页界面管理网络，界面包含了所部署的无线局域网的主要内容，提供了方便易用的配置较为复杂的内容。什么是云AC?如何进行云部署？云部署的特点是什么？所谓云AC并不是说将AC放置在互联网上配置个公网IP就是云AC了。云AC概念相当于在原有AC的基础上，增加了它集中控制的能力和强大的软件处理能力，以及它和网络接续的能力，具体架构如图2所示。

图2 云AC的无线局域网架构

由此可见，云AC并不是说在互联网上仅仅部署一台AC那么简单，它应该是一个AC的集群。同时还需要配套的AP也能够支持，当AP同其中一个AC之间的链接中断之后能够快速地切换到另一个备用的AC设备上，以保证无线业务的不间断。

2 多层级网络拓扑结构

本文提出了一种基于云控制器的多层级网络拓扑结构，能够实现对无线AP多层级网络拓扑图自动生成，提高工作效率的同时大大节约了人力成本。

云AC与多个无线接入点连接，云AC根据每个无线接入点上报的位置节点信息、网络参数信息以及射频参数信息，自动生成位置节点拓扑图、网络逻辑拓扑图和无线信道覆盖拓扑图，进而得到多层级网络拓扑图。

（1）位置节点信息包括：无线接入点对应设备的设备信息和该无线接入点对应设备所处的位置信息；（2）网络参数信息包括：无线接入点对应设备的设备信息、无线接入点对应设备的IP地址信息及虚拟局域网信息；（3）射频参数信息包括：无线接入点对应设备的设备信息、服务集标识符名称（Service Set Identifier，SSID）、该无线接入点对应设备的无线信道、无线发射功率以及无线信道频段。

位置节点信息具体包括：无线接入点对应设备的设备信息（如设备名称、设备ID号、设备MAC地址、设备序列号等能够用来唯一标识无线接入点对应设备的信息）和无线接入点对应设备所处的位置信息（如该无线接入点对应设备所处区域、大楼号、楼层坐标等能够标识该无线接入点对应设备所处位置的信息）。网络参数信息包括：无线接入点对应设备的设备信息（如设备名称等信息）、无线接入点对应设备的IP地址信息及虚拟局域网信息。射频参数信息包括：无线接入点对应设备的设备信息（如设备ID号等信息）、服务集标识符名称、该无线接入点对应设备的无线信道、无线信道功率以及无线信道频段（一般为2.4 GHz或者5 GHz）。

3 结语

云AC的直接价值是网络虚拟化。多层级网络拓扑结构的实现对于“无线城市”的应用起到了至关重要的作用。其中，作为无线局域网的载体—无线接入点，在大规模、分布式部署中如何做到集中管理，需要直观的网络结构拓扑图。本文提出的多层级结构可以很好地解决目前的无线局域网管理中遇到故障难以定位的问题。

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[3]丁天文.云AC成发展趋势：3～5年可大规模应用[EB/OL].（2016-11-10）[2011-10-08].http://www.china-cloud.com/yunjishu/ yunyingyong/20111008_6089.html.

Research on multi-layer topology of wireless local area network

Zhang Juan
（Shanghai JiaoTong University, Shanghai 200030, China）

This paper introduces the concept of network topology and principle of network topology discovery. Also, this paper analyzes development and application scenarios of cloud AC technology, and multi-layer network topology structure is proposed based on technology, which includes position node topology, logical network topology and wireless channel overlay topology.

topology; cloud AC; wireless access point

张娟（1989— ），女，陕西渭南，硕士研究生；研究方向：信息安全。