IPv6 WLAN组网技术和网络部署

张宇华 中国信息通信研究院技术与标准研究所工程师

陈云柯 中国信息通信研究院技术与标准研究所工程师

尹华瑛 中国信息通信研究院科技发展部工程师

1 引言

在IPv6网络中，终端获取地址的方式可分为无状态和有状态。状态指服务器是否维护客户端IPv6地址信息的状态机，不维护则称为无状态方式，否则称为有状态方式。通过DHCPv6获取地址称为有状态方式（Stateful Address Autoconfiguration），通过ND协议获取地址称为无状态方式（Stateless Address Autoconfiguration，SLAAC）。

1.1 无状态方式

无状态地址获取方式使用ND（Neighbor Discovery）协议中的RS（Router Solicitation，路由器请求）和RA（Router Advertisement，路由器应答）进行报文交互，路由器收到客户端发送的RS报文后，回应RA报文，报文包含如下内容：

（1）标记支持的自动配置类型（包括地址配置M标记、其他信息配置O标记）。

（2）一个或多个链路前缀以及链路前缀的生命周期。

（3）与客户端相关的其它配置信息，如跳数限制、客户端发起的报文能够使用的最大MTU等。

（4）客户端收到RA报文后，若RA报文中地址配置M标记为0，并且RA报文中携带了正确的链路前缀，则客户端使用该前缀和接口ID生成全球单播地址，完成无状态地址配置。

1.2 有状态方式

在RS和RA报文交互中，若地址配置M标记为0，其他配置信息O标记为1，表示需要客户端使用有状态的方式获取除地址外的其他配置信息；若路由器在RA报文中设置M为1、O为1，表示需要客户端使用有状态的方式获取地址和其他配置信息。

有状态信息配置（M=0，O=1）通过两步交互完成除地址外其他配置信息的配置：

（1）客户端收到RA后，向DHCPv6服务器发送Information-Request报文获取DNS等配置信息。

（2）DHCPv服务器根据报文中客户端请求的配置信息（如DNS信息）响应Reply报文。

有状态地址配置（M=1，O=1）通过4步交互完成地址和信息的配置，客户端收到M值为1的RA报文后，发起DHCPv6报文交互：

（1）客户端首先发送Soliciate消息查询DHCPv6服务器，报文的目的地址为特定组播地址。请求中带有ClientDUID、IA_NA、RapidCommit（当有此选项时，流程可执行两步交互）等选项。

（2）DHCPv6服务器收到并检查消息合法后，则回应Advertise报文，报文中带有Server DUID、Client DUID、IA_NA、IAAddress（包括地址、有效生命周期）、DNS、Preference等选项。

（3）如果客户端收到多个Advertise，则根据优先级选择一个DHCPv6服务器，并向该服务器发送Request请求。

（4）DHCPv6服务器回应Reply，申请地址交互过程结束。

2 WLAN接入场景承载模式

WLAN接入场景组网结构如图1所示。

2.1 双栈WLAN接入场景

●AP发起和AC之间建立基于IPv4的CAPWAP隧道，IPv4和IPv6的报文都通过该隧道承载。

●用户业务报文经终端进行以太网封装后经无线空口802.1a/g/n转发至AP。

●AP将报文增加业务VLAN并放入CAPWAP隧道，封装CAPWAP头，经LAN口送往MxU设备。

●MxU设备增加内层VLAN和GEM报头送往接入网络设备OLT。

●OLT去掉GEM头和Eth报头后，将MxU添加的VLAN替换为QinQ VLAN，然后通过二层转发送至BRAS。

●BRAS剥离QinQVLAN，根据CAPWAP外层隧道的三层IP转发至AC。

●AC终结CAPWAP隧道，去除业务VLAN，通过三层IP将报文转发至城域IP网络。

●CR及以上设备根据IP进行三层转发。

2.2 IPv6单栈WLAN接入场景

●AP发起和AC之间建立基于IPv4的CAPWAP隧道，IPv4和IPv6的报文都通过该隧道承载。

●用户业务报文经终端进行以太网封装后经无线空口802.1a/g/n转发至AP。

●AP在报文中加入业务VLAN，放入CAPWAP隧道，封装CAPWAP头，经LAN口送往MxU设备。MxU设备增加内层VLAN和GEM报头后送往接入网络设备OLT。OLT去掉GEM头和Eth报头后，将MxU添加的VLAN替换为QinQVLAN，然后通过二层转发送至BRAS。

●BRAS剥离QinQVLAN，根据CAPWAP外层隧道的三层IP转发至AC。

●AC终结CAPWAP隧道，去除业务VLAN，通过三层IP将报文转发至城域IP网络。对于去往IPv4业务网站的报文，需通过IPv6转发到NAT64，NAT64转换协议地址后通过IPv4访问Internet；对于去往IPv6业务网站的报文直接转发。

●CR及以上设备根据IP进行三层转发。

3 IPv6 WLAN网络部署及网元功能介绍

3.1 AC具备WLAN用户管理功能

网络中各网元涉及IPv6的功能要点列举如下，重点描述涉及IPv6或双栈部分。

图1 WLAN接入场景组网结构

3.1.1 终端

终端支持IPv4/IPv6协议栈，支持通过DHCPv4、DHCPv6、ND等协议获取IPv4/IPv6地址。支持采用IPv4/IPv6访问网页，完成Portal认证，支持802.1x认证方式。

3.1.2 AP

（1）支持 IPv4/IPv6协议栈，可通过 DHCPv4、DHCPv6获取IPv4/IPv6地址。支持多种发现方式发现AC，并同AC建立IPv4/IPv6的CAPWAP隧道。

●静态配置方式：AP静态配置AC的IPv4或IPv6地址。

●DHCP发现方式：DHCPv4采用Option43、DHCPv6采用Option52携带AC地址。

●DNS发现方式：AP通过DHCPv4/DHCPv6流程获取域名及DNSv4/DNSv6服务器地址，相应地发起IPv4或IPv6的域名获取AC地址。

●广播方式：AP发送广播DISCOVER报文（IPv4，目的地址为255.255.255.255）、组播DISCOVER报文（IPv6，目的地址为FF0X::18C），发现本网络内的AC。

（2）隧道转发模式下支持将终端IPv4/IPv6报文封装在CAPWAP隧道中进行转发。直接转发模式下支持终端IPv4/IPv6报文由AP直接转发。

3.1.3 接入网设备

（1）当采用集中转发模式时

●如果AP/AC间建立IPv4的CAPWAP隧道，AP和AC间的传输设备只需支持IPv4即可。终端业务报文（IPv4或IPv6）将通过IPv4的CAPWAP隧道传递。

●如果AP/AC间建立IPv6的CAPWAP隧道，AP和AC间的传输设备则需支持IPv4/IPv6双栈（或IPv6。IPv6部署初期，只支持IPv6单栈设备应该较少）。

（2）当采用本地转发模式时

终端业务报文（IPv4或IPv6）不再进行CAPWAP封装并由AP直接进行转发，因此AP和AC间的传输设备需支持IPv4/IPv6双栈（三层组网时，中间传输设备还需支持DHCPv6RELAY功能）。

3.1.4 核心网侧

（1）AC支持双栈，支持将终端IPv4/IPv6报文封装在CAPWAP隧道中进行转发，支持IPv4/IPv6报文网络侧转发。支持DHCPv4/DHCPv6Server功能，由AC完成AP、终端的地址分配（IPv4和IPv6）。由AC作为认证点、计费点，完成IPv6单栈用户、IPv4/IPv6双栈用户认证、计费功能等。

Portal认证方式下，支持根据终端的HTTP请求的IP版本（IPv4或IPv6）构造IPv4或IPv6的重定向URL，重定向终端至对应IP版本的Portal页面。

支持与Portal Server采用IPv4或IPv6对接承载Portal协议，支持Portal协议对IPv6用户的扩展。

支持与AAA采用IPv4或IPv6对接承载Radius协议，支持对IPv6用户的Radius扩展属性。支持用户IPv4认证（Portal认证、802.1x认证等）成功后同时对IPv6业务的权限。支持IPv6用户的计费上报。

（2）Portal服务器支持与AC采用IPv4或IPv6对接承载Portal协议，支持Portal协议对IPv6用户的扩展。支持向IPv6用户推送IPv6Portal页面。

（3）AAA服务器支持与AC采用IPv4或IPv6对接承载Radius协议，支持对IPv6用户的Radius扩展属性。支持对IPv6的管理和认证，支持通过IPv4认证后同时向用户IPv6地址的授权。支持对IPv6地址的计费。

（4）DNS64设备针对IPv4站点DNS解析，支持A记录到AAAA记录的转换（生成IPv4向对应的IPv6地址）；NAT64设备IPv6终端访问IPv4节点时，完成IPv6到IPv4的双向地址转换，配合支持IPv6单栈用户访问IPv4站点。

3.2 AC不具备WLAN用户管理功能

网络中各网元涉及IPv6的功能要点列举如下：

（1）终端、AP、接入网、DNS64、NAT64

功能要求同3.1节描述。

（2）AC

AC支持双栈，支持将终端IPv4/IPv6报文封装在CAPWAP隧道中进行转发，支持IPv4/IPv6报文网络侧转发。支持DHCPv4/DHCPv6Server功能，由AC完成AP的地址分配（IPv4和IPv6）。在802.1x认证方式时，由AC作为认证点、BRAS启动RADIUSPROXY功能，完成IPv6单栈用户、IPv4/IPv6双栈用户认证。

（3）BRAS

当AC不具备WLAN用户管理功能时，一般配合BRAS设备组网。BRAS支持双栈，支持DHCPv4/DHCPv6 Server功能，完成终端的地址分配（IPv4和IPv6）。由BRAS对WLAN用户进行管理，完成IPv6单栈用户、IPv4/IPv6双栈用户认证、计费功能等。

Portal认证方式下，支持根据终端的HTTP请求的IP版本（IPv4或IPv6）构造IPv4或IPv6的重定向URL，重定向终端至对应IP版本的Portal页面。

支持与Portal Server采用IPv4或IPv6对接承载Portal协议，支持Portal协议对IPv6用户的扩展。

支持与AAA采用IPv4或IPv6对接承载Radius协议，支持对IPv6用户的Radius扩展属性。支持用户IPv4认证（Portal认证、802.1x认证等）成功后同时对IPv6业务的权限。支持IPv6用户的计费上报。支持RadiusProxy功能，配合AC完成802.1x认证方式下的用户认证。

4 IPv6 WLAN网络业务流程

4.1 AP上线过程

●AP发起DHCPv4请求以从AC设备获取IPv4地址，中间的BRAS开启DHCPRelay功能。

●AC设备通过Option43携带自己的IPv4地址信息，告知AP设备所属的AC设备地址信息。

●AP获取到IPv4地址后，主动发起和AC之间建立基于IPv4的CAPWAP隧道，完成上线流程。

4.2 终端地址、DNS等信息获取流程

当采用集中转发模式时，后续DHCP等消息均封装到CAPWAP报文中进行转发。

（1）终端获取IPv4地址：通过DHCPv4协议从AC获取IPv4地址以及IPv4的DNSServer信息。

（2）终端获取IPv6地址：终端根据RA消息中的M、O标志采用SLAAC或DHCPv6方式获取。

●当RA消息中M=0、O=1时，终端则需采用SLAAC方式获取地址：从RA中获得IPv6地址前缀后，同接口ID组合后生成自己的IPv6地址。其他配置信息（例如DNS服务器地址等）则需要通过DHCPv6流程获取。

●当RA消息中M=1、O=1时，终端则需采用DHCPv6方式获取地址及其他配置信息。

4.3 双栈终端IPv4 Portal认证流程

双栈终端IPv4Portal的认证流程如图2所示。

图2 双栈终端IPv4 Portal的认证流程

（1）终端通过AC获取到规划的IPv4/IPv6地址。

（2）终端采用IPv4访问网络，发起HTTP请求。双栈终端根据操作系统不同可能会优先选择IPv4或IPv6，例如WIN XP优先选择IPv4，WIN7优先选择IPv6。

（3）AC截获用户的HTTP请求，由于用户没有认证过，就强制到Portal服务器，并在重定向消息中加入PortalURL、UserIP、ACID等参数。由于终端采用了IPv4发起HTTP请求，因此UserIP填写IPv4地址。

（4）终端根据AC下发的重定向URL，向Portal Sever发起HTTP请求。

（5）Portal服务器向终端推送认证页面。

（6）用户在认证页面上填入帐号、密码等信息后提交到Portal服务器。

（7）Portal服务器向AC发起认证请求，消息中携带UserIP（用户的IPv4地址）等。

（8）AC向AAA服务器发送Access Request发起认证。

（9）AAA服务器认证通过后返回AccessAccept，并携带IPv4、IPv6相关属性。

（10）AC向Portal服务器返回认证通过。AC根据AAA的消息对用户IPv4、IPv6业务进行授权，开放网络访问权限。

（11）Portal服务器向用户推送认证结果页面。

（12）AC向AAA发起计费开始请求，AAA回应计费开始响应报文，用户上线完毕，开始上网（访问IPv4或IPv6网络）。

（13）在用户上网过程中，AC定时向AAA上报计费信息，包括用户流量信息（IPv4及IPv6）。用户下线时AC向AAA发计费结束报文，包括用户流量信息（IPv4及IPv6），RADIUS计费服务器回应AC的计费结束报文并生成CDR。

4.4 双栈/IPv6单栈终端IPv6 Portal认证流程

该流程与采用IPv4的Portal认证流程类似，要点如下：

（1）终端采用IPv6访问网络，发起HTTP请求。AC截获用户的HTTP请求，并在重定向消息中加入PortalURL、UserIP（用户的IPv6地址）、ACID等参数。

（2）Portal服务器向AC发送的请求中携带IPv6 UserIP。

（3）AAA在认证通过后，向AC下发IPv4、IPv6相关Radius属性。

（4）用户认证通过后，AC开放IPv4/IPv6业务访问权限。

（5）AC上报计费消息中包含IPv4/IPv6的流量计费信息。

4.5 DNS域名解析：双栈PC

（1）双栈PC终端不同的操作系统按照不同的顺序发送不同的DNSQuery请求。

（2）当DNSQuery是A资源记录时，DNS64服务器到DNSv4查询资源并将域名解析为IPv4地址。

（3）当DNSQuery是4A资源记录时，DNS64服务器到DNSv6查询资源并将域名解析为IPv6地址。

（4）无论Query是A资源还是4A资源，DNS64递归查询无资源记录时，均直接返回“NULL”给用户。

4.6 DNS域名解析：IPv6单栈手机

IPv6单栈手机：DNS域名解析流程如图3所示。

图3 IPv6单栈手机：DNS域名解析流程图

（1）IPv6单栈手机终端只发送IPv6的TypeAAAA请求。

（2）DNS64服务器首先到DNSv6查询资源信息，如在DNSv6查询到则将查询到的IPv6地址返回用户。

（3）DNS64服务器若从DNSv6查询不到则发起TypeA请求到DNSv4查询资源信息，如在DNSv4查询到则将查询到的IPv4地址加特定前缀封装为IPv6地址返回用户。

（4）如果从DNSv6和DNSv4均查询不到，则返回NULL信息给用户。

4.7 NAT64溯源

NAT64溯源流程如图4所示。

5 结束语

从上述分析可见，IPv6WLAN用户经过AP上线、终端地址/DNS信息获取、用户认证计费、DNS双栈解析等场景介绍，网络整体基本业务流程可用图5进行简单概括。

图4 NAT64溯源流程图

图5 WLAN业务简易流程图