WLAN的應用與技術標準的完善之間形成了良好的互動，本文從當前用戶業務需求重點關注的帶寬、無線安全、WLAN集中管理等方面，介紹IETF和IEEE在相關領域的進展，重點介紹11n，802.11i，WAPI，CAPWAP等標準。同時，介紹業界廠商對于這些標準的支持與創新。
概述WLAN技術所具有的移動性、便捷性、較高的帶寬等特點，以及大規模的產業化和低成本等諸多優勢，使WLAN市場能夠短短數年內得到了大規范發展。今天從家庭娛樂終端、移動便攜、手機終端到企業各種應用，WLAN應用的身影無處不在。據統計，2008年全球銷售了3億8千多萬顆WLAN芯片，較2007年增長了26%。巨大的增長讓業界在期待著WLAN芯片銷售能夠在不遠的將來達到驚人的每年10億顆。
WLAN產業蓬勃發展和WLAN技術標準不斷完善形成了良好的互動。WLAN技術標準主要由IEEE 802.11工作組負責制定。第一個802.11協議標準誕生于1997年并于1999年完成修訂。隨著WLAN早期協議暴露的安全缺陷，由于用戶應用不斷地呼喚著更高的吞吐，以及企業等應用對可管理性的要求，IEEE 802.11工作組陸續地推出了802.11a、802.11b、802.11ｇ、802.11i、802.11e、802.11n、802.11k等大量標準。此外，IETF的CAPWAP工作組還制定了無線AP的相關管理標準。
我們可以從無線安全、吞吐提高、可管理等方面對WLAN相關標準的發展進行如下分類：
• 無線吞吐提高
從傳統的11a/b/g發展到最新的11n標準，物理層最高吞吐從54Mbps提高到了600Mbps。
• 實現無線安全
為了解決802.11標準中WEP等安全機制的缺陷，IEEE 802.11i工作組提出了802.11i標準。此外，中國制定了WAPI標準，目前正在申請成為國際標準。無論802.11i還是WAPI，都是為了保障用戶無線數據的安全。802.11協議報文（管理報文）也是安全的重要環節，IEEE 802.11w工作組負責制定管理報文安全。
• 提高無線可管理性
WLAN大規模部署、Voice Over WLAN等需求對無線資源和無線終端管理提出了更高要求，為此IEEE 成立了802.11k和802.11v工作組。此外，為了簡化大量AP設備部署時的操作成本，IETF成立了CAPWAP工作組以制定相關標準。
• 其它標準
為了滿足Voice Over WLAN等業務對Qos、快速漫游的要求,IEEE成立了802.11e、802.11r工作組。為了標準化基于WLAN的mesh網絡技術，IEEE成立了802.11s工作組。
談到IEEE 802.11工作組的相關標準，就必然談到Wi-Fi聯盟。IEEE 802.11主要關注的是技術標準和協議接口，并沒有限制協議的具體實現，所以即使各廠家基于相同協議標準開發，仍然存在互通風險。802.11標準的產品化、產業化需要一個組織來推動，產品互通性需要一個組織來認證，這些需求促進了Wi-Fi聯盟的誕生。Wi-Fi聯盟參考IEEE 802.11標準制定了大量認證標準。比如，參考802.11i協議，Wi-Fi聯盟制定了WPA/WPA2認證標準；參考802.11e協議，制定了WMM認證標準。Wi-Fi聯盟的存在極大地推動了WLAN產業化。
標準組簡介本文將重點介紹IETF CAPWAP工作組、802.11n、802.11i、WAPI等協議標準。
1. IETF CAPWAP工作組在企業中大量部署AP時，對這些AP升級軟件、設置發射功率等管理工作將給用戶帶來很高的操作成本。2002年左右，WLAN在企業等應用發展出現了新的趨勢：瘦AP架構。即通過無線控制器（AC）來管理多個AP，AP和AC間采用某種隧道協議進行通訊，無線接入報文的處理在AP和AC間分擔實現。而傳統的AP由于在一個AP上實現了所有無線接入等功能，所以被稱為胖AP(FAT AP)。
圖1：瘦AP架構 為了解決隧道協議不兼容問題造成的A廠家的AP和B廠家的AC無法進行互通，IETF在2005年成立了CAPWAP工作組以標準化AP和AC間的隧道協議。該協議主要功能包括了：AP自動發現AC，AC對AP進行安全認證，AP從AC獲取軟件映像，AP從AC獲得初始和動態配置等。此外，系統可以支持本地數據轉發和集中數據轉發。瘦AP架構讓AC具有了對整個WLAN網絡的完整視圖，為無線漫游、無線資源管理等業務功能的實現提供了基礎。
作為隧道協議的一個重要設計目標，它希望能夠承載多種無線接入技術，如802.11和802.16。所以工作組協議包括了兩部分：CAPWAP協議和無線binding協議。CAPWAP協議（RFC5415，2009年4月發布）作為通用隧道協議，完成了AP發現AC等基本協議功能，和具體的無線接入技術無關。目前工作組只提供了802.11的binding協議（RFC5416，2009年4月發布），以支持802.11網絡的配置管理功能。
目前，包括H3C在內的多個廠家已經將支持CAPWAP相關協議列入產品下一步開發計劃。H3C的技術專家作為第一作者起草了CAPWAP協議的MIB草案和802.11 binding協議的MIB草案。創新地提出了虛擬無線口的概念，實現了在瘦AP架構下完全可以重用IEEE 802.11工作組(包括802.16等)已有的面向胖AP架構的MIB標準，很好地促進了IEEE標準在瘦AP架構的演進。目前兩篇工作組草案處于WGLC階段，預計年內作為RFC發布。
2. IEEE 802.11n工作組隨著YouTube、無線家庭媒體網關、企業Voip Over WLAN等應用的不斷涌現，對WLAN技術提出了越來越高的帶寬要求，802.11a/b/g這些傳統技術已經無法支撐新的業務需求，IEEE 802.11工作組意識到支持高吞吐將是WLAN技術發展歷程的關鍵點�；贗EEE HTSG （High Throughput Study Group）前期的技術工作，于2003年成立了Task Group n (TGn)。N表示Next Generation，核心內容就是通過物理層和MAC層的優化來充分提高WLAN技術的吞吐。由于802.11n涉及了大量的復雜技術，標準過程中又涉及了大量的設備廠家，所以整個標準制定過程歷時漫長，預計2009年末才可能會成為標準。相關設備廠家早已無法耐心等待這么漫長的標準化周期，紛紛提前發布了各自的11n產品。為了確保這些產品的互通性，Wi-Fi聯盟基于IEEE 2007年發布的802.11n草案的2.0版本制定了11n產品認證規范，以幫助11n技術能夠快速產業化。
802.11n首要的任務是提高吞吐，通過結合物理層的多項技術，包括提供多條空間流(SDM)的MIMO技術來實現多條數據流并發、通過綁定兩個20MHz帶寬（即40MHz）來提高物理頻寬、采用了MIMO-OFDM并提供了更多的子載頻等，從而將物理層吞吐提高到300Mbps。如果僅僅提高物理層的速率，而沒有對空口訪問等MAC協議層的優化，802.11n的物理層優化將無從發揮，所以802.11n對MAC采用了Block確認、幀聚合等技術，大大提高了MAC層的效率。
802.11n對用戶應用的另一個重要收益是無線覆蓋的改善。由于采用了多天線技術，無線信號（對應同一條空間流）將通過多條路徑從發送端到接收端，從而提供了分集效應。在接收端采用一定方法對多個天線收到信號進行處理，就可以明顯改善接收端的SNR，即使接受端較遠時，也能獲得較好的信號質量，從而間接提高了信號的覆蓋范圍。典型的技術包括了MRC等。
除了吞吐和覆蓋的改善，11n技術還有一個重要的功能就是要兼容傳統的802.11 a/b/g，以保護用戶已有的投資。
目前，Cisco、H3C和Aruba公司已經在全球率先發布了面向企業級和運營級市場的802.11n產品。
3. IEEE 802.11i工作組802.11標準定義了WEP安全機制，WEP本意是“等同有線的安全”。WEP采用RC4流加密算法，為避免加密key的重復使用，WEP引入了24位的IV。對于24位的IV, 5000個報文后就有50%的機率出現重復的IV。2001年8月，Scott Fluhrer, Itsik Mantin 和 Adi Shamir 公開了對WEP的分析報告，展示了完全可能在1分鐘內完成對WEP的破解。除了加密算法的瑕疵，WEP沒有提供出有效的密鑰管理機制，密鑰完全是靜態配置，非常不適合在企業等大規模部署場景。此外，WEP的共享密鑰認證機制也是漏洞百出。總之，WEP機制無論在加密強度、用戶認證、數據完整性和密鑰管理方面都存在這大量的安全漏洞。
面對諸多的WEP安全漏洞，IEEE 802.11在2002年迅速成立了802.11i工作組，以解決WEP的上述問題�？紤]到企業等規模部署應用需要擴展性很好的安全管理機制，工作組采用了802.1x、Radius體系來完成接入用戶的身份認證。無論802.1x還是Radius體系都早已廣泛部署并獲得了業界的認可，同時支持靈活的擴展，提供了EAP-TLS、EAP-TTLS、EAP-PEAP等大量認證方法來靈活滿足各種部署要求。所以，802.11i工作組只需要關注無線空口的安全，包括提高數據報文的加密強度、確保數據報文完整性、實現加密密鑰的動態協商。EAP認證過程既完成了用戶身份的認證，又協商出了Master key，基于后者可以計算出PMK。由于PMK只被WLAN終端和Radius server所知道，而802.11i的密鑰協商過程并不需要Radius Server參與，所以Radius Server需要將該PMK傳遞給WLAN設備。WLAN設備和WLAN終端通過交換隨機數等參數完成數據加密密鑰的動態協商，PMK被用于幫助密鑰協商，但是不在WLAN設備和WLAN終端之間傳遞（為了安全），整個過程由于涉及4次握手報文，所以一般稱為4次握手。4次握手結束后，將協商出用于單播密鑰加密的PTK和用于組播加密的GTK。PTK和GTK都是臨時的，滿足一定條件（如時間）就會重新動態協商。 對于數據加解密， 802.11i使用了AES-CCM和TKIP算法。
圖2：Radius和802.11i認證過程 考慮到家庭等用戶不需要部署Radius來完成用戶身份認證，所以802.11i還定義了預共享密鑰來讓用戶直接在WLAN設備和無線終端上配置PMK。此外，為了確保兼顧漫游的安全和快速性，802.11i還定義了key cache和預認證機制。
4. 中國WAPI標準針對WLAN安全問題，中國制定了自己的WLAN安全標準：WAPI。
與其他無線局域網安全機制（如802.11i）相比，WAPI主要的差別體現在以下幾個方面：
• 雙向身份鑒別
在WAPI安全體制下，無線客戶端和WLAN設備二者處于對等地位，二者身份的相互鑒別在公信的鑒別服務器控制下實現。雙向鑒別機制既可防止假冒的無線客戶端接入WLAN網絡，同時也可杜絕假冒的WLAN設備偽裝成合法的設備。而在其它安全體制下，只能實現WLAN設備對無線客戶端的單向鑒別，缺乏有效的WLAN設備身份鑒別手段。
• 數字證書身份憑證
WAPI 強制使用數字證書作為無線客戶端和WLAN設備的身份憑證。
WAPI基本架構上和802.11i采用的AAA架構類似，也包括了三個實體，即鑒別請求者系統（WLAN終端）、鑒別器系統（WLAN設備）和鑒別服務系統。
圖2：WAPI協議基本過程 詳細的協議過程，請參考作者的另一篇文章：《基于痩AP架構實現WAPI》
整個WAPI協議過程主要包括兩個階段：
• WLAN終端和WLAN設備把各自證書發給鑒別服務器，后者負責判斷證書的合法性；
• WLAN終端和WLAN設備通過報文交互，完成相互的身份認證和密鑰協商；
WAPI一直致力于標準的國際化，但是一直遭遇很大的阻力。在擱淺5年之后的2009年，我國提出的無線局域網安全技術標準WAPI有望獲國際認可，晉升國際標準。日前，WAPI產業聯盟宣布，WAPI已獲得國際標準組織ISO/IECJTC1/SC6的提案邀請，將作為獨立標準重新進入國際標準流程。此外，工信部已經明確：只要支持WAPI，具有WiFi功能的手機就可以獲得入網許可�？偟目磥恚琖API產業當前已經得到了很好的標準和政策支持。
為了推動WAPI的實際應用，H3C提出了WAPI Over EAP的WAPI部署方案，實現了WAPI和電信現有的Radius系統進行了很好地融合，節省了用戶單獨部署鑒別服務器的成本，簡化了管理，實現了802.11i和WAPI用戶的統一認證管理。
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