9800 WLCでの802.11r/11k/11vの高速ローミングについて

はじめに

このドキュメントでは、ワイヤレスクライアントで高速ローミング方式をイネーブルまたはディセーブルにしたときのさまざまな結果について説明します。

前提条件 

要件

次の項目に関する知識があることが推奨されます。

• IEEE 802.11 WLAN の基本. 
• IEEE 802.11 WLAN のセキュリティ. 
• IEEE 802.1X/EAPの基本』を参照してください。 
• IEEE 802.11r BSS Fast Transitionの略。

使用するコンポーネント

このドキュメントの情報は、次のソフトウェアとハードウェアのバージョンに基づいています。

• Cisco Wireless 9800-LコントローラIOS® XE 17.9.4
• Cisco Catalyst 9130AXIシリーズアクセスポイント。 

このドキュメントの情報は、特定のラボ環境にあるデバイスに基づいて作成されました。このドキュメントで使用するすべてのデバイスは、クリアな（デフォルト）設定で作業を開始しています。本稼働中のネットワークでは、各コマンドによって起こる可能性がある影響を十分確認してください。

背景説明

このドキュメントでは、9800ワイヤレスコントローラでプロトコル802.11r、802.11v、および802.11kを有効にした場合の違いを理解するのに役立ちます。また、無効にした場合のクライアントへの影響についても説明します。

802.11r、802.11v、および802.11kは、すべて802.11ファミリのワイヤレスネットワークプロトコルの標準または改訂です。

802.11r：基本サービスセット間の高速移行により、クライアントがターゲットアクセスポイントにローミングする前でも新しいAPとの初期ハンドシェイクが実行される、新しい概念が導入されています。ビデオや常時ストリームモニタを使用するVoice over IP(VoIP)アプリケーションやリアルタイムストリームアプリケーションなど、中断のない接続が不可欠な環境で特に役立ちます。調整された802.11rネットワークでは、デバイスはアクセスポイント間をローミングでき、ネットワーク接続の大幅な中断やドロップは発生しません。

802.11k:ネイバーリストおよびAssisted Roam(Radio Resource Measurement)は、無線リソース管理の機能を利用して、ワイヤレスネットワークの全体的なパフォーマンスと信頼性を向上させます。アクセスポイントが無線環境に関する情報を収集して共有する場所で、利用可能な無線リソースを最適化します。この情報には、チャネルの使用状況、信号強度、干渉レベルなどが含まれます。クライアントデバイスはこの情報を使用して、接続先のAPに関して、より多くの情報に基づいた決定を下すことができます。その結果、ロードバランスが向上し、干渉が減少し、ネットワーク効率が向上します。

802.11v:ネットワークを利用した省電力機能で、クライアントのバッテリ駆動時間を延ばし、長時間のスリープを実現します。また、ワイヤレスネットワークの効率と管理を強化する方法にも焦点を当てています。これにより、クライアントのローミング時に、ネットワークインフラストラクチャとクライアントデバイス間の制御と調整が向上します。主な機能は、ネイバーレポート、サービスセットの移行、ロードバランシング、およびネットワーク支援による省電力です。これらの機能により、クライアントネットワークの検出、選択、およびモニタリングが強化されます。また、アクセスポイントは、クライアントデバイスがローミングの決定を行うのを待つのではなく、クライアントデバイスのローミングを促すことができます。

802.11rはAP間のシームレスな移行に重点を置いていますが、802.11vはネットワーク管理機能の強化を目指しています。802.11kは、パフォーマンスと信頼性を向上させるために無線リソースの使用率を最適化するように設計されています。

このドキュメントの一部の説明は、書籍『Cisco Catalyst 9800シリーズワイヤレスコントローラの概要とトラブルシューティング』の「第6章、802.11のローミング」のセクションに由来しています。 

高レベルのセキュリティローミング

SSIDが基本的な802.11オープンシステム認証に加えてL2高レベルセキュリティで設定されている場合、初期関連付けやクライアントのローミングにはより多くのフレームが必要です。802.11 WLAN用に標準化および実装されている最も一般的なセキュリティ方式は、次の2つです。

• WPA/WPA2/WPA3 Personal:PSKはクライアントの認証に使用されます。 
• WPA/WPA2/WPA3 Enterprise:Extensible Authentication Protocol(EAP)方式および802.1xを使用してワイヤレスクライアントを認証し、AAAサーバ経由でユーザクレデンシャル（ユーザ名とパスワード）、証明書、またはトークンを検証します。

このドキュメントでは、EAP-PEAPでWPA2 Enterprise WLANを使用して、IEEEプロトコル（802.11r、802.11k、および802.11v）の使用の違い、およびそれがワイヤレスローミングの試行にどのように影響するかを示します。 

高速ローミングのプロトコルがイネーブルになっているSSID（802.11r、802.11k、および802.11v）

デフォルトのWLAN設定では、すべてのプロトコルがデフォルトで有効になっています。ラボでは、ワイヤレスクライアントは9130台のアクセスポイント間のローミングを試みます。WLANのデフォルト設定があるため、つまり、802.11vと802.11kに加えて高速ローミングが有効になっているので、シームレスなローミングが期待できます。ローミングイベントの地上波OTAキャプチャの例を次に示します。

このローミングイベントのRAトレースを次に示します。

2023/09/19 21:54:25.912523930 {wncd_x_R0-0}{1}: [client-orch-sm] [15403]: (note): MAC: 62be.a38b.07c5 Re-Association received. BSSID 1416.9d7f.a22e, WLAN Roaming-Enabled, Slot 1 AP 1416.9d7f.a220, Rosalia-9130-1, old BSSID f01d.2d49.dacf
!--- Reassociation Request is received from the client. 

2023/09/19 21:54:25.912882280 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot11-validate] [15403]: (info): MAC: 62be.a38b.07c5 Dot11 validate dot11r pmkid. 11r PMKID match found
!--- Since 802.11r is enabled, WLC/AP were able to validate/use the PMKID 

802.11rが有効な場合、クライアントがターゲットアクセスポイントにローミングする前でも、新しいAPとの初期ハンドシェイクが実行されます。この概念は高速移行と呼ばれます。最初のハンドシェイクでは、クライアントとアクセスポイントが事前にPairwise Transient Key(PTK)計算を実行できます。これらのPTKキーは、クライアントが再関連付け要求に応答するか、新しいターゲットAPで交換に応答した後に、クライアントとアクセスポイントに適用されます。

2023/09/19 21:54:25.913247615 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot11] [15403]: (note): MAC: 62be.a38b.07c5 Association success. AID 2, Roaming = True, WGB = False, 11r = True, 11w = False Fast roam = True
!--- Reassociation Response is sent to the client. 

2023/09/19 21:53:59.692212232 {wncd_x_R0-0}{1}: [client-orch-state] [15403]: (note): MAC: 62be.a38b.07c5 Client state transition: S_CO_IP_LEARN_IN_PROGRESS -> S_CO_RUN
!--- Client took an IP address and moved to run state. 

高速ローミングのプロトコルが無効なSSID（802.11r、802.11k、および802.11v）

このシナリオでは、802.1x SSIDですべてのプロトコルが無効にされています。この場合、ワイヤレスクライアントがアクセスポイント間をローミングするたびにクライアントで完全な認証が発生します。次の図は、クライアントがEAP交換をスキップできなかったことを確認できる、無線での交換の例です。したがって、どの高速ローミング方式もイネーブルになっていないため、完全な再認証が行われました。 

Over-The-Airプロトコル無効

このローミングイベントのコントローラRAトレースの要約を次に示します。

2023/09/19 21:44:47.425575500 {wncd_x_R0-0}{1}: [client-orch-sm] [15403]: (note): MAC: a2ca.9de1.87c9 Re-Association received. BSSID 1416.9d7f.a22f, WLAN Roaming-Disabled, Slot 1 AP 1416.9d7f.a220, Rosalia-9130-1, old BSSID f01d.2d49.dace
!--- Reasscoiation Request is received from the client. 

2023/09/19 21:44:47.425980179 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot11-validate] [15403]: (ERR): MAC: a2ca.9de1.87c9 Failed to Dot11 validate dot11i pmkids. No matching pmkid for the pmk available in cache.
!--- Since none of the roam methods are enabled, WLC/AP could not find any PMKID available. 

2023/09/19 21:44:47.426252733 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot11] [15403]: (note): MAC: a2ca.9de1.87c9 Association success. AID 1, Roaming = True, WGB = False, 11r = False, 11w = False Fast roam = False
!--- Reasscoiation Response is sent to the client. 

2023/09/19 21:44:47.444466744 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] Sent EAPOL packet - Version : 3,EAPOL Type : EAP, Payload Length : 5, EAP-Type = Identity
2023/09/19 21:44:47.444469338 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] EAP Packet - REQUEST, ID : 0x1

2023/09/19 21:44:47.444481064 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] EAPOL packet sent to client
2023/09/19 21:44:47.471913767 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] Received EAPOL packet - Version : 1,EAPOL Type : EAP, Payload Length : 13, EAP-Type = Identity
2023/09/19 21:44:47.471916029 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] EAP Packet - RESPONSE, ID : 0x1

2023/09/19 21:44:47.475646582 {wncd_x_R0-0}{1}: [radius] [15403]: (info): RADIUS: Received from id 1812/103 10.201.234.195:0, Access-Challenge, len 129

2023/09/19 21:44:47.627108647 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] Sent EAPOL packet - Version : 3,EAPOL Type : EAP, Payload Length : 39, EAP-Type = PEAP

2023/09/19 21:44:47.627110791 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] EAP Packet - REQUEST, ID : 0x5c

2023/09/19 21:44:47.631319121 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] EAP Packet - RESPONSE, ID : 0x5c

2023/09/19 21:44:47.657492378 {wncd_x_R0-0}{1}: [radius] [15403]: (info): RADIUS: Received from id 1812/183 10.201.234.195:0, Access-Accept, len 297

2023/09/19 21:44:47.657840708 {wncd_x_R0-0}{1}: [dot1x] [15403]: (info): [a2ca.9de1.87c9:capwap_90000002] Received an EAP Success
!--- Full Reauthentication EAP exchange packets.

2023/09/19 21:44:47.658787303 {wncd_x_R0-0}{1}: [client-keymgmt] [15403]: (info): MAC: a2ca.9de1.87c9 EAP key M1 Sent successfully

2023/09/19 21:44:47.662831295 {wncd_x_R0-0}{1}: [client-keymgmt] [15403]: (info): MAC: a2ca.9de1.87c9 M2 Status: EAP key M2 validation success

2023/09/19 21:44:47.662931971 {wncd_x_R0-0}{1}: [client-keymgmt] [15403]: (info): MAC: a2ca.9de1.87c9 EAP key M3 Sent successfully

2023/09/19 21:44:47.665864464 {wncd_x_R0-0}{1}: [client-keymgmt] [15403]: (info): MAC: a2ca.9de1.87c9 M4 Status: EAP key M4 validation is successful
!--- 4-way handshake in order to compute the PTK/GTK keys. 

802.11kが有効なSSID

802.11k標準では、クライアントは、サービスセット内のローミングの適切な候補となるAPに関する情報が含まれているネイバーレポートを要求できます。これにより、クライアントが別のアクセスポイントへの移動を決定する前に、クライアントはパッシブまたはアクティブなRFスキャンを回避できます。C9800は、11k assisted roamiと呼ばれる機能をサポートしています。この機能は、802.11kクライアントに最適化されたネイバーリストを作成して配信します。802.11kネイバーリストはオンデマンドで生成され、WLCは囲まれたAPとの個々のクライアントRF関係を考慮するため、異なるAP上の2つのクライアントで異なる場合があります。

82.11kプロトコルをサポートしていないクライアントは、ネイバーリスト要求を送信しません。これにより、それらのクライアントを支援する予測最適化が可能になります。その結果、ネイバーリストがC9800のモバイルステーションソフトウェアデータ構造に保存されます。

クライアントは、ビーコンでRM機能情報要素(IE)をアドバタイズするアクセスポイントに関連付けられてからのみ、ネイバーリストの要求を送信します。次の図は、クライアントがアクセスポイントに関連付けられた後の802.11kアクションフレームの例です。 

Over-The-Airネイバーレポート

802.11vが有効なSSID

802.11v標準では、ワイヤレスネットワーク管理に次の2つの主要な拡張機能があります。

802.11v BSS移行管理フレームは、次の3つのシナリオで交換されます。 

1. 送信要求：新しいアクセスポイントへの移行前に、クライアントは802.11v BSS移行管理クエリを送信して、再関連付けするアクセスポイントのより適切なオプションを見つけ、クライアントが接続されている現在のAPは、ローミング先の候補アクセスポイントのリストを提供するBSS移行管理要求で応答することができます。

2. 非要請ロードバランス要求：APの過負荷を回避するために、APが同じコントローラ上のアクセスポイント間でクライアントのロードバランスを行えるようにする機能。クライアント数がAPに対して設定されているロードバランスしきい値を超えると、APとの関連付けを試行するすべての新しいクライアントは、ステータス17（APビジー）のアソシエーション応答で拒否されます。通常、拒否されたクライアントは、クライアントがアソシエーション拒否を取得した後でも、同じロード済みAPへのアソシエーションを試みます。これは、RSSIの観点からは、そのAPが最も適したオプションである場合です。たとえば、1つのAPでサービスを提供する会議室に40人のユーザがいるとします。802.11v BSS Transition Management(BSS)クエリを使用すると、APが代わりにローミング先の候補APのリストを送信する場合に、ロードバランス障害をより円滑に処理できます。 

3. 非要請の最適化されたローミング要求：ワイヤレスクライアントはRFをスキャンし、最も高い信号でAPにローミングすることが想定されます。ただし、一部のクライアントでは、ネイバーAPがより強い信号を提供する場合でも、関連付けられているAPと一緒にとどまるスティッキ動作が表示されます。これは、スティッキクライアントの問題と呼ばれます。この問題に対処するために、9800コントローラは、最適化ローミングと呼ばれる機能をサポートしています。この機能では、クライアントデータパケットおよびデータレートのRSSIが監視され、クライアントの関連付けが事前に解除されます。802.11v BSS遷移管理要求は、最適化されたローミングを強化します。このローミングは、クライアントに関連付けが間もなく解除されることを通知し、ローミング先のAPのリストを提供します。

APからクライアントに送信される802.11v BSS移行管理要求は、単なる推奨事項です。クライアントは提案を承認することも、廃棄することもできます。9800ワイヤレスコントローラには、Imminent Disassociationと呼ばれる設定オプションがあり、クライアントが定義された時間内に別のAPと再アソシエーションしない場合に、クライアントのアソシエーション解除を強制的に実行します。このコマンドは、特定のWLANプロファイルでbss-transition disassociation-imminentコマンドを使用したCLIからのみ設定できます。

関連情報

• 802.11r BSS高速移行
• 802.11kネイバーリストとAssisted Roaming
• 802.11v BSS
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