文章目錄

• 1. 802.11管理功能--使用者接入過程
• 1.1 802.11管理功能--掃描(SCAN)
• 1.2  802.11管理功能-- 認證(Authentication)
• 1.3 802.11管理功能-- 關聯(Association)
• 2. 802.11相關協議
• 3. 802.11幀格式
• 3.1 802.11 MAC Header（MAC頭）
• 3.1.1 Frame Control（幀控制域）
• 3.1.2 Duration/ID（持續時間/標識）
• 3.1.3 Address（地址域）
• 3.1.4 Sequence Control（序列控制域）
• 3.2 Frame Body（幀體部分）
• 3.3 FCS（校驗域）
• 3.4 地址格式
• 4. WLAN拓撲結構
• 4.1 IBSS-無AP
• 4.2 BSS-有AP
• 4.3 ESS-有AP和DS
• 5. 802.11幀型別
• 5.1 管理幀 (Management Frame)
• 5.2 控制幀 (Control Frame)
• 5.3 資料幀 (Data Frame)

1. 802.11管理功能–使用者接入過程

      STA (工作站）啟動初始化、開始正式使用、AP 傳送資料幀之前，要經過三個階段才能接入:

      (1) 掃描(SCAN) 
      (2) 認證(Authentication) 

      (3) 關聯(Association) 

1.1 802.11管理功能–掃描(SCAN)

      1)  若無線站點 STA 設成 Ad-hoc (無AP)模式：

         STA先尋找是否已有 IBSS（與STA所屬相同的SSID）存在，如有，則參加（join）；若無, 則會自己建立一個IBSS，等其他站來 join。 

      2) 若無線站點 STA 設成 Infrastructure (有AP)模式：

           --主動掃描方式 (特點：能迅速找到)

              •依次在每個通道上傳送Probe request報文，從Probe Response中獲取BSS的基本資訊， Probe Response包含的資訊和Beacon幀類似

           -- 被動掃描方式 (特點：找到時間較長，但STA節電)              

              • 通過偵聽AP定期傳送的Beacon幀來發現網路， Beacon幀中包含該AP所屬的BSS的基本資訊以及AP的基本能力級，包括： BSSID（AP的MAC地址）、 SSID、支援的速率、支援的認證方式，加密演算法、 Beacons幀傳送間隔，使用的通道等               • 當未發現包含期望的SSID的BSS時，STA可以工作於IBSS狀態

1.2  802.11管理功能-- 認證(Authentication)

       802.11支援兩種基本的認證方式:         • Open-system Authentication           1) 等同於不需要認證，沒有任何安全防護能力           2) 通過其他方式來保證使用者接入網路的安全性，例如Address filter、使用者報文中的SSID
      • Shared－Key Authentication          1) 採用WEP加密演算法          2) Attacker可以通過監聽AP傳送的明文Challenge text和STA回覆的密文Challenge text計算出WEP KEY
      另外， STA可以通過Deauthentication來終結認證關係。

1.3 802.11管理功能-- 關聯(Association)

     1) Association

         • STA通過Association和一個AP建立關聯，後續的資料報文的收發只能和建立Association關係的AP進行      2) Reassociation          • STA在從一個老的AP移動到新AP時通過Reassociation和新AP建立關聯          • Reassociation前必須經歷Authentication過程      3) Deassociation          • STA通過Deassociation和AP解除關聯關係

2. 802.11相關協議

3. 802.11幀格式

3.1 802.11 MAC Header（MAC頭）

     • Frame Control（幀控制域）

     • Duration/ID（持續時間/標識）

     • Address（地址域）

     • Sequence Control（序列控制域）

3.1.1 Frame Control（幀控制域）

     • Protocol Version（協議版本）：通常為0；
     • Type（型別域）和Subtype（子型別域）：共同指出幀的型別；
     • To DS：表明該幀是BSS向DS傳送的幀；
     • From DS：表明該幀是DS向BSS傳送的幀；
     • More Frag：用於說明長幀被分段的情況，是否還有其它的幀；
     • Retry（重傳域）：用於幀的重傳，接收STA利用該域消除重傳幀；
     • Pwr Mgt（能量管理域）：1：STA處於power_save模式；0：處於active模式；
     • More Data（更多資料域）：1：至少還有一個數據幀要傳送給STA ；
     • Protected Frame： 1：幀體部分包含被金鑰套處理過的資料；否則：0；
     • Order（序號域）：1：長幀分段傳送採用嚴格編號方式；否則：0。

3.1.2 Duration/ID（持續時間/標識）

     表明該幀和它的確認幀將會佔用通道多長時間；對於幀控制域子型別為：Power Save-Poll的幀，該域表示了STA的連線身份（AID, Association Indentification）。

3.1.3 Address（地址域）

       Address（地址域）：源地址（SA）、目的地址（DA）、傳輸工作站地址（TA）、接收工作站地址（RA），SA與DA必不可少，後兩個只對跨BSS的通訊有用，而目的地址可以為單播地址（Unicast address）、多播地址（Multicast address）、廣播地址（Broadcast address）。

3.1.4 Sequence Control（序列控制域）

      Sequence Control（序列控制域）：由代表MSDU（MAC Server Data Unit）或者MMSDU（MAC Management Server Data Unit）的12位序列號（Sequence Number）和表示MSDU和MMSDU的每一個片段的編號的4位片段號組成（Fragment Number）。

3.2 Frame Body（幀體部分）

    包含資訊根據幀的型別有所不同，主要封裝的是上層的資料單元，長度為0~2312個位元組，可以推出，802.11幀最大長度為：2346個位元組；

3.3 FCS（校驗域）

    包含32位迴圈冗餘碼。

3.4 地址格式

1) 方案一：

     A和B 在同一個IBSS，A->B (Ad hoc無線自組網中的資料幀的地址格式)。

2) 方案二：

    從AP發出的無線資料幀中的地址格式。

3) 方案三：

    發到AP的無線資料幀中的地址格式。

4) 方案四：

    通過無線分佈系統傳輸的無線資料幀中的地址格式。

4. WLAN拓撲結構

WLAN有以下三種網路拓撲結構：

     1) 獨立基本服務集(Independent BSS, IBSS)網路(也叫ad-hoc網路)；

     2) 基本服務集(Basic Service Set, BSS)網路；

     3) 擴充套件服務集(Extent Service Set, ESS)網路。

    其各自的特點如下所示：

4.1 IBSS-無AP

也叫Ad Hoc 網(無線自組網):IBSS (Independent BSS，獨立基本服務集)，無AP，站點間直接通訊。

4.2 BSS-有AP

又名Infrastructured網(基礎設施網)：有AP(Access Point, 接入點)，無線站點通訊首先要經過AP。

4.3 ESS-有AP和DS

    ESS:屬 Infrastructured 網 ( DS:分配系統，AP：接入點， SSID：ESS擴充套件服務集識別符號。一個移動節點使用某 ESS 的 SSID 加入到該擴充套件服務集中，一旦加入ESS，移動節點便可實現從該ESS的一個BSS到另一個BSS的漫遊)

5. 802.11幀型別

    針對幀的不同功能，可將802.11中的MAC幀細分為以下3類：

    • 資料幀：用於在競爭期和非競爭期傳輸資料；

    • 控制幀：用於競爭期間的握手通訊和正向確認(RTS通道預約、CTS預約成功、ACK等)、結束非競爭期等，為資料幀的傳送提供輔助功能；

    • 管理幀：主要用於STA與AP之間協商、關係的控制，如關聯、認證、同步等。

     Frame Control（幀控制域）中的Type（型別域）和Subtype（子型別域）共同指出幀的型別，當Type的B3B2位為00時，該幀為管理幀；為01時，該幀為控制幀；為10時，該幀為資料幀。而Subtype進一步判斷幀型別，如管理幀裡頭細分為關聯和認證幀

5.1 管理幀 (Management Frame)

Type	SubType	FrameType
00	0000	Association request (連線請求)
00	0001	Association response (連線響應)
00	0010	Reassociation request（重連線請求）
00	0011	Reassociation response（重連線聯響應）
00	0100	Probe request（探測請求）
00	0101	Probe response（探測響應）
00	1000	Beacon（信標，被動掃描時AP 發出，notify）
00	1001	ATIM（通知傳輸指示訊息）
00	1010	Disassociation（解除連線，notify）
00	1011	Authentication（身份驗證）
00	1100	Deauthentication（解除認證，notify）
00	1101～1111	Reserved（保留，未使用）

    ATIM：Announcement Traffic Indication Message，ATIM僅在ATIM視窗期間傳送，ATIM沒有負載。

5.2 控制幀 (Control Frame)

Type	Subtype	Frametype
01	1010	Power Save（PS）- Poll（省電－輪詢）
01	1011	RTS（請求傳送，即: Request To Send ，預約通道，幀長20位元組）
01	1100	CTS（清除傳送，即:Clear To Send ，同意預約，幀長14位元組）
01	1101	ACK（確認）
01	1110	CF-End（無競爭週期結束）
01	1111	CF-End（無競爭週期結束）＋CF-ACK（無競爭週期確認）

     RTS和CTS用於通道預約，CF-End+CF_ACK和ACK用於確認正確接收到幀。

    1) ACK幀

5.3 資料幀 (Data Frame)

Type	Subtype	Frametype
10	0000	Data（資料）
10	0001	Data+CF-ACK
10	0010	Data+CF-Poll
10	0011	Data+CF-ACK+CF-Poll
10	0100	Null data（無資料：未傳送資料）
10	0101	CF-ACK（未傳送資料）
10	0110	CF-Poll（未傳送資料）
10	0111	Data+CF-ACK+CF-Poll
10	1000	Qos Data
10	1001	Qos Data + CF-ACK
10	1010	Qos Data + CF-Poll
10	1011	Qos Data + CF-ACK+ CF-Poll
10	1100	QoS Null（未傳送資料）
10	1101	QoS CF-ACK（未傳送資料）
10	1110	QoS CF-Poll（未傳送資料）
10	1111	QoS CF-ACK+ CF-Poll（未傳送資料）