802.11幀結(jié)構(gòu)分析

1、802.11幀結(jié)構(gòu)分析1.802.11 介紹1.1 802.11 概述802.11協(xié)議組是國際電工電子工程學(xué)會 （IEEE）為無線局域網(wǎng)絡(luò)制定的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 最初制定的一個無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終 端的無線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到2Mbps雖然WI-FI使用了 802.11的媒體訪問控制層（MAC和物理層（PHY，但是兩者 并不完全一致。在以下標(biāo)準(zhǔn)中，使用最多的應(yīng)該是802.11n標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz頻段， 可達(dá)600Mbps （理論值）。IEEE 802.11是一個協(xié)議簇，主要包含以下規(guī)范：a.物理層規(guī)范：802.11b, 80

2、2.11a, 802.11g;b.增強型 MAC®規(guī)范：802.11i , 802.11r , 802.11h 等;c.高層協(xié)議規(guī)范：802.11f , 802.11n, 802.11p, 802.11s 等。802.11中定義了三種物理層規(guī)范，分別是：頻率跳變擴展頻譜（FHSS）PHY®范、直 接序列擴展頻譜（DSSS）PHYfi范和紅外線（IR）PHY規(guī)范，由于物理層的規(guī)范與無線信息 安全體系關(guān)系不大，故本文不對物理層做過多闡述。802.11同802.3 一樣，主要定義了 OSI模型中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的相關(guān)規(guī)范， 其中數(shù)據(jù)鏈路層又可分為 MACF層和LLC子層，802

3、.11與802.3的LLC子層統(tǒng)一由802.2 描述。1.2 802.11拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及服務(wù)類型WLANT以下三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：a.獨立基本服務(wù)集（Independent BSS, IBSS）網(wǎng)絡(luò)（也叫ad-hoc網(wǎng)絡(luò)）,如圖1所 示。b.基本服務(wù)集（Basic Service Set, BSS） 網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。c.擴展服務(wù)集（Extent Service Set, ESS） 網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。STA1STA2圖1STA1STA2AP圖2其中，ESS中白DS(分布式系統(tǒng))是一個抽象系統(tǒng),用來連接不同BSS的通信信道(通過路由服務(wù))，這樣就可以消除BSS中STA與STA之間直接傳輸距離受到物理設(shè)

4、備的 限制。根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以得出802.11的兩類服務(wù)：站點服務(wù)SS (每個STA都要有的服務(wù))：認(rèn)證(Authentication )、解除認(rèn)證 (Deauthentication)、加密(Privacy)、MSDU遞(MSDU delivery)；分布式系統(tǒng)服務(wù)DSS ( DS特有服務(wù))：關(guān)聯(lián)(Association)、解除關(guān)聯(lián) (Deassociation) 、分布(Distribution) 、集成(Integration )、重關(guān)聯(lián)(Ressociation) 。 2.幀結(jié)構(gòu)分析2.1幀格式概述無線中的數(shù)據(jù)傳播有如表格1所示的格式:PreamblePLCPMACUser DataCR

5、C表格1preamble是一個前導(dǎo)標(biāo)識，用于接收設(shè)備識別802.11。PLCFM中包含一些物理層白協(xié)議參數(shù)，顯然Preamble及PLC皿物理層的一些細(xì)MAC®處理的是幀數(shù)據(jù)，截取上圖中MACt開始的部分構(gòu)成MA顫格式如表格2所小。226662620-234244FrameControlDuraltion/IDAddress1Address2Address3SequenceControlAddress4QosControlFrameBodyFCSMAC Header表格2MAC Header（MAC頭）：Frame Control （幀控制域），Duration/ID （持續(xù)時間/

6、標(biāo)識），Address （地址域），Sequence Control （序列控制域）、QoSControl （服務(wù) 質(zhì)量控制）；FrameBody （幀體部分）：包含信息根據(jù)幀的類型有所不同，主要封裝的是上層的 數(shù)據(jù)單元，長度為02312個字節(jié)，可以推出，802.11幀最大長度為：2346個字節(jié)；FCS （校驗域）：包含32位循環(huán)冗余碼。3.2 MAC Header（1） Frame Control （幀控制域）格式如表格 3所示Bit :22411111111ProtocolVersonTypeSubtypeTo DSFromDSMoreFragRetryPwtMgtMoreDataProt

7、ectedFrameorderB0 B1B2 B3B4 B7B8B9B10B11B12B13B14B15表格3Protocol Version（協(xié)議版本）：通常為 0;Type （類型域）和Subtype （子類型域）：共同指出幀的類型；To DS:表明Ig幀是BSS向DS發(fā)送的幀；From DS:表明Ig幀是DS向BSS®送的幀；More Frag:用于說明長幀被分段的情況，是否還有其它的幀；Retry （重傳域）：用于幀的重傳，接收 STAM用該域消除重傳幀；Pwr Mgt （能量管理域）：為1: STA處于power_save模式，0:處于active 模式；More Data

8、 （更多數(shù)據(jù)域）：為1:至少還有一個數(shù)據(jù)幀要發(fā)送給 STA ;Protected Frame :為1:幀體部分包含被密鑰套處理過的數(shù)據(jù)；否則： 0;Order （序號域）：為1：長幀分段傳送采用嚴(yán)格編號方式；否則：0。（2） Duration/ID （持續(xù)時間/標(biāo)識）：表明該幀和它的確認(rèn)幀將會占用信道多長 時間；對于幀控制域子類型為：Power Save-Poll的幀，該域表示了 STA的連接身份（AID, Association Indentification ）;（3） 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D

9、A必不可少，后兩個只對跨BSS的通信有用，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 ）;（4） Sequence Control （序列控制域）：由代表 MSDUMAC Server Data Unit ） 或者 MMSD UMAC Management Server Data Unit ）的 12 位序列號（Sequence Numbe。 和表示MSDlf口 MMSDU每一個片段的編號的4位片段號組成（Fragment Number）。3.3 幀類型針對幀的不同功能，可將802.

10、11中的MAC：細(xì)分為以下3類：1）控制幀：用于競爭期間的握手通信和正向確認(rèn)、結(jié)束非競爭期等；2）管理幀：主要用于STA與AP之間協(xié)商、關(guān)系的控制，如關(guān)聯(lián)、認(rèn)證、同 步等；3）數(shù)據(jù)幀：用于在競爭期和非競爭期傳輸數(shù)據(jù)。FrameControl （幀控制域）中的Type （類型域）和Subtype （子類型域）共 同指出幀的類型，當(dāng)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，該幀為數(shù)據(jù)幀。而Subtype進(jìn)一步判斷幀類型，如管理幀里頭 細(xì)分為關(guān)聯(lián)和認(rèn)證幀，管理幀的幀格式（Management frameformat）如表格4所2266620-23124Frame

11、ControlDuraltionAddress1(DA)SABSSIDSequenceControlFrameBodyFCSMAC Header表格4在802.11中，比較重要的管理幀有：Beacon (notify)Probe (request and response)Authenticate (request and response)Associate (request and response)Reassociate (request and response)Dissassociate (notify)Deauthenticate (notify)其中，關(guān)聯(lián)、認(rèn)證中進(jìn)行相關(guān)安全參數(shù)

12、協(xié)商主要用到RSN IE數(shù)據(jù)幀(Data Header)幀格式如表格5所示。226662620-234244FrameControlDuraltion/IDAddress1Address2Address3SequenceControlAddress4QosControlFrameBodyFCSMAC Header表格53. 802.11 幀的抓取3.1 軟件的安裝(1) commView for WIFI是主要用于抓取無線網(wǎng)卡的軟件，用此軟件抓取 802.11 的數(shù)據(jù)包不需要相關(guān)配置，直接安裝完成即可抓取數(shù)據(jù)包。軟件安裝開始界面如圖4所示。WelcomeWelcome to the CommV

13、iew for WiFi Setup Wizard.The wizard will install Cornm'iew fcr '<7i Fi on yuLir computer.ft is strungty recommended that you 詞 all Wmcfows program? before nmning thi5 5etup programClick Cancel to quit Setup and then ciose ary 叩為yiou have nmning Qick Neat to continue with ths Setup progra

14、m.Next >CancelWARNING: This program is protected by copyright la.v and irrtemacionH tn&e(tks圖4(2)如圖5所示表示選取安裝標(biāo)準(zhǔn)模式。Select License TypeLicense TypeSelect licensing optionsTwo license "typmp& 號丫卻可卜但工如 CornrnVe什 for Wi R; S括n曲汨 and VoIP, IF you ane instaling an evahjatioc venior. please s

15、elect the apprcpfiate evaluartion rnode Depending % 皿 1r selection, the application features in oduation mode willcMiespondto one of the two license types'1 ITqIF 既。dm A1L features are 4vilable Etuidajrd 肛。*k： kll features wcept VqIF support ure avail ableYou can change your selection by running

16、 setup again ftrby purchaEing t2he license type of mur choice.c Back Next >Cancel圖5(3)如圖6所示顯示的是安裝路徑。(4)如圖7所示表示軟件安裝成功圖63.2 802.11驅(qū)動的安裝(1)如圖8所示表示安裝802.11網(wǎng)絡(luò)適配器驅(qū)動。Driver InallaticnDRIVER INSTALLATION GUIDECornmViV for iVlFi Is s tE for monitonngi wieles-E- 302/ 1 r-&t.vDrcs. Youi mmt a compat Ne

17、irelME- adapter to u.te thk produtcL In order to emm匕庵 the rnonftorriy 帕Mures cl your wirpfl&.s dddptef. >t?U will reed 帕 Uas th甘卬ikhI drivers thdl co-me 神改吊 Uiib piudiKtWhen C&TnmVw*Mr for WiFi it nor ninninq 甘叫wil b? abk? t門 ronrpcf 4nd u口Emumiriit子胃沛 門巾?由加>5工 hems cr tf&e poirrt

18、s, ms. it ntxmally dots. Wb&n CpmmiJie,A, for VifiFi is, Tunning, your adapter will be put in passiw. promkcuous monitoring nrHJde with p connectivrty.The lull0注"iq !5iiDpOile<l Mornjj山陽怔 111里1>15 hdHu been lound 的 your tDoipole,* BrgadcQm 8C2.11r 用格海(2)如圖9所示表示安裝插件成功。Driver Installati

19、onThe driver instalhtion hat been completed.Please resta rt the application.i Close !圖93.3 數(shù)據(jù)包的抓取使用這個軟件抓到的都是802.11的數(shù)據(jù)包，如圖10,圖11,圖12所示顯示的都 是數(shù)據(jù)包的具體信息。圖中位置1處，表示圖中左邊及其下面顯示的都是位置 1處的數(shù)據(jù)包的信息，信息 中包含的有數(shù)據(jù)包的類型，數(shù)據(jù)包的大小，數(shù)據(jù)包的抓取時間等等，最重要的是位置2處顯示了此包在802.11中的詳細(xì)信息，比如協(xié)議版本，幀是BBS向DS發(fā)送的幀，重傳 幀，能量管理域，類型域，目的地址，源地址等等各種詳細(xì)信息。圖中位置

20、3處顯示的是數(shù)據(jù)幀中的具體數(shù)據(jù)信息。如圖10所示，又t位置3處的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行具體分析，位置 3處顯示的是十六進(jìn)制的 數(shù)據(jù)信息，這是一個 74位信息的數(shù)據(jù)幀。Protocol Version,Type,Subtype的數(shù)據(jù)信息就是前8位數(shù)據(jù)(08 02 00 00 ),位置a顯示的是目的主機地址，位置 b處顯示 的是BSSID的信息，位置c處顯示的是源地址。圖11、圖12所示的不同于圖10所示 的數(shù)據(jù)幀類型，但是分析方法大同小異。-'J上皿£DC IMS*皿 5“2 bMhki M rU£VCr*W Modoc ；M djiMdt 。L*Et 邛亡蟲為 firieles

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39、802委員會公布了一個稍有不同的標(biāo)準(zhǔn)集，其中802.3針對整個CSMA/CD絡(luò)，802.4針對令牌總線網(wǎng)絡(luò)，802.5針對令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)；此三種幀的通用部 分由802.2標(biāo)準(zhǔn)來定義，也就是我們熟悉的 802網(wǎng)絡(luò)共有的邏輯鏈路控制（LLC）。在TCP/IP世界中，以太網(wǎng)IP數(shù)據(jù)報文白封裝在 RFC894中定義，IEEE802.3網(wǎng)絡(luò) 的IP數(shù)據(jù)報文封裝在RFC 1042中定義。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：a.主機必須能發(fā)送和接收采用 RFC 894 （以太網(wǎng)）封裝格式的分組；b.主機應(yīng)該能接收 RFC 1042 （IEEE 802.3 ）封裝格式的分組；c.主機可以發(fā)送采用RFC 1042 （IEEE 802.3 ）

40、封裝格式的分組。如果主機能同時發(fā)送兩種類型的分組數(shù)據(jù)，那么發(fā)送的分組必須是可以設(shè)置的，而 且默認(rèn)條件下必須是RFC894 （以太網(wǎng)）。最常使用的封裝格式是 RFC894定義的格式， 俗稱Ethernet II 或者Ethernet DIX。下面，我們就以 Ethernet II 稱呼RFC 894定 義的以太幀，以IEEE802.3稱呼RFC 1042定義的以太幀。4.2 以太網(wǎng)幀格式在以太網(wǎng)鏈路上的數(shù)據(jù)包稱作以太幀。以太幀起始部分由前導(dǎo)碼和幀開始符組成。后面緊跟著一個以太網(wǎng)報頭，以MAC*址說明目的地址和源地址。幀的中部是該幀負(fù)載 的包含其他協(xié)議報頭的數(shù)據(jù)包（例如IP協(xié)議）。以太幀由一個32

41、位冗余校驗碼結(jié)尾。它 用于檢驗數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)損壞。來自線路的二進(jìn)制數(shù)據(jù)包稱作一個幀。從物理線路上看到的幀，除其他信息外，還可看到前導(dǎo)碼和幀開始符。任何物理硬件都會需要這些信息。以太幀有很多種類型。不同類型的幀具有不同的格式和 MTUfi。但在同種物理媒體 上都可同時存在。a.以太網(wǎng)第二版或者稱之為 Ethernet II 幀，DIX幀，是最常見的幀類型。并通 常直接被IP協(xié)議使用。b. Novell的非標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3幀變種。c. IEEE 802.2邏輯鏈路控制（LLC） 幀。d.子網(wǎng)接入?yún)f(xié)議（SNAP順。所有四種以太幀類型都可包含一個IEEE 802.1Q選項來確定它屬于哪個VL

42、AN以及 他的IEEE 802.1p優(yōu)先級（QoS）。這個封裝由IEEE 802.3ac定義并將幀大小從64字節(jié) 擴充到1522字節(jié)（注：不包含7個前導(dǎo)字節(jié)和1個字節(jié)的幀開始符以及12個幀間距字 節(jié)）。如表格6所示是802.3幀結(jié)構(gòu)Octets : 11664246-1500412前導(dǎo)碼幀開始符MACB標(biāo)地址MAO地址802.1Q 標(biāo)簽（可選）以太類型或 長度負(fù)載冗余校驗幀間距表格6前導(dǎo)碼和幀開始符：一個幀以7個字節(jié)的前導(dǎo)碼和1個字節(jié)的幀開始符作為幀的開報頭：包含源地址和目標(biāo)地址的 MAC*址，以太類型字段和可選的用于說明VLAN成員關(guān)系和傳輸優(yōu)先級的IEEE 802.1Q VLAN標(biāo)簽。幀校

43、驗碼：幀校驗碼是一個 32位循環(huán)冗余校驗碼，以便驗證幀數(shù)據(jù)是否被損壞。幀間距：當(dāng)一個幀發(fā)送出去之后，發(fā)送方在下次發(fā)送幀之前，需要再發(fā)送至少12個octet的空閑線路狀態(tài)碼。5.以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的抓取以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的抓取使用的軟件是 Wireshark ,之前已經(jīng)詳細(xì)學(xué)習(xí)了此款軟件，所 以這里關(guān)于軟件的介紹及安裝就不多做說明了。5.1 數(shù)據(jù)包的抓取及分析（1）如圖1所示表示是在軟件上選取抓取以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包圖13（2） Ethernet II幀結(jié)構(gòu)的分析。如圖14所示，這是一個60字節(jié)，小于最小幀64字節(jié)。前導(dǎo)碼（Preamble）的8 個字節(jié)已經(jīng)被去除，因而幀長是68字節(jié)。目的地址（Destinatio

44、n Address）為：ff . ff,源地址（Source Address ）為：b8 a3 1a;類型（Type）為：0x0800,表示該幀封裝類型是IP協(xié)議。數(shù)據(jù)（Data）為：00 01 . 01 01,因為長度低于46個字節(jié)，該數(shù)據(jù)段自動填充了一段字符。該幀沒有幀校驗序列（ FSC ,可能是抓到 包時校驗序列已經(jīng)被底層去除。J. U JMU J J UV 3&. B JL U !_r a LJ JLfJ J-Ft HL a JVm J. UUrri t UZ i J H1 P hit i ” m r - a 11rIB?6. 50117000 42.62. 30.185192

45、.1fiS.G. 16STCP60 60*2411 flCKj 三晶=1 Ark=266 h1HSft. )01984002. 62. jO.lKfi192.ItB. J.lbiICPbO EQ-291J ALK b也白-1kiso£ 531XGG00 42.G2.301S8163.0.165HTTP787 HTTP/1.1 2DO OKhr«l>IPQ6. 531M 900192. Ifi 8. D. 16 542.»2«30.1&8TCP54 2913 £0 ACK £cq-52J Ack-23in6. 545966

46、00rtucpvC*54 5nlirit 5CTD：CTO： 0015?依 5998了“。-|_1心工。&*1：13ARP. MAO 罕li6.79986400 D-Lirln_3a :dl :1aBroadcast4RP60 15 at b8：a3:ati：38146 4 fihSisSUO d-l1 nkLn_3 S:dl:laeroad castARP0 vr -j ham 1&2,166. C.150? Tell1好k 弟¥加4D0O-Linkln_ja：dl：liieradcastARPbo 1166.0.1 is at b»

47、;：a3:M:196r . 07ia99D0O-LlrikLfl_5S：dl:lderoadcii.ARP6Q 出口192.1Ce,0.1307 74111打7*0A19?200192.16S. Q. 16542.S2.1Dl180TCPJ914-80 5VN 5fq-fl,l/ran也 1守2：6口 byrs on wlr讓 C48Q6。bytR：; taopured 148口 b1t±) un Inrerfaue dFtIwrrM»t ri, src: d-l inkrn_3fl ：(±1 ：!<, (b8: *1 ;S6:Brdl :ia) (HDst

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