802111MAC帧.ppt
IEEE 802.11介绍,1997年6月，IEEE推出了第一代无线局域网标准IEEE802.11。该标准定义了物理层和介质访问控制子层(MAC)的协议规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立可互操的作网络设备。,IEEE 802.11介绍,802.11定义了两种类型的设备，一种是工作站(STA)，通常是通过一台带有无线网卡的PC或笔记本；另一个为无线接入点(Access Point, AP)，它的作用是提供无线站之间的转发、无线和有线网络之间的桥接。 802.11定义了两种基本的组网模式： -基础结构模式（Infrastructure BSS）； -独立模式（Ad Hoc模式或IBSS）；,两种基本的组网模式,独立模式,两种基本的组网模式,基础结构模式,AP,DS,802.11基本网络拓扑,扩展服务集（ESS),AP,AP,BSS1,BSS2,802.11介质的访问,CSMA/CA 为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地争用信道，无线局域网中采用了与以太网CSMA/CD相类似的CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)协议。,802.11介质的访问,CSMA/CA同时采用的两种方式来对信道进行监测： -物理载波监听 -虚拟载波监听 物理载波监听取决于物理层使用的媒介和调制方式，考虑到实现成本的问题，厂家一般采用虚拟载波监听的方式。,802.11介质的访问,虚拟载波监听 NAV (Network Allocation Vector): NAV相当于一个定时器，用来指定预计要占用的媒介时间。 只要NAV的值不为零，就代表媒介处于忙碌状态；当NAV为零时，则显示媒介处于空闲状态，可以使用。,802.11介质的访问,RTS/CTS 用于解决无线局域网中的隐藏终端问题,A发送数据到B C无检测不到A的存在，也同时发送数据到B,802.11介质的访问,RTS/CTS 解决隐藏终端问题,RTS Request to send 发送请求,CTS Clear to send 清除发送,CTS,DATA,ACK 确认,A要发送给B,好，A发送，其他停止发送,数据发送完毕,B接收正确，返回ACK确认,802.11介质的访问,MAC访问模式 -DCF(分布式协调功能) 提供竞争服务。发送数据之前，工作站会检查无线链路是否处于空闲状态，若不空闲，则会随机为每个帧选定一段规避时间来避免冲突发生 -PCF(控制点协调功能) 提供无竞争服务。处于此服务中的工作站只需经过一段较短的时间间隔就可传送帧,802.11介质的访问,帧间间隔 Short帧间间隔：SIFS PCF帧间间隔：PIFS DCF帧间间隔：DIFS,Time,Busy,SIFS,PIFS,DIFS,Contention Window,802.11介质的访问,多个STA通过DCF访问介质,DIFS,STA 1,STA 2,STA 3,STA 4,Frame,Defer,Defer,Defer,Frame,Frame,Contention Window,Contention Window,Contention Window,Frame,802.11介质的访问,帧的分段 所需传送的帧分段阈值时，就需要分段来传送。,RTS,CTS,Fragment 0,ACK0,Fragment 1,ACK1,.,.,Time,802.11帧结构,802.11MAC层的帧结构,Frame Control,2,Duration/ID,Address 1,Address 2,Address 3,Seq-ctl,Address 4,Frame Body,FCS,2,6,6,6,2,6,0-2312,4,Protocol,Type=data,Sub type,To Ds,From Ds,More Frag,Retry,Pwr Mgmt,More Data,Protected Frame,order,2,2,4,1,1,1,1,1,1,1,1,byte,bit,802.11帧结构,Frame Control 帧控制字段， 2个字节。这个字段主要是一些帧收发时候的控制信息。 Duration/ID:持续时间/标志: 2个字节。多数情况下，该字段被用来设定NAV。,802.11帧结构,Address字段：地址字段包含不同类型的MAC地址，地址的类型取决于发送帧的类型。这些48位的地址有如下不同的用途： 基本服务集标识（BSSID） 来源地址（SA:发送数据包的MAC实体的地址） 目的地址（DA:数据报的最终地址） 接收地址（RA:接收帧的AP地址） 发送地址（TA：发送帧的AP地址）,802.11帧结构,根据ToDs和FromDs的值地址字段的变化,To Ds,From Ds,Address 1,Address 2,Address 3,Address 4,0,1,1,0,0,0,1,1,DA,BSSID,DA,RA,SA,SA,BSSID,TA,BSSID,DA,SA,DA,N/A,N/A,N/A,SA,Function,To AP,IBSS,From AP,WDS,802.11帧结构,Sequence Control（顺序控制）：2字节，由4位的片段编号（Fragment Number）和12位的顺序编号（Sequence Number）组成，原来重组帧片段以及丢弃重复帧。 Frame Body: 帧主体，该字段内容封装的是上层的数据单元，长度从0-2312个字节，可以看出，802.11真的最大长度为2346个字节。,802.11帧结构,控制帧 控制帧主要用于协助数据帧的传递，所有控制帧都使用相同的Frame Control 字段：,Protocol,Type=data,Sub type,To Ds,From Ds,More Frag,Retry,Pwr Mgmt,More Data,Protected Frame,2,2,4,1,1,1,1,1,1,1,1,Order,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,不同的控制帧由不同的Subtype区分,几种常见的控制帧,Frame Control,Duration,Receiver Address,Transmitter Address,FCS,2,2,6,6,4,Frame Control,Duration,Receiver Address,FCS,2,2,6,4,CTS：Subtype字段为1100,RTS：Subtype字段为1011,Frame Control,Duration,Receiver Address,FCS,2,2,6,4,CTS：Subtype字段为1101,802.11帧结构,管理帧 管理帧负责在工作站和AP之间建立初始的通信，提供认证和连接服务，包括了连接请求/响应、轮询请求/响应、Beacon帧等。,Frame Control,2,Duration,DA,SA,BSSID,Seq-ctl,Frame Body,FCS,2,6,6,6,2,0-2312,4,802.11帧结构,几种重要的管理帧 Beacon（信标）帧 Beacon帧主要来声明网络的存在。定期传送的信标可让移动式工作站得知该网络的存在， 从而调整加入该网络所必需的参数 基础结构网络中，接入点负责传送Beacon帧 IBSS网络中，工作站轮流送出Beacon帧,802.11帧结构,Probe Request 帧 工作站通过Probe Request 帧来扫描所在区域内的802.11网络 Probe Response 帧 若Probe Request 帧探查的网络与之兼容，该网络就会回复Probe Response 帧给予响应,802.11帧结构,Disassociation 帧与Deauthentication 帧 Disassociation （取消关联）帧用来终结一段关联关系，而Deauthentication（解除身份验证）帧则用来终结一段认证关系,802.11帧结构,Association Request 帧 一旦工作站找到兼容网络并且通过身份验证，便会发送Association Request（关联请求） 帧以试图加入网络 Reassociation Request 帧 位于相同ESS中，当在不同的BSS之间移动的工作站若要再次使用分布式系统（DS），必需与网络重新关联，区别于关联请求帧的是：它包含工作站当前所关联的接入点地址,802.11帧结构,Association Response 帧与Reassociation Response 帧 当工作站试图连接接入点时，接入点会回复一个Association Response 帧或Reassociation Response 帧，响应过程中，接入点会指定一个Association ID（关联标识符） Authentication 帧 工作站通过共享密钥以及Authentication 帧进行身份验证,有线等效加密协议（WEP）,Header,Payload,CRC,Payload,ICV,RC4,Secret Key,IV,Header,IV,Key Number,Payload,ICV,IV,Key Number,802.11管理操作,扫描 使用网络之前，必须找出网络的存在，在无线领域中，工作站要加入任何兼容网络之前必须先经过一番识别工作，在所在区域内识别现有网络的过程称为扫描,802.11管理操作,扫描过程中会用到的几个参数 BSSType：指定网络属于IBSS、基础结构或是同时搜索两者 BSSID：工作站可以扫描所要加入的特定网络，也可扫描允许它加入的所有网络 SSID：原来指定某个ESS的位字符串，这些字符串通常被设定为人们易于识别的网络名称,802.11管理操作,ScanType： 主动扫描会主动传送Probe Request帧以识别该区域的网络 被动扫描则是被动聆听Beacon帧以节省电力 ChannelList：进行扫描时，工作站通过指定所要尝试的信道列表来对某个信道进行探测或聆听,802.11管理操作,ProbeDelay：主动探测某个信道时，为了避免一直等不到Probe Response 帧而设定的延时定时器，以微妙为单位 MinChannelTime与MaxChannelTime：指在扫描每个特定信道时所使用的最小与最大的时间量,开放系统身份验证,AP,1：From source (identity) Authentication algorithm -0(open system) Sequence number-1,2：Authentication algorithm -0(open system) Sequence number-2 Status code,共享密钥身份验证,AP,1：From source (identity) Authentication algorithm -1(shared key) Sequence number-1,4：Authentication algorithm -1(shared key) Sequence number-4 Status code,2：Authentication algorithm -1(shared key) Sequence number-2 Status code-0(successful) Challenge test (clear),3：Authentication algorithm -1(shared key) Sequence number-3 Challenge test,预先身份验证,AP,AP,BSS1,BSS2,关联过程,AP,1:Association request,3:Traffic,2:Association response “here is your association ID”,重新关联,1:Reassociation request “My old AP was”,2:Reassociation response “I am your new AP, and here is your new association ID.”,3:(Optional) “Here are some frames buffered from you old AP,基础结构网络电源管理,AP,PS-Poll,Time,Frame 1，more data,ACK,PS-Poll,Frame 1，more data,ACK,
