80211帧结构分析Word文档下载推荐.docx
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2.帧结构分析
2.1帧格式概述
无线中的数据传播有如表格1所示的格式：
Preamble
PLCP
MAC
UserData
CRC
表格1
preamble是一个前导标识，用于接收设备识别802.11。
PLCP域中包含一些物理层的协议参数，显然Preamble及PLCP是物理层的一些细节。
MAC层处理的是帧数据，截取上图中MAC头开始的部分构成MAC帧格式如表格2所示。
2
6
0-23424
4
Frame
Control
Duraltion/ID
Address1
Address2
Address3
Sequence
Address4
Qos
Body
FCS
MACHeader
表格2
MACHeader（MAC头）：
FrameControl（帧控制域），Duration/ID（持续时间/标识），Address（地址域），SequenceControl（序列控制域）、QoSControl（服务质量控制）；
FrameBody（帧体部分）：
包含信息根据帧的类型有所不同，主要封装的是上层的数据单元，长度为0~2312个字节，可以推出，802.11帧最大长度为：
2346个字节；
FCS（校验域）：
包含32位循环冗余码。
3.2MACHeader
（1）FrameControl（帧控制域）格式如表格3所示。
Bit:
1
Protocol
Verson
Type
Subtype
ToDS
From
DS
More
Frag
Retry
Pwt
Mgt
Data
Protected
order
B0B1
B2B3
B4B7
B8
B9
B10
B11
B12
B13
B14
B15
表格3
●ProtocolVersion（协议版本）：
通常为0；
●Type（类型域）和Subtype（子类型域）：
共同指出帧的类型；
●ToDS：
表明该帧是BSS向DS发送的帧；
●FromDS：
表明该帧是DS向BSS发送的帧；
●MoreFrag：
用于说明长帧被分段的情况，是否还有其它的帧；
●Retry（重传域）：
用于帧的重传，接收STA利用该域消除重传帧；
●PwrMgt（能量管理域）：
为1：
STA处于power_save模式，0：
处于active模式；
●MoreData（更多数据域）：
至少还有一个数据帧要发送给STA；
●ProtectedFrame：
帧体部分包含被密钥套处理过的数据；
否则：
0；
●Order（序号域）：
长帧分段传送采用严格编号方式；
0。
（2）Duration/ID（持续时间/标识）：
表明该帧和它的确认帧将会占用信道多长时间；
对于帧控制域子类型为：
PowerSave-Poll的帧，该域表示了STA的连接身份（AID,AssociationIndentification）；
（3）Address（地址域）：
源地址（SA）、目的地址（DA）、传输工作站地址（TA）、接收工作站地址（RA），SA与DA必不可少，后两个只对跨BSS的通信有用，而目的地址可以为单播地址（Unicastaddress）、多播地址（Multicastaddress）、广播地址（Broadcastaddress）；
（4）SequenceControl（序列控制域）：
由代表MSDU（MACServerDataUnit）或者MMSDU（MACManagementServerDataUnit）的12位序列号（SequenceNumber）和表示MSDU和MMSDU的每一个片段的编号的4位片段号组成（FragmentNumber）。
3.3帧类型
针对帧的不同功能，可将802.11中的MAC帧细分为以下3类：
1）控制帧：
用于竞争期间的握手通信和正向确认、结束非竞争期等；
2）管理帧：
主要用于STA与AP之间协商、关系的控制，如关联、认证、同步等；
3）数据帧：
用于在竞争期和非竞争期传输数据。
FrameControl（帧控制域）中的Type（类型域）和Subtype（子类型域）共同指出帧的类型，当Type的B3B2位为00时，该帧为管理帧；
为01时，该帧为控制帧；
为10时，该帧为数据帧。
而Subtype进一步判断帧类型，如管理帧里头细分为关联和认证帧，管理帧的帧格式（Managementframeformat）如表格4所示。
0-2312
Duraltion
（DA）
SA
BSSID
表格4
在802.11中，比较重要的管理帧有：
◆Beacon（notify）
◆Probe（requestandresponse）
◆Authenticate（requestandresponse）
◆Associate（requestandresponse）
◆Reassociate（requestandresponse）
◆Dissassociate（notify）
◆Deauthenticate（notify）
其中，关联、认证中进行相关安全参数协商主要用到RSNIE。
数据帧（DataHeader）帧格式如表格5所示。
表格5
3.802.11帧的抓取
3.1软件的安装
（1）commViewforWIFI是主要用于抓取无线网卡的软件，用此软件抓取802.11的数据包不需要相关配置，直接安装完成即可抓取数据包。
软件安装开始界面如图4所示。
图4
（2）如图5所示表示选取安装标准模式。
图5
（3）如图6所示显示的是安装路径。
图6
（4）如图7所示表示软件安装成功。
图7
3.2802.11驱动的安装
（1）如图8所示表示安装802.11网络适配器驱动。
图8
（2）如图9所示表示安装插件成功。
图9
3.3数据包的抓取
使用这个软件抓到的都是802.11的数据包，如图10，图11，图12所示显示的都是数据包的具体信息。
图中位置1处，表示图中左边及其下面显示的都是位置1处的数据包的信息，信息中包含的有数据包的类型，数据包的大小，数据包的抓取时间等等，最重要的是位置2处显示了此包在802.11中的详细信息，比如协议版本，帧是BBS向DS发送的帧，重传帧，能量管理域，类型域，目的地址，源地址等等各种详细信息。
图中位置3处显示的是数据帧中的具体数据信息。
如图10所示，对位置3处的数据帧进行具体分析，位置3处显示的是十六进制的数据信息，这是一个74位信息的数据帧。
ProtocolVersion,Type,Subtype的数据信息就是前8位数据（[08020000]），位置a显示的是目的主机地址，位置b处显示的是BSSID的信息，位置c处显示的是源地址。
图11、图12所示的不同于图10所示的数据帧类型，但是分析方法大同小异。
图10
图11
图12
4.以太网帧结构的分析
4.1以太网介绍
以太网这个术语通常是指由DEC，Intel和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准，它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术，它采用一种称作CSMA/CD的媒体接入方法。
几年后，IEEE802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3针对整个CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络，802.5针对令牌环网络；
此三种帧的通用部分由802.2标准来定义，也就是我们熟悉的802网络共有的逻辑链路控制（LLC）。
在TCP/IP世界中，以太网IP数据报文的封装在RFC894中定义，IEEE802.3网络的IP数据报文封装在RFC1042中定义。
标准规定：
a.主机必须能发送和接收采用RFC894（以太网）封装格式的分组；
b.主机应该能接收RFC1042（IEEE802.3）封装格式的分组；
c.主机可以发送采用RFC1042（IEEE802.3）封装格式的分组。
如果主机能同时发送两种类型的分组数据，那么发送的分组必须是可以设置的，而且默认条件下必须是RFC894（以太网）。
最常使用的封装格式是RFC894定义的格式，俗称EthernetII或者EthernetDIX。
下面，我们就以EthernetII称呼RFC894定义的以太帧，以IEEE802.3称呼RFC1042定义的以太帧。
4.2以太网帧格式
在以太网链路上的数据包称作以太帧。
以太帧起始部分由前导码和帧开始符组成。
后面紧跟着一个以太网报头，以MAC地址说明目的地址和源地址。
帧的中部是该帧负载的包含其他协议报头的数据包（例如IP协议）。
以太帧由一个32位冗余校验码结尾。
它用于检验数据传输是否出现损坏。
来自线路的二进制数据包称作一个帧。
从物理线路上看到的帧，除其他信息外，还可看到前导码和帧开始符。
任何物理硬件都会需要这些信息。
以太帧有很多种类型。
不同类型的帧具有不同的格式和MTU值。
但在同种物理媒体上都可同时存在。
a.以太网第二版或者称之为EthernetII帧，DIX帧，是最常见的帧类型。
并通常直接被IP协议使用。
b.Novell的非标准IEEE802.3帧变种。
c.IEEE802.2逻辑链路控制（LLC）帧。
d.子网接入协议（SNAP）帧。
所有四种以太帧类型都可包含一个IEEE802.1Q选项来确定它属于哪个VLAN以及他的IEEE802.1p优先级（QoS）。
这个封装由IEEE802.3ac定义并将帧大小从64字节扩充到1522字节（注：
不包含7个前导字节和1个字节的帧开始符以及12个帧间距字节）。
如表格6所示是802.3帧结构。
Octets：
46-1500
12
前导码
帧开始符
MAC目标地址
MAC源地址
802.1Q标签（可选）
以太类型或长度
负载
冗余校验
帧间距
表格6
前导码和帧开始符：
一个帧以7个字节的前导码和1个字节的帧开始符作为帧的开始。
报头：
包含源地址和目标地址的MAC地址，以太类型字段和可选的用于说明VLAN成员关系和传输优先级的IEEE802.1QVLAN标签。
帧校验码：
帧校验码是一个32位循环冗余校验码，以便验证帧数据是否被损坏。
帧间距：
当一个帧发送出去之后，发送方在下次发送帧之前，需要再发送至少12个octet的空闲线路状态码。
5.以太网数据包的抓取
以太网数据包的抓取使用的软件是Wireshark，之前已经详细学习了此款软件，所以这里关于软件的介绍及安装就不多做说明了。
5.1数据包的抓取及分析
（1）如图1所示表示是在软件上选取抓取以太网数据包。
图13
（2）EthernetII帧结构的分析。
如图14所示，这是一个60字节，小于最小帧64字节。
前导码（Preamble）的8个字节已经被去除，因而帧长是68字节。
目的地址（DestinationAddress）为：
[ff...ff]，源地址（SourceAddress）为：
[b8a3...1a]；
类型（Type）为：
[0x0800]，表示该帧封装类型是IP协议。
数据（Data）为：
[0001...0101]，因为长度低于46个字节，该数据段自动填充了一段字符。
该帧没有帧校验序列（FSC），可能是抓到包时校验序列已经被底层去除。
图14
6.802.11和以太网对比
6.1802.11与以太网传输的对比
窗体顶端
802.3是总线网协议，802.11是无线网络协议。
他们只是对网络架构的定义。
用不同的访问方法，与访问介质。
但是传输数据的帧，也就是传输层与网络层协议基本一致。
都是TCP/IP/UDP协议。
如表格7所示是IEEE802.11标准；
表格8所示是千兆以太网标准。
IEEE802.11标准
标准
数据速率
802.11b
最高11Mb/s,可降低为5.5Mb/s,2Mb/s,1Mb/s
802.11a
物理层速率为54Mb/s
802.11g
最高可达54Mb/s
802.11n
提高到300Mb/s,最高可达600Mb/s
表格7
千兆以太网标准
名称
传输距离
1000Base-LX
多模光纤为550米，单模光线为3000米
1000Base-CX
屏蔽双绞线25米
1000Base-SX
多模光纤550米
1000Base-ZX
在平常的的单模光线链路可达70千米，使用收费的单模光线可达100千米
1000Base-FX
多模光纤412米
表格8
6.2802.11与以太网帧的对比
（1）802.11帧要使用4个mac地址。
接口侦听并接收线缆上的以太网帧，主要是检查以太网帧的目的MAC地址，如果目标MAC地址和自身的MAC地址匹配则接受并处理，否则丢弃。
（2）802.3以太网采用数据通信方法是CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）载波侦听多路访问／冲突检测。
802.11无线局域网采用数据通信方法是CSMA/CA（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，CSMA/CA）载波侦听多路访问／冲突避免。
（3）802.11帧与802.3相对比，除了共有的目的地址和源地址，还有第三个地址，这个地址是ap的中继点。
指明远程端点。
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