802.11标准及无线网运行模式

Posted 2021-01-10 -wenli

802.11标准

 

802.11标准介绍：

IEEE 802.11是现今无线局域网通用的标准，它是由国际电机电子工程学会(IEEE)所定义的无线网络通信的标准。
其中定义了媒体访问控制层(MAC层)和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种扩频作调制方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备可以自行构建临时网络，也可以在基站(Base Station, BS)或者接入点(Access Point，AP)的协调下通信。为了在不同的通讯环境下取得良好的通讯质量，采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access／Collision Avoidance)硬件沟通方式

注意：在这里Wi-Fi标准只是8.02.11标准的一种，Wi-Fi标准是建立在802.11标准上的

 

802.11协议标准的演变过程：

 

 

 

802.11

发布于1997年

速率1Mbps或2Mbps
红外线传输介质（未实现）
无线射频信号编码（调制）（radio frequencies）
-Direct-Sequence Spread-Spectrum (DSSS)-----直序扩频
-Frequency Hopping Spread-Spectrum (FHSS)-----跳频扩频
媒体访问方式-----CSMA/CA c=b+log2 (1+s/n) (载波侦听多路访问冲突避免)
-根据算法侦听一定时长
-发送数据前发包声明
Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS)

 

802.11b

Complementary Code Keying (CCK)-----补充代码键
5.5 and 11 Mbit/s
2.4GHz band (2.4GHz - 2.485GHz)
14个重叠的信道channels
每个信道22MHz宽带
只有三个完全不重叠的信道
美国 -1 to 11 (2.412 GHz - 2.462 GHz)
欧洲 -1 to 13 (2.412 GHz - 2.472 GHz)

日本 -1 to 14 (2.412 GHz - 2.482 GHz)
注意：相邻两个无线设备的信道不要重叠，以免造成影响

 

802.11a
与802.11b几乎同时发布
-因设备价格问题一直没有得到广泛使用?

使用5GHz宽带
-2.4GHz宽带干扰源多（微波、蓝牙、无绳电话）
-5HGz频率有更多宽带空间，可容纳更多不重叠的信道
-Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)信号调制方法
-正交频分复用技
更高速率54Mbps，每个信道20MHz宽带
变频
-5.15-5.35GHz室内
-5.7-5.8GHz室外

802.11G

2.4GHz
Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)信号调制方法?

与802.11a速率相同
可全局降速，向后兼容802.11b,并切换为CCK信号调制方法
每个信号20/22MHz宽带

 

802.11N

2.4或5 GHz频率
300Mbps最高600Mbps
Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)多进多出通信技术
多天线，多无线电波，独立收发信号
可以使用40MHz信道带宽是数据传输速率翻倍
全802.11n设备网络中，可以使用新报文格式，是速率达到最大

每个信道20/40MHz宽带

 

802.11协议族：

802委员会下第11组负责开发无线局域网标准
IEEE 802.1 1 The Original WLAN Standard- 1 Mbit/s and 2 Mbit/w,2.4GHz RF andIR

IEEE 802.11 a 54 Mbit/s,5 GHz

IEEE 802.11 b 802.11 Enhancements to Support 5.5 Mbit/s and 11 Mbit/s
IEEE 802.11 c Bridge Operation Procedure

IEEE 802.11 d International (Country to Country) Roaming Extensions
IEEE 802.11 e Quality of Service (Qos),Including Packet Bursting

IEEE 802.11 F Inter -Access Point Protocol

IEEE 802.11 g 54 Mbit/s,2.4 GHz

IEEE 802.11 h Spectrum Managed 802.11 a (5 GHz) for European Compatibility

IEEE 802.11 i Enhanced Security
IEEE 802.11 j Extensions for Japan
IEEE 802.11 k Radio Resource Measurement Enhancements

IEEE 802.11 n Higher Throughput Using Multiple Input,Multiple Ouput(MIMO) Antennas

IEEE 802.11 p Wireless Access for the Vehicular Environment (WAVE)

IEEE 802.11 r Fast BSS Transition (FT)

IEEE 802.11 s Mesh Networking,Extended Service Set (ESS)
IEEE 802.11 T Wireless Performance Prediction (WPP)

IEEE 802.11 u Internetworking with Non -802 Networks (i.e.:Cellular)

IEEE 802.11 v wrieless Network Management
IEEE 802.11 v wrieless Network Management
IEEE 802.11 w Protected Management Frames

IEEE 802.11 y 3650 - 3700 MHz Operation in the US
IEEE 802.11 z Direct Link Setup (DLS) Extensions

IEEE 802.11 zm Maintenance of the Standard

IEEE 802.11 aa Robust Streatming of Audio Video Transport Streams
IEEE 802.11 ac Very High Troughput < 6 GHz

IEEE 802.11 ad Very High Troughput, 60 GHz

IEEE 802.11 ae Qos Management

IEEE 802.11 af TV Whitespace

IEEE 802.11 ah SUb 1 GHz

IEEE 802.11 ai Fast Initial Link Setip

日常使用

IEEE 802.11 - The original WLAN standard
IEEE 802.11 a - UP to 54 Mbit/s on 5 GHz
IEEE 802.11 b - 5.5 Mbit/s and 11 Mbit/s? on 2.4 GHz

IEEE 802.11 g - Up to 54 Mbit/s on 2.4 GHz.Backward compatible with 802.11b
IEEE 802.11 i - Provides enhanced security
IEEE 802.11 n - Provides higher throughput with Multiple Input/Multiple Output (MIMO)

 

802.11帧类型介绍：

802.11标准定义三种帧类型：
数据帧（Data frame）
控制帧（Control frame）
管理帧 (Management frame）

帧类型是由头部帧控制，字段中的2字节类型（type）字段和4比特子类型（subtyep）字段标识，表明这三种帧都包含了多个实现不同功能的子类型

数据帧：
数据数据包的作用是用来携带更高层次的数据(如IP数据包，ISO7层协议)
发给客服端的数据或者客户端发送出去的数据都位于数据帧中。数据帧最多可以包含4个地址段，分别标识发送端、接受端、BSSID以及转发改数据帧的无线路线

 

控制帧：
控制帧的作用是获得对信道的控制并帮助设备通过信道传输数据。控制帧仅包含帧头信息，没有数据载荷。（管理帧负责监督，主要用来加入或退出无线网络，以及处理接入点之间连接的转移事宜）

控制: 控制数据包得名于术语"媒体接入控制(Media Access Control, MAC)"，是用来控制对共享媒体(即物理媒介，如光缆)的访问

1 请求发送(Request To Send，RTS)数据包
2 清除发送(Clear To Send，CTS)数据包

3 ACK确认(RTS/CTS)
4 PS-Poll: 当一部移动工作站从省电模式中苏醒，便会发送一个 PS-Poll 帧给基站，以取得任何暂存帧
控制帧通常与数据帧搭配使用，负责区域的清空、信道的取得以及载波监听的维护，并于收到数据时予以正面的应答，借此促进工作站间数据传输的可靠性

 

管理帧：管理帧负责监督，主要用来加入或退出无线网络，以及处理接入点之间连接的转移事宜

信标：AP以广播方式宣告BBS、BBS允许的数据速率。信标以每秒钟10次的频率发送BSA中的所有设备。

探测：无线设备可以向所处范围内的所有AP或指定AP发送探测请求帧 ，以要求AP提供它们的BBS信息。 探测BBS信息的过程称为主动扫描。

解除和认证帧：无线设备如果要加入某BBS，必须首先向AP发送一个认证请求帧。 如果无线设备希望离开以认证状态，那么就可与向AP发送解除认证帧

重点：AP也可以向无线设备发送解除认证帧，以强制设备离开认证状态！

管理: 管理数据包控制网络的管理功能

1 信标帧(Beacons): 在无线设备中，定时依次按指定间隔发送的有规律的无线信号(类似心跳包)，主要用于定位和同步使用

2 解除认证(Deauthentication)数据包

3 Probe(request and response)

4 Authenticate(request and response)

5 Associate(request and response)

6 Reassociate(request and response)

7 Dissassociate(notify)

 

 WLAN有以下三种网络拓扑结构:

1 独立基本服务集(Independent BSS, IBSS)网络(也叫ad-hoc网络)
2 基本服务集(Basic Service Set, BSS)网络
3 扩展服务集(Extent Service Set, ESS)网络

 

AD-HOC

也被称为Independent Basic Service Set (IBSS)

有至少2个STAs直接通信组成
也称为peer to peer模式

其中一个STA负责AP的工作
-通过beacon广播SSID
-对其他STAs进行身份验证
比如：win7自带的AD-Hoc组建功能，可以让我们很方便的在一个小范围内快速组建"局域网"，联网打游戏啥的很方便

 

 AD-Hoc网络模型：

 

 

 

BSS网络：

 至少包含一个AP和一个STATION，形成一个Basic Service Set (BSS)

 对于个人PC来说，使用最多的所谓"无线Wi-Fi"指的就是BSS网络模式

 

BSS网络模型：

 

ESS网络：

AP连接到有限网络，称为Distribution System (DS)
连接到同一个DS的多个AP形成一个Extend Service Set (ESS)

 

 

 

WIRELESS DISTRIBUTION SYSTEM (WDS)

与有线DS类似，只是通过无线连接的多个AP组成的网络
Bridging------只有AP间彼此通信
Repeating-----允许所有AP和STA进行通信

 

MONITOR MODR

Monitor不是一种真的无线模式
但是对无线渗透至关重要
允许无线网卡没有任何筛选的(802.11包头)
与有线网络的混杂模式可以类比
合适的网卡和驱动不但可以monitor，更可以injection