基于无线数据包的分析与仿真

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摘 要：与传统有线网络相比，无线网络更方便，覆盖的范围更广。无线局域网（Wireless LAN，WLAN）是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，无线局域网最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准。本文通过真实无线环境与协议分析软件相结合捕获无线数据包，分析多种数据帧。

关键词：无线网络；802.11；无线数据包；数据帧

中图分类号：TN919.8

与传统有线网络相比，无线网络更方便，覆盖的范围更广。由于无线网络和物理层的本质属性，数据链路层变得尤为重要。这给我们捕获和访问数据增加了新的限制。无线局域网（WLAN，Wireless LAN）是不使用任何有线传输媒介连接的局域网，无线局域网通过无线信道来实现网络设备之间的通信，是无线通信技术与网络技术相结合的产物。而使用无线电波作为数据传送的媒介，所以传输距离不会太远，一般只有几十米。无线局域网的主干网路通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接收器（WAP，Wireless Access Points）接入无线局域网，实现了网络通信的个性化、移动化和宽带化。随着无线局域网技术的不断发展和802.11网络的应用，无线局域网逐步在学校、企业、机场等公共场合得到了广泛应用。目前无线局域网最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准，本文通过搭建真实无线环境与协议分析软件相结合的方式捕获无线数据包并进行分析。

1 802.11概述

目前广泛使用的无线局域网技术是IEEE制定的802.11标准，它是IEEE关于局域网技术的IEEE 802标准的一个成员。经过7年的工作，1997年6月，IEEE了第一个国际认可的无线局域网标准IEEE 802.11。至此，IEEE的802.11无线局域网技术和标准经历了一系列发展，随着IEEE 802.11b标准在1999年9月被制定，无线局域网产品进入大量实际应用，形成了无线局域网广泛应用的局面。

802.11标准主要规定了无线局域网的媒体访问控制子层（MAC）和物理层。逻辑链路控制子层与其他IEEE 802成员一样，使用IEEE 802.2标准。无线局域网802.11标准定义了一个公用的MAC层标准（IEEE802.11），以及多个速率和技术各不相同的物理层标准。目前有IEEE 802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n等。此外，802.11标准族中还有IEEE 802.11e、IEEE 802.11f、IEEE 802.11i等成员，分别处理无线局域网的QoS、安全等问题。IEEE 802.11还定义了3种使用不同发送及接收技术的物理层：直序扩频技术（DSSS PHY）、跳频扩频技术（FHSS PHY）和红外技术（IR PHY）。前两种技术使用2.4GHz的ISM频段微波。这3个物理层技术最高只支持2Mbps的数据速率，即使是在IEEE 802.11标准得到批准和时（1997年），这个速率也已显得慢了。而IEEE 802.11b的速率可以达到最高11Mbps（兼容IEEE 802.11），IEEE 802.11a的最高传输速率可达到54Mbps（但并没有得到广泛使用），IEEE 802.11g提供最高达54Mbps的传输速率，而且兼容IEEE 802.11b，与之使用同一频段。

2 WLAN拓扑结构

WLAN有三种网络拓扑结构：独立基本服务集网络（IBSS，Ad-Hoc）、基本服务集网络（BSS，Infrastracture）、扩展服务集网络（ESS）。

本文主要分析前两种常见类型，并选择基于Infrastracture的模式搭建无线网络拓扑图。

Ad Hoc网络：当两台计算机需要直接通信时，这两台计算机就处于一个Ad Hoc网络形式中。Ad Hoc网络不需要一台中央设备以使网络中的设备相互通信，在这种网络中，用户没有太多的控制权，不适合集中式的验证方式。

Infrastracture模式：在这种网络中，一般将无线客户端称为站点（Station，STA），而AP被称为基础设施设备（Infrastracture Device），AP充当客户端的一个连接点，为了提供一个足够的覆盖范围，需要将多个AP连接到同一个局域网，同时成功不断网地漫游，需要将每个AP的基本服务区域（BSA，Basic Service Area）重叠，并为多个AP配置相同的服务集标识符（SSID，Service Set Identifiers），例如中国移动WLAN的SSID统一为CMCC。

3 802.11帧

3.1 MAC 802.11帧格式

首先要说明的是MAC 802.11的帧格式很特别，它与TCP/IP这一类协议不同，根据不同的功能，数据帧的长度是可变的。这一特性说明MAC 802.11数据帧显得更加灵活，但实现起来也会更加复杂。MAC 802.11的数据帧长度不定主要是由于以下三点决定的：

（1）地址字段数量可变：根据数据帧功能不同，物理层地址数量会有区别。例如确认帧仅有一个物理层地址，而数据帧有3个物理层地址，在WDS模式下，数据帧有4个物理层地址。

（2）管理帧携带的信息长度不确定：在管理帧中，不仅包含物理层地址、分片标志之类的信息，而且还会包括安全设置、物理通信等特殊的信息，例如WLAN中的SSID名称就是通过管理帧获得的。

（3）安全以及服务质量等信息：加密的数据帧格式和没有加密的数据帧格式存在差异，加密数据帧格式还多了加密报头信息，用于接收端解密使用。

802.11 MAC帧通用格式如图1所示。

5 结束语

通过真实无线环境与协议分析软件相结合完成多种数据帧的捕获并分析，进一步理解无线802.11与802.3数据帧的封装区别。但是，我们必须认识到一点，网络嗅探器对于安全防护一般的网络来说，操作简单的同时威胁巨大，很多黑客也使用嗅探器等设备来捕获无线数据包，对其进行密码破解，进行网络入侵。未来，我们必须高度重视无线网络的安全。

参考文献：

[1]Mattbew S.Gast.802.11无线网络权威指南（第2版）[M].南京：东南大学出版社，2007：23-123.

[2]Todd Lammle.CCNA学习指南（中文第六版）（640-802）[M].北京：电子工业出版社，2008：576-581.

作者简介：洪清贺（1991.03-），男，福建泉州人，计算机科学系学生，学士学位，研究方向：无线网络；通讯作者：王炅（1980-），男，江西九江人，讲师，硕士，研究方向：移动自组织网络、下一代互联网。王炅（1980-），男，江西九江人，讲师，硕士，研究方向：移动自组织网络、下一代互联网。

作者单位：闽江学院计算机科学系，福州 350121

基金项目：闽江学院大学生创新项目（201310395036），福建省教育厅科技项目（JB12159），闽江学院科技育苗项目（YKY12006）。