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    基于無線數(shù)據(jù)包的分析與仿真

    2014-04-29 00:00:00洪清賀等
    計算機光盤軟件與應(yīng)用 2014年3期

    摘 要:與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)相比,無線網(wǎng)絡(luò)更方便,覆蓋的范圍更廣。無線局域網(wǎng)(Wireless LAN,WLAN)是不使用任何導(dǎo)線或傳輸電纜連接的局域網(wǎng),無線局域網(wǎng)最通用的標(biāo)準是IEEE定義的802.11系列標(biāo)準。本文通過真實無線環(huán)境與協(xié)議分析軟件相結(jié)合捕獲無線數(shù)據(jù)包,分析多種數(shù)據(jù)幀。

    關(guān)鍵詞:無線網(wǎng)絡(luò);802.11;無線數(shù)據(jù)包;數(shù)據(jù)幀

    中圖分類號:TN919.8

    與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)相比,無線網(wǎng)絡(luò)更方便,覆蓋的范圍更廣。由于無線網(wǎng)絡(luò)和物理層的本質(zhì)屬性,數(shù)據(jù)鏈路層變得尤為重要。這給我們捕獲和訪問數(shù)據(jù)增加了新的限制。無線局域網(wǎng)(WLAN,Wireless LAN)是不使用任何有線傳輸媒介連接的局域網(wǎng),無線局域網(wǎng)通過無線信道來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信,是無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。而使用無線電波作為數(shù)據(jù)傳送的媒介,所以傳輸距離不會太遠,一般只有幾十米。無線局域網(wǎng)的主干網(wǎng)路通常使用有線電纜,無線局域網(wǎng)用戶通過一個或多個無線接收器(WAP,Wireless Access Points)接入無線局域網(wǎng),實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信的個性化、移動化和寬帶化。隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和802.11網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,無線局域網(wǎng)逐步在學(xué)校、企業(yè)、機場等公共場合得到了廣泛應(yīng)用。目前無線局域網(wǎng)最通用的標(biāo)準是IEEE定義的802.11系列標(biāo)準,本文通過搭建真實無線環(huán)境與協(xié)議分析軟件相結(jié)合的方式捕獲無線數(shù)據(jù)包并進行分析。

    1 802.11概述

    目前廣泛使用的無線局域網(wǎng)技術(shù)是IEEE制定的802.11標(biāo)準,它是IEEE關(guān)于局域網(wǎng)技術(shù)的IEEE 802標(biāo)準的一個成員。經(jīng)過7年的工作,1997年6月,IEEE發(fā)布了第一個國際認可的無線局域網(wǎng)標(biāo)準IEEE 802.11。至此,IEEE的802.11無線局域網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準經(jīng)歷了一系列發(fā)展,隨著IEEE 802.11b標(biāo)準在1999年9月被制定,無線局域網(wǎng)產(chǎn)品進入大量實際應(yīng)用,形成了無線局域網(wǎng)廣泛應(yīng)用的局面。

    802.11標(biāo)準主要規(guī)定了無線局域網(wǎng)的媒體訪問控制子層(MAC)和物理層。邏輯鏈路控制子層與其他IEEE 802成員一樣,使用IEEE 802.2標(biāo)準。無線局域網(wǎng)802.11標(biāo)準定義了一個公用的MAC層標(biāo)準(IEEE802.11),以及多個速率和技術(shù)各不相同的物理層標(biāo)準。目前有IEEE 802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n等。此外,802.11標(biāo)準族中還有IEEE 802.11e、IEEE 802.11f、IEEE 802.11i等成員,分別處理無線局域網(wǎng)的QoS、安全等問題。IEEE 802.11還定義了3種使用不同發(fā)送及接收技術(shù)的物理層:直序擴頻技術(shù)(DSSS PHY)、跳頻擴頻技術(shù)(FHSS PHY)和紅外技術(shù)(IR PHY)。前兩種技術(shù)使用2.4GHz的ISM頻段微波。這3個物理層技術(shù)最高只支持2Mbps的數(shù)據(jù)速率,即使是在IEEE 802.11標(biāo)準得到批準和發(fā)布時(1997年),這個速率也已顯得慢了。而IEEE 802.11b的速率可以達到最高11Mbps(兼容IEEE 802.11),IEEE 802.11a的最高傳輸速率可達到54Mbps(但并沒有得到廣泛使用),IEEE 802.11g提供最高達54Mbps的傳輸速率,而且兼容IEEE 802.11b,與之使用同一頻段。

    2 WLAN拓撲結(jié)構(gòu)

    WLAN有三種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu):獨立基本服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)(IBSS,Ad-Hoc)、基本服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)(BSS,Infrastracture)、擴展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)(ESS)。

    本文主要分析前兩種常見類型,并選擇基于Infrastracture的模式搭建無線網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。

    Ad Hoc網(wǎng)絡(luò):當(dāng)兩臺計算機需要直接通信時,這兩臺計算機就處于一個Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)形式中。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要一臺中央設(shè)備以使網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備相互通信,在這種網(wǎng)絡(luò)中,用戶沒有太多的控制權(quán),不適合集中式的驗證方式。

    Infrastracture模式:在這種網(wǎng)絡(luò)中,一般將無線客戶端稱為站點(Station,STA),而AP被稱為基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備(Infrastracture Device),AP充當(dāng)客戶端的一個連接點,為了提供一個足夠的覆蓋范圍,需要將多個AP連接到同一個局域網(wǎng),同時成功不斷網(wǎng)地漫游,需要將每個AP的基本服務(wù)區(qū)域(BSA,Basic Service Area)重疊,并為多個AP配置相同的服務(wù)集標(biāo)識符(SSID,Service Set Identifiers),例如中國移動WLAN的SSID統(tǒng)一為CMCC。

    3 802.11幀

    3.1 MAC 802.11幀格式

    首先要說明的是MAC 802.11的幀格式很特別,它與TCP/IP這一類協(xié)議不同,根據(jù)不同的功能,數(shù)據(jù)幀的長度是可變的。這一特性說明MAC 802.11數(shù)據(jù)幀顯得更加靈活,但實現(xiàn)起來也會更加復(fù)雜。MAC 802.11的數(shù)據(jù)幀長度不定主要是由于以下三點決定的:

    (1)地址字段數(shù)量可變:根據(jù)數(shù)據(jù)幀功能不同,物理層地址數(shù)量會有區(qū)別。例如確認幀僅有一個物理層地址,而數(shù)據(jù)幀有3個物理層地址,在WDS模式下,數(shù)據(jù)幀有4個物理層地址。

    (2)管理幀攜帶的信息長度不確定:在管理幀中,不僅包含物理層地址、分片標(biāo)志之類的信息,而且還會包括安全設(shè)置、物理通信等特殊的信息,例如WLAN中的SSID名稱就是通過管理幀獲得的。

    (3)安全以及服務(wù)質(zhì)量等信息:加密的數(shù)據(jù)幀格式和沒有加密的數(shù)據(jù)幀格式存在差異,加密數(shù)據(jù)幀格式還多了加密報頭信息,用于接收端解密使用。

    802.11 MAC幀通用格式如圖1所示。

    5 結(jié)束語

    通過真實無線環(huán)境與協(xié)議分析軟件相結(jié)合完成多種數(shù)據(jù)幀的捕獲并分析,進一步理解無線802.11與802.3數(shù)據(jù)幀的封裝區(qū)別。但是,我們必須認識到一點,網(wǎng)絡(luò)嗅探器對于安全防護一般的網(wǎng)絡(luò)來說,操作簡單的同時威脅巨大,很多黑客也使用嗅探器等設(shè)備來捕獲無線數(shù)據(jù)包,對其進行密碼破解,進行網(wǎng)絡(luò)入侵。未來,我們必須高度重視無線網(wǎng)絡(luò)的安全。

    參考文獻:

    [1]Mattbew S.Gast.802.11無線網(wǎng)絡(luò)權(quán)威指南(第2版)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2007:23-123.

    [2]Todd Lammle.CCNA學(xué)習(xí)指南(中文第六版)(640-802)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008:576-581.

    作者簡介:洪清賀(1991.03-),男,福建泉州人,計算機科學(xué)系學(xué)生,學(xué)士學(xué)位,研究方向:無線網(wǎng)絡(luò);通訊作者:王炅(1980-),男,江西九江人,講師,碩士,研究方向:移動自組織網(wǎng)絡(luò)、下一代互聯(lián)網(wǎng)。王炅(1980-),男,江西九江人,講師,碩士,研究方向:移動自組織網(wǎng)絡(luò)、下一代互聯(lián)網(wǎng)。

    作者單位:閩江學(xué)院計算機科學(xué)系,福州 350121

    基金項目:閩江學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新項目(201310395036),福建省教育廳科技項目(JB12159),閩江學(xué)院科技育苗項目(YKY12006)。

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