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1、WLAN系统架构与安全,北京邦讯技术有限公司2010.7,交流提纲,WLAN发展介绍WLAN网络结构WLAN安全架构WLAN协议介绍,交流提纲,WLAN发展介绍WLAN是什么WLAN大事记WLAN标准族WLAN网站,WLAN是什么,WPAN：无线个域网采用无线连接的个人局域网，它被用在诸如手机、计算机、PDA之间的小范围（一般是在10米以内）通讯。WPAN的技术包括蓝牙、ZigBee、红外等，其中蓝牙应用最广泛。WLAN：无线局域网一般应用于家庭、企业和热点覆盖，覆盖半径几十米到几百米，提供PC和手机高速上网。无线局域网采用Wi-Fi技术，速率可到达几十Mbps，使用方式与有线局域网一样，简单
2、易用。WLAN：无线城域网提供城市范围的无线覆盖，用于进行城市范围内的宽带无线数据传输。无线城域网采用WiMax技术，覆盖半径几公里到几十公里，速率可达到几十Mbps。,WPAN.WLAN.WMAN,蓝牙,Wi-Fi,WiMax,WLAN是什么,WLAN：Wireless Local Area Network广义的WLAN，是指通过无线通信技术将计算机设备互联起来，构成通信网络。狭义的WLAN，是指采用IEEE 802.11无线技术进行互连的通信网络。目前的WLAN一般指802.11无线网络。IEEE 802.11，是国际电工电子委员会（Institute of Electrical and
3、Electronics Engineers）下负责WLAN标准制定的工作组。Wi-Fi：Wireless Fidelity是最大的WLAN工业组织Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）的商标，该组织致力于对WLAN设备进行兼容性认证测试。Wi-Fi是指Wi-Fi联盟认证，通过认证的产品，可以使用Wi-Fi的LOGO。通常，Wi-Fi作为WLAN的同义词使用，尽管并非所有WLAN设备都进行Wi-Fi认证。,WLAN=,+,WLAN大事记,WLAN标准化：IEEE 802.111990年，IEEE 802.11标准工作组成立1997年，IEEE 802.11标准发布（2Mbit/s，工作在
4、2.4GHz）1999年，IEEE 802.11a标准发布（54Mbit/s，工作在5GHz）1999年，IEEE 802.11b标准发布（11Mbit/s工作在2.4GHz）2003年，IEEE 802.11g标准发布（54Mbit/s，工作在2.4GHz）2007年，IEEE 802.11n draft2发布（300Mbit/s，工作在2.4GHz/5.8GHz）WLAN产业化：Wi-Fi Alliance1999年，Wireless Ethernet Compatibility Alliance(WECA)成立，后来WECA更名为Wi-Fi Alliance（Wi-Fi 联盟），现总部设
5、在美国德州，成员单位超过300个。2000年，Wi-Fi 联盟启动了Wi-Fi认证计划（Wi-Fi CERTIFIED），对WLAN产品进行802.11兼容性认证测试。2007年，Wi-Fi联盟启动IEEE 802.11n draft2认证测试。2008年截止，累计超过4000种WLAN设备通过Wi-Fi认证（Wi-Fi CERTIFIED）2008年底，累计超过10亿的Wi-Fi芯片出货量；2012年，预计Wi-Fi芯片的年出货量达到10亿,WLAN标准族,主要的IEEE 802.11标准：IEEE 802.11a-54 Mbit/s,5 GHz standard(1999,shipping
6、 products in 2001)IEEE 802.11b-Enhancements to 802.11 to support 5.5 and 11 Mbit/s(1999)IEEE 802.11d-International(country-to-country)roaming extensions(2001)IEEE 802.11e-Enhancements:QoS,including packet bursting(2005)IEEE 802.11g-54 Mbit/s,2.4 GHz standard(backwards compatible with b)(2003)IEEE 80
7、2.11h-Spectrum Managed 802.11a(5 GHz)for European compatibility(2004)IEEE 802.11i-Enhanced security(2004)IEEE 802.11j-Extensions for Japan(2004),WLAN标准族,主要的IEEE 802.11标准：IEEE 802.11k-Radio resource measurement enhancements(2008)IEEE 802.11n-Higher throughput improvements using MIMO(multiple input,mu
8、ltiple output antennas)(November 2009)IEEE 802.11p-WAVE-Wireless Access for the Vehicular Environment(such as ambulances and passenger cars)(working-2009?)IEEE 802.11r-Fast roaming Working Task Group r-(2008)IEEE 802.11s-Mesh Networking,Extended Service Set(ESS)(working-Jul.2010?)IEEE 802.11T-Wirele
9、ss Performance Prediction(WPP)-test methods and metrics Recommendation(2008)IEEE 802.11y-3650-3700 MHz Operation in the U.S.(2008),WLAN标准族,IEEE 802.11a/b/g/n制式的比较,WLAN标准族,Wi-Fi强制认证：Wi-Fi产品无线认证：802.11a/b/g单模认证，802.11b/g双模认证，802.11a/b/g多频段（2.4G和5G）认证。本认证目前是手持设备CTIA认证的一部分。Wi-Fi无线网络安全认证：包括WPA/WPA2认证。EAP
10、(Extensible Authentication Protocol)认证：EAP是一种网络设备身份认证的安全机制。Wi-Fi可选认证：下一代Wi-Fi认证：IEEE 802.11n draft 2.0无线标准认证。Wi-Fi Protected Setup认证：快速完成安全配置的功能认证。Wi-Fi Multimedia认证：无线QoS认证。WMM Power Save认证：语音和多媒体业务时省电功能的认证测试。Wi-Fi手机认证：对Wi-Fi手机中Wi-Fi与蜂窝系统的相互影响进行认证。,Wi-Fi认证标准,WLAN网站,IEEE 802.11官方网站：http:/www.ieee802
11、.org/11/Wi-Fi联盟官方网站：http:/www.wi-fi.org/Wi-Fi论坛：http:/www.wi-,交流提纲,WLAN网络结构802.11802Infrastructure网络Ad hoc网络Mesh网络胖/瘦APWDS,802.11802,IEEE 802.11：包括物理层和MAC层协议,Infrastructure网络-BSS,BSS（Basic Service Set）网络BSS是WLAN网络的基本单位，包括一个基站（AP）和若干个终端（STA），通讯必须通过AP来完成。网络标识：BSSID，使用AP的MAC地址。,Infrastructure网络-ESS,ESS
12、（Extended Service Set）网络由多个BSS组成，多个BSS的AP通过DS(Distribution System)网络互联，终端能在不通BSS之间漫游。网络标识：SSID，AP上统一配置的一个字符串。,Ad hoc网络,IBSS（Independent Basic Service Set）网络若干Wi-Fi站点之间对等、临时的组网，俗称ad hoc网络。站点之间地位平等，两两进行通讯。网络标识：BSSID，自动选择某个站点的MAC地址作为ID。,Mesh网络,Mesh网络是infrastructure网络和ad hoc网络的结合既支持AP的功能，又能通过ad hoc完成多个B
13、SS互联和回传,Mesh网络,IEEE 802.11s：ESS Mesh Networking标准进展：因技术分歧大、需求不紧迫，进展缓慢 2004年7月，成立11s标准工作组 2006年3月，通过第一个提案 预计2010年底，通过11s标准网络组成：由MP/MAP/STA/LWMP组成，构成ESS MP：MESH点，只有MESH回传功能的站点 MAP：MESH接入点，除了MP功能外，又有AP功能（能接入Wi-Fi终端）的站点 STA：Wi-Fi终端 LWMP：轻量MESH点，一般是移动的MESH站点（也可称作MESH终端）网络标识：用接入SSID和回传SSID分别标识接入网络和回传网络,胖A
14、P/瘦AP,对不同组网方式下AP的通俗叫法，没有严格的定义。,胖AP（Fat AP）：能够独立配置、管理和工作的AP设备。桥接型AP：仅完成Wi-Fi终端接入，以及无线与有线之间的二层桥接功能。企业中多采用这种方法，作为企业有线网络的延伸。路由型AP：完成Wi-Fi终端的接入之外，还提供DHCP、NAT路由和PPP拨号等功能，一般用在家庭或简单的热点覆盖，又叫无线路由器。瘦AP（Thin AP）：多个瘦AP与接入控制器（AC）协同提供Wi-Fi接入服务。AC一般完成集中交换、鉴权和管理，以及外部互联。Fit AP：一些厂家对自己瘦AP的叫法，各厂家AP与AC的功能划分有所差异。无线交换机：早期
15、的AC，从有线交换机演变而来，与瘦AP通过以太网连接。接入控制器（AC）：对瘦AP及其业务流进行集中管理、控制，并完成与外部网络互联的网关设备。AP与AC之间通过TCP/IP专用的隧道进行互联。大部分支持AC/AP组网的AP都具有胖瘦转换能力。,胖AP/瘦AP,胖AP vs 瘦AP,胖AP：成本低，部署快，适合小规模、安全要求不高的网络。瘦AP：可管理性好，安全性好，适合大规模或运营性质的网络。,成本低,安全性差,可管理性差,胖AP特性,布设简单,扩展性好,安全性高,可管理性好,可运营,瘦AP特性,网络级协调,胖AP/瘦AP,CAPWAP协议：AP与AC之间的交互协议草案，由IETF CAPW
16、AP工作组负责（http:/www.ietf.org/html.charters/capwap-charter.html），标准还在制定中,WTP：Wireless Termination Point，无线端结点，就是指瘦AP。AC：Access Controller，接入控制器。CAPWAP协议主要定义以下功能：1、发现，WTP自动发现AC的机制。2、配置，AC通过CAPWAP对WTP进行配置，WTP可以做到零配置。3、软件版本管理，AC可自动更新WTP的软件。4、集中交换，用户数据集中在AC上进行交换。5、无线资源管理，AC进行全网的无线参数优化。,AC,WTP,STA,Intranet/
17、Internet,Wi-Fi,CAPWAP,TCP/IP,WDS,WDS(Wireless Distribution System)：802.11中定义了DS，用于将多个AP互联的有线网络。WDS则是无线DS，通过无线方式将多个AP互联起来。WDS数据帧采用4地址格式，包括接收地址、发送地址、目的地址、源地址（RA/TA/DA/SA）。,WDS优点：部网快速、灵活，成本低。没有有线网络情况下，使用WDS快速部网 将已有的有线DS互联的网线网络，通过WDS进行延伸覆盖WDS缺点：1）安全性差，只能使用WEP；2）性能差，接入和DS共享信道,WDS,AP工作模式：除了标准的功能外，很多AP支持其他
18、工作模式，包括Client、Client Bridge、WDS、Repeater和Repeater Bridge模式。,Client模式：Client作为STA连接AP，用户通过有线连接Client，Client进行NAT转发。,Client模式：Client作为STA连接AP，用户通过有线连接Client，Client进行二层的桥接。,WDS,AP工作模式：除了标准的功能外，很多AP支持其他工作模式，包括Client、Client Bridge、WDS、Repeater和Repeater Bridge模式。,WDS模式：WDS AP同时支持STA接入和WDS互联。业务由WDS AP进行桥接转
19、发。,WDS,AP工作模式：除了标准的功能外，很多AP支持其他工作模式，包括Client、Client Bridge、WDS、Repeater和Repeater Bridge模式。,Repeater模式：Repeater作为STA连接AP，同时作为AP允许STA接入。业务由Repeater进行NAT转发。,Repeater Bridge模式：Repeater作为STA连接AP，同时作为AP允许STA接入。业务由Repeater进行二层桥接转发。,交流提纲,WLAN安全架构什么是WLAN安全WEPWPA/WPA2WAPI,什么是WLAN安全?,WLAN安全性：与其它通信网络的安全性含义类似，包括
20、鉴权、私密性和完整性。,鉴权（Autentication）：一般都指双向鉴权，网络对接入的用户进行身份确认，同时用户对接入的网络也进行身份确认。实现合法用户接入合法网络。有时候也叫“鉴别”、“验证”、“认证”。私密性（Privacy）：指数据包的加解密，确保通信内容不能被偷听。完整性（Integrity）：在数据包中附加加密的校验字节，确保通信内容没有被篡改。安全架构：为达到安全目的设计的相关结构、管理和操作方式，良好的安全架构设计能够满足安全要求的同时做到容易部署和管理。,WEP,WEP：Wired Equivalent Privacy，已被淘汰的一种WLAN安全算法。1999年成为WLAN
21、安全标准，2001年被彻底破解，2003年被WPA替代，现在依然在WLAN产品中广泛支持。,鉴权：Open System，不鉴权；Shared Key：四次握手过程进行鉴权。加密：采用RC4流加密算法，密钥长度为64/128位。完整性：使用CRC-32算法,WEP,WEP：Shared Key鉴权,WEP,WEP：帧格式,WEP,WEP：加密流程,WEP,WEP：解密流程,WEP,WEP安全缺陷：严重的安全缺陷导致WEP最终被废弃。,WEP鉴权缺陷 Open System：不鉴权，则容易被利用进行DOS攻击。Shared Key：握手过程中出现了明文/密文对，严重损坏保密性。实际上，其安全性不
22、如Open System。WEP加密缺陷：现在的研究表明流加密算法的安全性是比较低的，WEP中的RC4算法更加脆弱。初始向量碰撞：24位的IV很容易重复，这是流加密算法的大忌。完整性检查太简单：采用CRC-32来进行校验，容易被攻击者用来猜测明文内容。RC4算法缺陷：RC4生成的密码流中部分bit随机性不好，容易被攻击者利用。没有密钥管理：无密钥动态生成、分发和更新流程 合法用户之间不保密：合法用户使用相同的key，相互之间相当于不保密。固定密钥不安全：这样密码容易泄漏，同时留给攻击者无限的破解时间。WEP破解工具：利用这些工具能在几分钟内破解WEP密码。*AirSnort*WEPCrack,
23、WPA/WPA2,WPA（Wi-Fi Protected Access）：因为WEP的严重安全漏洞，IEEE制定了802.11i来替代WEP，WPA是Wi-Fi联盟基于IEEE 802.11i技术标准制定的商业标准，分WPA/WPA2。其主要差别在于WPA2增加了对CCMP的支持。,WPA：2002年，Wi-Fi联盟以已经完成 TKIP 的 IEEE 802.11i draft 3)为基准,制定了 WPA。是一个过渡性的中间标准。WPA2：2004年，Wi-Fi联盟以完成 的 IEEE 802.11i 标准为基准，制定了WPA2。TKIP：前向兼容WEP硬件，依然采用了RC4作为加密算法，还是
24、存在安全性漏洞。CCMP：采用了AES加密算法，彻底解决WLAN全性问题。也称作AES或AES-CCMP。WRAP：另一种加密协议，因专利权争议，成为可选项（事实上已被废弃）。,WPA/WPA2,WPA(2)/WPA(2)-PSK,WPA(2)-PSK：WPA的简化版本，以预设的密码（Pre Shared Key）验证替代WPA的IEEE 802.1X/EAP验证，不需要验证服务器AS（如：RADIUS服务器）。这种方式方便了使用，但降低了安全性。但认为用于家庭等小规模网络足够安全。WPA(2)-Enterprise/WPA(2)-Personal：一些设备厂商的叫法，WPA-Enterpri
25、se就是指标准的WPA，WPA-Personal就是指WPA-PSK。,AS,AP,STA,WPA(WPA-Enterprise),AP,STA,WPA-PSK(WPA-Personal),WPA/WPA2,TKIP：Temporal Key Integrity Protocol，802.11i定义的一种基于WEP安全算法RC4，改进WLAN网络安全的协议。,TKIP相对WEP的改进：引入802.1x/EAP鉴权：引入了终端和网络的双向鉴权，而WEP中几乎没有鉴权。密钥分发和更新机制：通过802.1x机制，每次会话使用不同的基本密钥。每包密钥构建机制：加密密钥由基本密钥、MAC地址、包序号动态
26、生成，每包数据加密时，均采用不同的密钥。增加了加密强度。使用48位初始向量：使用了48位包序号作为初始向量，因为48位可认为永不重复，可抵御重放攻击。Michael消息完整性检查码：解决WEP中数据包容易被篡改的漏洞。TKIP的缺点：TKIP设计时要求兼容WEP硬件，因此沿用了WEP的RC4加密算法。本质不安全：因为RC4算法已经被破解，这决定了TKIP本质上依然是不安全的。已有破解实践：详细破解方法，可参见Martin Beck&Erik Tews,“Practical attacks against WEP and WPA”。,WPA/WPA2,TKIP：帧格式,WPA/WPA2,TKIP
27、：加密流程,WPA/WPA2,TKIP：解密流程,WPA/WPA2,CCMP：802.11i定义的一种必选的加密协议（使用AES算法），用于提高WLAN网络安全。也叫AES或CCMP-AES。,CCMP与TKIP比较：主要的差别就是采用了AES块加密算法，块长128位，密钥长度128位。报文加密、密钥管理、消息完整性校验都使用AES算法。AES：Advanced Encryption Standard，2001年成为美国政府的加密标准，用于取代DES。该标准采用了由两个比利时人发明的Rijndael块加密算法。采用了128位的块长度，128/192/156位密钥长度，进行10/12/14轮迭代
28、。安全性：美国政府认为其安全性满足政府要求保密数据的加密要求。破解情况：对于AES中的加密算法本身，目前还没有发现破解方法。已有的成功的攻击方式都是旁道攻击（需要利用加密算法运算的相关的信息，如：计算时间），且只能完成对降阶AES算法的攻击（如：降低迭代次数）。,WPA/WPA2,CCMP：帧格式,WPA/WPA2,CCMP：加密流程,WPA/WPA2,CCMP：解密流程,WPA/WPA2,802.11i框架,TKIP和CCMP是以算法为核心的加密协议，实现通信的私密性和完整性。802.1X实现基于端口的接入认证。Key Management完成TKIP/CCMP的密钥生成和管理。,TKIP,
29、CCMP,802.1x,Key Management,802.11i/802.1x鉴权,WPA/WPA2,802.11i框架,802.1x定义了基于端口控制的三元鉴权结构，并定义了EAPOL，用于承载EAP鉴权协议。EAP（Extensible Authentication Protocol）定义了认证流程和框架，具体认证方法可扩展，PEAP是使用最广泛的认证方法。使用鉴权生成的主密钥MK，生成CCMP/TKIP密钥，用于空口的加密。,802.11,EAPOL,RADIUS,安全通道,EAP,PEAP/EAP-TLS/EAP-SIM,802.11(CCMP/TKIP),802.11i Key
30、Management,业务网络,802.11i/加密,WPA/WPA2,802.1x框架,三元结构：鉴权在终端和鉴权服务器之间进行，AP仅进行协议转发。业务端口为受控端口，初始处于关闭状态，鉴权通过后打开，终端可使用该业务端口。鉴权完成后，终端与鉴权服务器协商生成主密钥MK，该主密钥由鉴权服务器分发给AP。,STA AP Radius Server,WPA/WPA2,802.1x/EAPOL,802.1x定义了EAPOL协议，用于在LAN/WLAN上承载EAP协议。EAPOL使用LLC/SNAP来封装EAP协议。,AA-AA-03,00-00-00-88-8E,Protocol Version
31、(1 byte),Packet Type(1 byte),Packet Body Length(2 bytes),Packet Body(n bytes),WPA/WPA2,802.11i操作流程,阶段一：STA和AP利用关联流程完成安全策略的协商。阶段二：STA与鉴权服务器AS之间完成802.1x认证，并生成主密钥MK。阶段三：AS给AP分发主密钥MK，STA/AP之间根据MK生成点播/多播临时密钥（PTK/GTK）。阶段四：TKIP/CCMP使用PTK/GTK进行安全的数据收发。,WPA-PSK流程：阶段一：相同阶段二：无阶段三：使用PSK作为PMK，其他相同阶段四：相同,WPA/WPA2
32、,802.11i操作流程（阶段一）：关联过程,STA通过Probe流程（或侦听Beacon），获得AP的安全策略信息。进行Open System方式的鉴权。进行关联流程，STA将自己的安全策略告知AP，协商达成一致后，则关联成功。安全策略的内容包括：鉴权方法（802.1x or PSK），单播/多播加密协议（TKIP or CCMP）。,WPA/WPA2,802.11i操作流程（阶段二）：802.1x鉴权,AP触发，启动802.1x/EAP认证过程，认证过程在STA与AS之间进行，AP负责协议转发。STA与AS之间认证流程与选择的EAP认证方法有关系，AS可同时支持多种认证方法。认证成功后，S
33、TA和AS生成了主密钥MK，AS通过RADIUS将MK分发给AP。,WPA/WPA2,802.11i操作流程（阶段三）：密钥派生和分发,第1步：AS通过Radius协议将MK发送给AP，一般先转换成Radius Key后再分发。第2步：使用MK（或PSK）作为PMK，通过EAPOL-Key消息完成PTK/GTK的派生和分发。第3步：多播临时密钥GTK更新。,WPA/WPA2,802.11i操作流程（阶段三）：Pairwise Key Hierarchy,PMK生成临时密钥，PTK用于点播包的加密，PTK可周期性更新。对于802.1x鉴权，STA与AS协商生成的MK（Master Key）即作为
34、PMK。对于PSK鉴权，PMK=PSK=PBKDF2(PassPhrase,ssid,ssidLength,4096,256),WPA/WPA2,802.11i操作流程（阶段三）：Group Key Hierarchy,GMK由AP随机生成，通过GMK（周期性）生成GTK，GTK用于多播包的加密和完整性检查。GTK可周期性更新。仅AP-STA需要使用多播，STA到AP的均为点播包。,WAPI,WAPI：Wireless Authentiction and Privacy Infrastructure，定义了WLAN中的安全架构和加密算法，中国的WLAN安全标准。相当于IEEE 802.11i协
35、议。由于美国的抵制，WAPI最终没有成为IEEE 802.11国际标准。,各国的安全标准：美国加密标准是AES，中国WLAN安全标准是WAPI，欧洲安全标准是NESSIE。目前WLAN和有线网络上普遍使用的是AES。WAPI安全架构：由WAI（接入鉴权）和WPI（通信加密）组成。三元结构双向鉴权：分终端（STA）、接入点（AP）、鉴权服务器（ASE）。终端和AP都采用证书方式互相鉴权，鉴权在中心服务器ASE上完成。密钥管理流程：鉴权通过后，STA与AP之间通过协商确定通信密钥。加密算法：鉴权和密钥协商过程采用了非对称的ECC加密算法，报文加密采用了对称的SMS4块加密算法，这些高强度算法确保无
36、线网络的安全性。,WAPI,WAPI,WAPI产业联盟：主要由国内的运营商、设备商和芯片厂商组成。致力于推动WAPI技术标准的产业化。目前成员达到48家，推出WAPI产品近100款。详情参见www.wapia.org,WAPI已经错过成为国际标准的时机 802.11i已经无可替代：802.11i作为国际标准，得到广泛应用和持续发展。Wi-Fi联盟的实力强大：相比WAPI产业联盟，成员300:48，认证产品4000:100。WAPI的技术优势已不明显：不再是与WEP/WPA比较了，而是WPA2比较。国内WAPI/WPA双模应用的成功机会尚存 中国政府的大力支持：自主创新的大环境需要，信息安全的需
37、要。WAPI具有技术先进性：WAPI为中国获得的唯一ISO/IEC以太类字段0 x88B4，IANA将3810端口作为WAPI专用的TCP/IP字段，国际标准竞争中受到不公正待遇曲折落败。中国WLAN运营商市场加速启动：这将造就世界上最大的WLAN市场，4大运营商都是WAPI联盟的成员，其中中国移动和中国电信的WLAN设备规范都将WAPI作为必须支持的功能。国际Wi-Fi大厂商开始支持WAPI：由于看好中国巨大的市场，Atheros、ST、Intel、TI、Broadcom均明确宣布将支持WAPI，包括硬件方案和软件方案。,交流提纲,WLAN协议介绍协议框架PHY层PHY层管理MAC层MAC层
38、管理,协议框架,802.11协议定义了物理层和数据链路层的MAC子层。,物理层：802.11定义了6种物理层，每一种都有各自的PMD、PLCP和PLME协议，其中最重要的有HR/DSSS（802.11b）、ERP（802.11g）和OFDM（802.11a）。MAC（Medium Access Control）：媒介接入控制层，提供标准的MAC服务。层管理（Layer Management Entity）：提供物理层和MAC层的层管理服务接口。,PMD子层,PLCP子层,MAC子层,层管理,物理层,LLC,数据链路层,PHY层,802.11b物理层：HR/DSSS。,频段：2.4G ISM频段
39、，频宽为22MHz。编码调制：采用DSSS-CCK调制编码。速率：1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps。,PHY层,802.11g物理层：ERP。,频段：2.4G ISM频段，频宽为20/10/5MHz。编码调制：支持5种方式，其中ERP-DSSS用于1Mbps和2Mbps，ERP-CCK用于5.5Mbps和11Mbps，ERP-OFDM用于6/9/12/18/24/48/54Mbps速率。前向兼容：兼容802.11b。,PHY层,802.11g物理层：OFDM。,频段：5.8G频段，频宽为20/10/5MHz。编码调制：OFDM，调制方式有BPSK/QPSK/16-QAM/6
40、4-QAM。支持速率：6/9/12/18/24/48/54Mbps。,PHY层,2.4GHz信道,PHY层,5.8GHz信道,PHY层管理,物理层的层管理：主要获取和设置物理层的参数,物理层操作参数：包括物理层类型、支持的规则区域列表、当前规则区域。天线参数：发送天线选择、接收天线选择、接收分集。发射功率参数：各功率等级、当前发射功率等级。信道：当前工作信道。速率：支持的接收速率表、支持的发送速率表。调制方法：支持的调制方法。,MAC层,MAC层功能：使用物理层的服务为上层提供类似以太网的MAC功能，并针对无线的特点进行了修改。,支持数据加密：因为无线环境比有线环境更容易被偷听和攻击。支持MA
41、C层的确认：因为无线链路可靠性远远低于以太网，MAC层重传比上层重传效率高。CSMA/CA：无线网络无法使用CSMA/CD，因为无法同时收发，且无线媒介的冲突检测很容易遗漏。冲突退避机制通过随机的退避窗口可将冲突概率将到最低。QoS：支持类似802.1D的QoS机制，8个用户优先级。排序功能：因为存在重传和优先级队列，需要接收端进行排序来保证MAC层的按序传递特性。管理和控制：增加了大量的MAC层管理和控制功能。,AP,MAC层,MAC帧：MAC帧（MPDU）包括数据帧、控制帧和管理帧。,数据帧：为上层协议收发的MAC帧。图中黑色所示。控制帧：MAC层之间为了控制功能收发的帧。图中蓝色所示。管
42、理帧：MAC层管理实体之间交换的帧。图中红色所示。,PHY,MAC层管理（MLME）,MAC,PHY层管理（PLME）,Upper Layer,STA,Upper Layer,MAC层管理（MLME）,PHY层管理（PLME）,PHY,MAC,MAC层,MAC数据帧,分QoS帧和非QoS帧，QoS帧中包括QoS Control字段。地址格式包括3地址格式和4地址格式。,MAC层,MAC控制帧：因为控制帧是两个STA之间的协议交互帧，所以均为1地址格式和2地址格式，其中广播性质的控制帧为1地址格式。,MAC层,MAC管理帧：用于完成鉴权和关联操作，都是3地址格式。,MAC层,DCF/PCF/HC
43、F,DCF：基本的媒介协调控制功能，即CSMA/CA。PCF：可选功能，只适合于AP架构。由AP担当裁决，将媒介slot进行分配。HCF：支持EDCA和HCCA，分别用于基于竞争的媒介分配和收控的媒介分配。,MAC层,DCF（Distributed Coordination Function）：即CSMA/CA，其核心是“先听后说”和“随机退避”机制。,媒介空闲：PHY层检测到媒介持续DIFS没有使用，则认为媒介进入空闲状态。随机退避：检测到媒介处于空闲状态，如果需要竞争媒介，则在竞争窗口CW内随机选择一个退避时间（n个slot单位）。竞争成功：只有媒介空闲时退避计数才递减，递减到0时即获得媒
44、介访问权。,MAC层,DCF中的随机回退示例,MAC层,DCF在MAC重传时，竞争窗口CW随重传次数指数递增，竞争优先级降低。以保证高负荷情况下性能稳定性。,MAC层,DCF中的RTS/CTS：一种媒介预留的机制，该机制可以代替PHY层完成载波侦听（CS），并让各STA生成NAV（网络分配表）。,RTS/CTS：可通过RTS和CTS控制帧来进行媒介预留，也可以通过在数据帧中携带duration信息的方式来预留。RTS/CTS门限：因为发送较短数据帧时使用RTS/CTS机制，会严重影响效率，只有当数据帧长度大于该门限时，才使用RTS/CTS机制来发送。隐藏站（Hidden STA）：当存在隐藏站
45、时（终端能听到AP，但某些终端之间互相听不见），发生碰撞的概率大大提高，这会严重影响系统性能。使用RTS/CTS机制能解决隐藏站的问题。多播和广播帧的发送不能使用RTS/CTS机制。CTS-to-self：主要用于b/g混合模式下，AP/STA如果采用OFDM调制来发送MAC帧时。因为11b的终端不能对OFDM调制进行CS，AP/STA需要发送CTS-to-self来通知11b的终端媒介忙。NAV(Network Allocation Vector)：各个STA维护的一个时间段，该时间段内无线媒介不允许本STA使用，即使PHY检测到了媒介空闲。,MAC层,DCF中的RTS/CTS示例,MAC层
46、管理,扫描AP,通过Beacon扫描：AP周期性广播Beacon消息，内容包括SSID、BSSID、安全参数等。STA侦听Beacon消息，收集所有AP信息，选择其中一个进行连接。主动扫描：STA在不同信道上主动发Probe Request广播来探测AP，包的内容包括SSID。STA收听AP的Probe Response，包的内容与Beacon相似。STA收集到的所有的AP信息，选择其中一个进行连接。,MAC层管理,鉴权和关联AP,Open System鉴权：2次握手 STA给AP发鉴权消息Authentication发起Open System鉴权。AP给STA回Authentication消
47、息，告知鉴权结果。Shared Key鉴权：4次握手 STA给AP发鉴权消息Authentication发起Shared Key鉴权。AP给STA发Authentication消息，带challenge text，质询STA。STA给AP发Authentication消息，带加密的chanllenge，回复质询。AP给STA发Authentication消息，回复鉴权结果。关联：2次握手 STA给AP发Associate Request，内容包括速率、功率、QoS能力、安全参数。AP给STA发Associate Response，内容包括状态、速率集和关联ID。,MAC层管理,电源管理：2种省
48、电模式（PS mode）,CAM模式：Continuous Active Mode，射频接收始终打开。PSP模式：Power Save Polling Mode，设备通常是关闭的。AP缓存STA的包，如果有包，则通过Beacon通知终端。STA定期醒过来，收听Beacon，如果没有自己的缓存包，则继续睡眠。如果有自己的缓存包，则通过PS-poll帧通知AP给发送缓存包。,SUMMARY,WLAN发展介绍：IEEE802.11/WiFi AllianceWLAN网络结构：Infrastructure/Adhoc/Mesh/WDSWLAN安全架构：WEP/WPA/802.11i/WAPIWLAN协议框架：PHY/MAC,Thank You!,
