- 黑客攻防与无线安全从新手到高手(超值版)
- 网络安全技术联盟
- 2619字
- 2021-03-31 00:30:42
2.1 无线网络协议标准
无线局域网络(Wireless Local Area Networks,WLAN)利用射频(Radio Frequency,RF)或是红外线(InfraRed,IR)的技术,以无线的方式连接两部或多部需要交换数据的计算机设备,利用无线的高移动性来应用于各个需要的应用领域之中。
无线网络的通信协议标准为IEEE 802.11协议族,主要包括IEEE 802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n等。其中,IEEE 802.11n是在IEEE 802.11g和IEEE 802.11a之上发展起来的一项技术,最大的特点是速率提升,理论速率最高可达600Mb/s,而目前业界主流为300Mb/s。下图为IEEE 802.11协议族相互之间的关系。
IEEE 802.11协议族各个协议发布的时间以及使用频率等信息见下表。
表 802.11协议族的详细信息
2.1.1 IEEE 802.11
IEEE 802.11是无线局域网通用的标准,它是由IEEE所定义的无线网络通信的标准。虽然WiFi使用了IEEE 802.11的媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY),但是两者并不完全一致。
IEEE 802.11采用2.4GHz和5GHz这两个ISM频段。其中2.4GHz的ISM频段被世界上绝大多数国家采用,5GHz ISM频段在一些国家和地区的使用情况比较复杂,加上高载波频率所带来了负面效果,使得IEEE 802.11的普及受到了限制,即使它是协议组的原始标准。
2.1.2 IEEE 802.11a
IEEE 802.11a是IEEE 802.11原始标准的第一个修订标准,于1999年9月获得批准。IEEE 802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议,工作频率为5GHz,最大原始数据传输率为54Mb/s,达到了现实网络中等吞吐量(20Mb/s)的要求。
IEEE 802.11a的传输技术为多载波调制技术,被广泛应用在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合。它工作在5GHzU-NII频带,物理层速率可达54Mb/s,传输层可达25Mb/s,可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口,以及TDD/TDMA的空中接口;支持语音、数据、图像业务;一个扇区可接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。
由于2.4GHz频带已经被广泛使用,采用5GHz的频带让IEEE 802.11a具有更少冲突的优点。然而,高载波频率也带来了负面效果。IEEE 802.11a几乎被限制在直线范围内使用,这导致必须使用更多的接入点;同样还意味着IEEE 802.11a的传播范围不大。
2.1.3 IEEE 802.11b
IEEE 802.11b的出现是为了解决传输速率低的问题,如以前无线局域网的速率只有1~2Mb/s,而许多应用也是根据10Mb/s以太网速率设计的,限制了无线产品的应用种类。IEEE 802.11b从根本上改变了无线局域网的设计和应用现状。
1. IEEE 802.11b标准简介
IEEE 802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mb/s,比IEEE 802.11标准快5倍,扩大了无线局域网的应用领域。另外也可根据实际情况采用5.5Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s带宽,实际的工作速度在5Mb/s左右,与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施,可以基本满足使用要求。IEEE 802.11b使用的是开放的2.4GHz频段,不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充,也可独立组网,从而使网络用户摆脱网线的束缚,实现真正意义上的移动应用。
2. IEEE 802.11b优点
IEEE 802.11b具有如下优点:
(1)使用范围。IEEE 802.11b支持以百米为单位的范围(在室外为300m;在办公环境中最长为100m)。
(2)可靠性。与以太网类似的连接协议和数据包确认,来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
(3)互用性。与以前的标准不同的是,IEEE 802.11b只允许一种标准的信号发送技术,产品的互用性较强。
(4)电源管理。IEEE 802.11b提供了网卡休眠模式,访问点将信息缓冲到AP端,延长了电池的寿命。
(5)漫游支持。当用户在楼房或公司部门之间移动时,允许在访问点之间进行无缝连接。
3. IEEE 802.11b运作模式
IEEE 802.11b运作模式基本分为两种:点对点模式和基本模式。下面进行详细介绍:
(1)点对点模式,是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式,只要PC插上无线网卡即可与另一台具有无线网卡的PC连接,对于小型的无线网络来说,是一种方便的连接方式,最多可连接256台PC。
(2)基本模式,是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式,这是IEEE 802.11b最常用的方式。此时,插上无线网卡的PC需要由接入点与另一台PC连接,接入点负责频段管理及漫游等指挥工作,一个接入点最多可连接1024台PC(无线网卡)。
4. IEEE 802.11b的典型解决方案
IEEE 802.11b无线局域网由于其便利性和可伸缩性,特别适用于小型办公环境和家庭网络。在室内环境中,针对不同的实际情况可以有不同的解决方案。
(1)对等解决方案。对等解决方案是一种最简单的应用方案,只要给每台计算机安装一片无线网卡,即可相互访问。如果需要与有线网络连接,可以为其中一台计算机再安装一片有线网卡,无线网中其余计算机即利用这台计算机作为网关,访问有线网络或共享打印机等设备。
但对等解决方案是一种点对点方案,网络中的计算机只能一对一互相传递信息,而不能同时进行多点访问。如果要实现与有线局域网一样的互通功能,则必须借助接入点。
(2)单接入点解决方案。接入点相当于有线网络中的集线器。无线接入点可以连接周边的无线网络终端,形成星型网络结构,同时通过10Base-T端口与有线网络相连,使整个无线网的终端都能访问有线网络的资源,并可通过路由器访问外部网络。
2.1.4 IEEE 802.11g
与之前的IEEE 802.11协议标准相比,IEEE 802.11g草案有以下两个特点:一是在2.4GHz频段使用正交频分复用(OFDM)调制技术,使数据传输速率提高到20Mb/s以上;二是能够与IEEE 802.11b的WiFi系统互联互通,可共存于同一AP的网络里,从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡,延长了IEEE 802.11b产品的使用寿命,从而降低了用户的投资。
IEEE 802.11g的物理帧结构分为前导信号(Preamble)、信头Header和负载Payload。Preamble主要用于确定STA和AP之间何时发送和接收数据,传输进行时告知其他STA以免冲突,同时传送同步信号及帧间隔。Preamble完成后,接收方才开始接收数据。Header在Preamble之后,用来传输一些重要的数据,例如负载长度、传输速率、服务等信息。由于数据率及要传送字节的数量不同,Payload的包长变化很大,可以十分短也可以十分长。在一帧信号的传输过程中,Preamble和Header所占的传输时间越多,Payload用的传输时间就越少,传输的效率就越低。
综合上述3种调制技术的特点,IEEE 802.11g采用了OFDM等关键技术来保障其优越的性能,分别对Preamble、Header、Payload进行调制,这种帧结构称为OFDM/OFDM方式。IEEE 802.11g兼容性指的是IEEE 802.11g设备能和IEEE 802.11b设备在同一个AP节点网络里互联互通。IEEE 802.11g的一个最大特点就是要保障与IEEE 802.11bWiFi系统兼容,IEEE 802.11g可以接收OFDM和CCK数据,但传统的WiFi系统只能接收CCK信息,这就产生了一个问题,即在两者共存的环境中如何解决由于IEEE 802.11b不能解调OFDM格式信息帧头所带来的冲突问题,而为了解决上述问题,IEEE 802.11g采用了RTS/CTS技术。
2.1.5 IEEE 802.11n
IEEE 802.11n是在IEEE 802.11g和IEEE 802.11a的基础上发展起来的一项技术,最大的特点是速率提升,理论速率最高可达600Mb/s(目前业界主流为300Mb/s),IEEE 802.11n可工作在2.4GHz和5GHz两个频段。
IEEE 802.11n对用户应用的另一个重要好处是无线覆盖的改善。由于采用了多天线技术,无线信号(对应同一条信道)将通过多条路径从发射端到接收端,从而提供了分集效应。
另外,除了吞吐和覆盖的改善,IEEE 802.11n技术还有一个重要的功能就是要兼容传统的IEEE 802.11 a/b/g,以保证现有网络的运行。