[802.11][ MAC 管理帧的元件]

MAC管理帧

主要用来加入和推出wifi

mac 帧头 = 2+2+6+6+6+2 = 24字节

地址位

addr1 接收端设置 目的地址
addr2 发送端设置 源地址
addr3 设置加入网络的BSSID

计算时间duration

• 免竞争期间 发送的帧设置位32768
• 竞争期间
  • 广播和组播 设置为0
  • 不是最终片段，设置3SIFS+next frame+response
  • 最终片段 设置response+SIFS 设置

帧主体

1. 帧主体 如果使用长度固定的位，就是固定式位 （十种）
2. 长度不固定，称为信息元素

长度固定的管理帧元件

因为长度和次序固定不需要头

1. Authentication Algorithm Number （身份认证算法编号）

占2字节

目前只定义两种值
0 开放系统认证 open system authentication
1 共享密钥认证 shared key authentication
2-65535 保留 Reserved

2. Authentication Transaction Sequence Number(身份认证交易顺序编号)

占2字节，追踪身份认证的进度，值1 ~ 65535 不可为0

3. Beacon interval （信标间隔）

每隔一段时间发出beacon ，宣布网络存在，占2字节，设定beacon 之间间隔多少单位，单位TU代表1024微秒，相当于1ms，通常是100TU，0.1秒

4. Capability information 性能信息

性能信息占2字节，放在beacon中 用来通知各方，网络性能，也可放在Probe Request ,Probe Response帧

• ESS/IBSS(扩展服务组合/独立型基本服务组合)
  这两个位 互斥，只能支持一个

• Privacy
  设置1，代表使用WEP进行加密处理

• short Preamble (短同步信号)
  802.11b 增加这个位，为了支持HR/DSSS（高速字节序列扩展物理层），设置为1，代表网络使用的短同步信号（short preamble）0 表示不使用，BSS中禁止使用短同步信号。802.11g规定使用短同步信号

• PBCC（分组二进制卷积编码）
  802.11b增加此位，为了支持 HR/DSSS 设置1，使用二进制卷积编码调变机制（packet binary convolution coding）

• Channel Agility (机动信道转换)
  为了支持HR/DSSS 设置1，使用机动信道转换

• Short Slot Time (802.11g)
  表示802.11 支持较短的时常

• DSSS-OFDM (802.11g)
  使用802.11g DSSS-OFDM 帧构建

• Contention-free polling （免竞争）
  免竞争（CF-Pollable CF-Poll request）基本不用，设置为0

5. Current AP Adress

station 可以用Current AP Address （目前基站的地址）表明目前连接基站的mac地址，为了在连接（association）和重新连接（reassociation）

6. Listen interval（聆听间隔）

以Beacon interval 为单位计算出的休眠时间，要求为sta 暂存帧多久，用来判断占用基站资源，判断是否拒绝资源密集型的链接

7. Association ID(连接识别码)

占2字节，协助管理和控制，用低14位表示，1-2007，最高效的两位为1

8. Timestamp(时戳)

占8字节

9. Reason Code

当发送Disassociation （接触连接）或者 Deauthentication（解除身份认证）帧作为应答包含2字节的Reason code

reason code	含义
0	RES.
1	未指定(Unspecified)
2	之前的身份认证无效
3	工作站已经离开基本服务区或者扩展区，目前已经解除身份认证
4	闲置计时器超时，且工作站已经解除连接
5	基站资源不足，因此解除连接
6	从尚未认证的工作站所收到的帧类型或次类型不正确
7	从尚未连接的工作站所收到的帧类型或者次类型不正确
8	工作站已经离开基本服务器或者扩展服务区，目前已经解除连接
9	在身份认证完成之前要求连接或者重新连接
10(802.11h)	无法接受Power Capability 信息元素的设置值，因此解除连接
11(802.11h)	无法接受Supported Channels 信息元素的设定值，因此解除连接
12	RES.
13(802.11i)	信息元素不正确(802.11i 说加入的原因代码，是指802.11i的信息元素)
14(802.11i)	数据完整性检验失败
15(802.11i)	四道密钥磋商超时
16(802.11i)	群组密钥磋超时
17(802.11i)	四道磋商信息元素的安全参数与原始参数组合不符
18(802.11i)	群组密码锁不正确
19(802.11i)	成对密码锁不正确
20(802.11i)	身份认证与密钥管理协议不正确
21(802.11i)	未支持的固安网络信息元素版本
22(802.11i)	RSN IE 的性能不正确
23(802.11i)	802.1x 身份认证失败
24(802.11i)	所设定的使用政策所提议的密钥锁组
25-65535	保留

10. Status Code

表示某个过程成功或者失败

status code	含义
0	操作成功
1	未指定失败原因
2-9	RES.
10	所要求的能力范围过广无法支持
11	拒绝重新连接，之前的连接无法辨识和转移
12	拒绝重新连接，原因不在802.11标准指定的范围内
13	不支持所使用的身份认证算法
14	超乎预期的身份认证序号
15	身份认证被拒绝，回应信息有误
16	身份认证被拒绝，下一个帧并未出现在预定的期间
17	连接被拒绝，基站资源有限
18	连接被拒绝，工作站并未支持BSS所有的所有数据传输速率
19(802.11b)	连接被拒绝，工作站并未支持Short Preamble功能
20(802.11b)	连接被拒绝，工作站并未支持PBCC调制技术
21(802.11b)	连接被拒绝，工作站并未支持Channel agility功能
22(802.11h)	连接被拒绝，需要Spectrum Management功能
23(802.11h)	连接被拒绝，不接受Power Capability
24(802.11h)	连接被拒绝，不接受Supported Channels
25(802.11g)	连接被拒绝，工作站并未支持Short slot Time功能
26(802.11g)	连接被拒绝，工作站并未支持DSSS-OFDM功能
27-39	RES.
40(802.11i)	信息元素不正确
41(802.11i)	群组(广播/组播)密码锁不正确
42(802.11i)	成对(单点传播)密码锁不正确
43(802.11i)	身份认证与密钥管理协议不正确
44(802.11i)	为支持的固安网络信息元素版本
45(802.11i)	不支持RSN IE性能
46(802.11i)	密码锁组被使用政策拒绝
47-65535	RES.

管理帧的信息元素

信息元素是管理帧的组成元件，结构 Element ID(元素识别码1字节)+length(1字节)+信息

Element ID	Name
0	服务集标识 (SSID)
1	所支持的速率
2	跳频参数集合
3	直接序列参数集合
4	免竞争参数集合
5	数据待传信息TIM
6	IBSS 参数集合
7(802.11d)	国家country
8(802.11d)	跳频模式参数
9(802.11d)	跳频模式表
10(802.11d)	请求
11-15	RES.
16	盘查口令(challenge text)
17-31	RES.
32(802.11h)	功率限制
33(802.11h)	功率性能
34(802.11h)	发射功率控制请求
35(802.11h)	发射功率控制报告TPC
36(802.11h)	所支持的信道
37(802.11h)	信道切换宣告
38(802.11h)	测量请求
39(802.11h)	测量报告
40(802.11h)	噤声(quiet)
41(802.11h)	IBSS动态选频（IBSS DFS）
42(802.11g)	ERP信息
43-49	RES.
48(802.11i)	固安网络
50(802.11g)	扩展支持速率
32-255	RES.

WPA Wi-Fi Protected Access wifi 访问保护信息元素不属于 802.11官方版本

服务集标识（SSID）

SSID 方便管理员识别 0-32字节字符串，如果不加指定，就是广播SSID，只用于Probe Request帧，sta 找出所在的所有802.11的网络

支持速率（Supported Rates）

当sta 加入网络，先检查网络使用的数据速率，有些速率是强制的，必须全部支持

而一个信息元素包含若干个速率

最多8种速率，目前将扩展支持速率标准化（Extended Supported Rates），支持更多的速率

二进制对应的速率表:

二进制数值	响应速率(Corresponding rate Mbps)
2	1Mbps
4	2Mbps
11(802.11b)	5.5Mbps
12(802.11g)	6Mbps
18(802.11g)	9Mbps
22(802,11b)	11MMbps
24(802.11g)	12Mbps
36(802.11g)	18Mbps
44(802.11g)	22Mbps(802.11g PBCC选项)
48(802.11g)	24Mbps
66(802.11g)	33Mbps(802.11g PBCC选项)
72(802.11g)	36Mbps
96(802.11g)	48Mbps
108(802.11g)	54Mbps

跳频参数组合（FH Parameter Set）

• Dwell Time(停留时间)
  802.11 FH网络在信道间跳跃，停留在每隔信道的时间称为停留时间（Dwell time),停留时间以时间单位TUs为单位

• Hop Set(跳频组合)
  802.11 跳频物理层定义了若干个跳频模式（hoppong patterns），长度为1字节,代表使用的跳频模式组合

• Hop Pattern(跳频模式)
  工作站从跳频组合选出一种跳频模式，长度1字节，表示跳频模式

• Hop index(跳频索引)
  每种跳频模式包含一组跳频顺序，长度1字节，目前位于跳频顺序的哪一点上

直接序列参数集合（DS Parameter Set）

802.11直接序列网络只有一个字节的参数，网络使用的信道数

Traffic Indication Map(TIM)数据待传信息

指示哪些sta需要接收待传数据
每隔一段时间，尝试传递一些暂存帧给休眠中的工作站

TIM 的内容虚拟的bit 对应（virtual bitmap），2008个bit组成，每隔bit对应一个连接识别码AID，某个识别码有数据，设置为1

• DTIM Count（DTIM计数）
  1字节，代表下一个DTIM 数据待传指示传递信息帧发送前，即将发送的Beacon帧数，DTIM帧用来表示暂存的广播与组播帧即将被发送
• DTIM Period （DTIM 周期）
  1字节，代表两个DTIM帧之间Beacon interval 数，0保留未用，DTIM期间倒数为0
• Bitmap Control (bit对应控制)与 partial virtual bitmap (部分虚拟bit对应)

CF Parameter Set(免竞争参数集合)

用不到

IBSS 参数集合

只有一个参数ATIM window（数据待传指示通知信息间隔期间）用不到

• 国家（country）
  

• 国家字符串 3字节
  代表使用国家，前两个字符 ISO国码，有些国家对室内和室外不同的管制规定，第三个字符区别两者，第三个字符为I或者O

• First Channel Number 第一信道编码 1字节
  符合功率限制的最低信道

• Number of Channels(信道数，1字节)
  符合功率限制的频段大小，信道数指定，信道大小随PHY而有所不同

• Maximun Transmit Power (最大传输功率 1字节)
  dBm 单位

pad 补0码 1字节，可有可无
信息元素使用的字节必须刚好四偶数，为奇数用一个字节补上

Hopping pattern Parameter (跳频模式参数) 和 Hopping Pattern Table (跳频模式表)

看物理层

Request （请求）

Challenge Text (盘查口令)

802.11定义共享密钥身份认证系统，sta 成功解码一段加密的盘问口令通过盘问口令信息元素发送

功率限制（Power Constraint）

让网络向sta 传达允许的最大传输功率，是管制上的最大传输功率，信息元素内容1字节，还有实际使用功率，单位dBm,加入管制允许的最大功率10dBm，此信息元素值为2，本身工作站将本身最大传输功率设置为8dBm

功率性能 （Power Capability）

sta 大部分电池供电，所以需要功率控制，Power Capability 信息元素 得以报告本身最低和最高的传输功率 dBm单位

发射功率控制要求（TPC Request）

要求无线电波链路管理信息无内容len=0

发射功率控制报告（TPC Report）

直到整个链路的衰减情况，可以帮助sta 调整传输功率，TPC Report 信息元素散入各种管理帧，第一位代表传输功率dBm，第二个代表链路边际，安全边际值dBm单位

Support Channels 所支持的信道

记载支持的子频段中的最低信道，支持信道40-52，第一信道编码为40，信道数为12

Channel Switch Announcement 信道切换宣告

802.11h加入了动态信道切换信道能力，告知切换信道

• Channel Switch Mode(信道切换模式)
  当信道切换，设置为1，连接到sta 停止发送帧，知道信道切换完成，设置0，帧发送不受限制

• New Channel Number 新信道编号
  切换后新信道编号，小于255

• Channel Switch Count 信道切换计时
  记载再过多少Beacon 帧间隔后进行信道切换，信道切换会在发送Beacon 帧之前进行。

Measurement Request (测量要求) 和 Measure Report (测量报告)信息元素

测量报告属于802.11h的关键元件

噤声 Quiet

动态选频，为了避免与特定的军事雷达技术干扰，找出是否有干扰，用quiet，暂时关闭信道，改善测量质量

• Quiet Count(噤声计时)
  过多少Beacon 间隔后进入噤声期
• Quiet Period(噤声期)
  0，表示没有预先排噤声期，非0，代表每段噤声期间隔多少Beacon间隔
• Quiet Duration （噤声持续时间）
• Quiet offset（噤声便宜时间）
  指定beacon 间隔开始经过多少单位进入下一噤声期，时间小于一个Beacon 间隔时间

IBSS 动态选项 （IBSS DFS）

基础网络，基站负责动态选频，独立网络，sta 可以进行DFS（dynamic frequency selection）算法

用不到，所以不画图了

扩展物理层 （ERP）

802.11g,定义了扩展速率物理层（extend rate PHY ERP）

• Non-ERP Present （无ERP信息）
  非802.11g工作站连接网络就会设置1，如果监测到附近网络使用802.11g，会设置1
• Use Protection （使用防护机制）
  无802.11g 的工作站，设置为1
• Barker Preamble Mode(Baker 同步信号模式)
  如果sta 没有这个能力，设置这个bit

固安网络 信息元素（Robust Security Network RSN）

• version
  802.11i定义了版本1，0 保留未使用
• Group cipher suite 群组密码锁集合
  基站必须从选择一个相容于已经连接的工作站的群组密码锁，保护广播和组播，同时间只能是一种
  密码锁集合选项cipher suite selector4字节，由 OUI 同意识别符，代表的密码锁的编号组成802.11i所使用的OUI 00-0F-AC

OUI	Suite Type	Definition
00-0F-AC(802.11)	0	使用群组密码锁集合，只对成对密码锁有效
00-0F-AC	1	WEP-40
00-0F-AC	2	TKIP
00-0F-AC	3	RES.
00-0F-AC	4	CCMP
00-0F-AC	5	WEP-104
Vendor OUI	any	厂商自己定义

• Pairwise Cipher Suites(count + list) 成对密码锁集合
  用来保护单点传播帧的成对密码锁集合，2个字节计数，和一系列密码锁描述符组成，密码锁集合选项可以设置0，说明只支持群组密码锁集合

• Auth and Key Management (AKM) suites (count + list) 身份认证与密钥管理集合
  和成对密码锁集合选项一样

OUI	集合类型	身份认证	密钥管理
00-0F-AC	1	802.1x或PMK快取	密钥衍生自预设共享主钥
00-0F-AC	2	预设共享主密钥	密钥衍生自预设共享密钥
Vendor	any	厂商自己定义	厂商自己定义

• RSN Capabilities RSN 性能
  2字节
• pre-auth 事先身份认证
  和网络中其他基站事先身份认证
• No pairwise 无成对密钥
  一般不用
• Pairwise Replay Counter (成对重演计数器) 和 Group Replay Counter （群组重演计数器）
• PMK list
  如果基站快取 成对主钥 PMK （pairwise master key）可以在基站间进行快速换手，连接时提供给基站一串主钥，免除费时的身份认证
• 扩展支持速率 Extend Supported Rate
• Wi-Fi Protected Access （Wi-Fi 访问保护，WPA）
  WPA 从802.11i中取，使用TKIP 相比RSN 变动
  • 元素识别码 element ID 221 不是48
  • WPA 特有的00:50:F2:01 放在版本位之前
  • 使用微软00:50:F2 而非 802.11 的 OUI
  • 信息元素只支持一种密码锁集合Cipher suite 和一种身份认证 authentication suite
  • 使用TKIP 不是CCMP 作为预设的密码锁
  • WPA 不支持身份认证，因为pre -auth 肯定为0