6 --> MAC层协议

MAC 的全称 medium acess control 即媒体访问控制,以太网的数据链路层。

概述

以太网(Ethernet)是数字设备、英特尔、施乐在1982年联合公布的标准(实际上这是以太网的第二版,即Ethernet II)。它采用CSMA/CD介质访问控制,传输速率仅为10Mbps。
1985年,IEEE的802委员会公布一个系列的以太网标准,见下图:
在这里插入图片描述
在帧格式上,主要有过六种:

1. Ethernet I

最原始的以太网标准,它由施乐公司提出,它是3Mbps+CSMA/CD的封装格式。其中最关键的字段是Type(类型)字段,以便支持多种网络层的协议包,如TCP/IP、IPX/SPX等。但应用不广泛,随后被新的以太网版本取代。

2. Ethernet II

由上述提到DIX三家公司在1982年发布的,即DIX2.0以太网帧格式。主要更改了上一版本的电气特性和物理接口,帧格式无变化。最小帧(含首尾信息块)长度为64字节,最长为1518字节。如下图所示:

在这里插入图片描述- 目标MAC 地址:数据的接收方 MAC 地址;

  • 源 MAC 地址:数据的发送方 MAC 地址;
  • 协议类型: 该MAC数据报中包装的网络层数据报协议类型,此字段值域小于0600H值是用于IEEE802的,表示数据包的长度;若该字段大于0600H值,它就定义该数据报的网络层数据报文类型;
    如:0800 IP数据报,0806 ARP请求报文,8035表示RARP 报文(ARP应答报), 8100 表示 802.1Q 协议( VLAN 协议),
  • 数据 :该数据报的数据内容;
  • CRC 校验: 4byte的CRC检验码。

3. Ethernet 802.3 Raw

这是Novell公司在1983年公布的以太网标准,仅支持IPS/SPX协议。当时以并未正式发布的802.3标准,相对Ethernet II帧来说,就多了2个字节的0xFFFF用于区分,由于总的帧长度不变,所以数据字段中的最小和最大长度也相应减少2个字节,为44~1498字节。如下图所示:
在这里插入图片描述

4. Ethernet 802.3 SAP

这是IEEE在1985年发布的第一个以太网帧标准,SAP是服务点的意思,该标准添加了LLC头,其包含目的服务访问点(DSAP)、源服务访问点(SSAP)和控制(Control)三个字段,另外源Ethernet II的Type字段更换成了Length字段。因为添加了三个字段,所以数据长度范围相应改为43~1497字节。该版本很快就被IEEE更新为LLC和SNAP版本。其格式如下图所示:
在这里插入图片描述

5. 802.3/802.2 LLC

IEEE在1997年正式发布,由SAP版本发展而来,帧格式保持一致,但这是IEEE正式划分LLC子层后第一个以太网标准,第一次把DSAP、SSAP、Control三个字段当做LLC头。

6. 802.3/802.2 SNAP

这是为了在保证支持LLC标准上支持更多上层协议,主要是更好的支持IP协议,该标准于1998年发布,SNAP(Sub Network Access Protocol)是子网访问协议,支持传输多种协议的网络访问协议。

与LLC帧格式一样,SNAP也有LLC头,但扩展了其属性:添加了2个字节的类型字段,用于标识更多上层协议类型;另新增了3字节的OUI(组织唯一标识)字段,用于所选上层协议的组织。对应的,数据字段长度范围也调整为38~1492字节。如下图所示:
在这里插入图片描述
上述就是6种主要帧格式的介绍,曾经或现在主流应用的是II、LLC、SNAP三种,其主要差别如下图所示:
在这里插入图片描述
被广泛应用的是DIX Ethernet V2标准。

IEEE发布的以太网协议对应的字段取值如下:

协议 ID以太网协议
0x0800Internet Protocol, Version 4 (IPv4)
0x0806Address Resolution Protocol (ARP)
0x0842Wake-on-LAN Magic Packet
0x1337SYN-3 Heartbeat Protocol (SYNdog)
0x22F3IETF TRILL Protocol
0x6003DECnet Phase IV
0x8035Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
0x809BAppleTalk (Ethertalk)
0x80F3AppleTalk Address Resolution Protocol (AARP)
0x8100VLAN-tagged frame(IEEE 802.1Q)
0x8137Novell IPX (alt)
0x8138Novell
0x8204QNX Qnet
0x86DDInternet Protocol, Version 6 (IPv6)
0x8808MAC Control
0x8809Slow Protocols (IEEE 802.3)
0x8819CobraNet
0x8847MPLS unicast
0x8848MPLS multicast
0x8863PPPoE Discovery Stage
0x8864PPPoE Session Stage
0x886FMicrosoft NLB heartbeat
0x8870Jumbo Frames
0x887BHomePlug 1.0 MME
0x888EEAP over LAN (IEEE 802.1X)
0x8892PROFINET Protocol
0x889AHyperSCSI (SCSI over Ethernet)
0x88A2ATA over Ethernet
0x88A4EtherCat Protocol
0x88A8Provider Bridging (IEEE 802.1ad)
0x88ABEthernet Powerlink
0x88CCLLDP
0x88CDsercos III
0x88D8Circuit Emulation Services over Ethernet (MEF-8)
0x88E1HomePlug AV MME
0x88E3Media Redundancy Protocol (IEC62439-2)
0x88E5MAC security (IEEE 802.1AE)
0x88F7Precision Time Protocol (IEEE 1588)
0x8902IEEE 802.1ag Connectivity Fault Management(CFM) Protocol / ITU-T Recommendation Y.1731(OAM)
0x8906Fibre Channel over Ethernet
0x8914FCoE Initialization Protocol
0x9000Configuration Test Protocol(Loop)
0x9100Q-in-Q

通过此表可以清晰梳理链路协议类别,如传输网经常使用的协议,VLAN、Q-in-Q、MPLS等传输协议。

<think>我们正在讨论无线网络连接流程,特别是ProbeRequest/Response及关联的请求响应过程。根据用户需求,我们将重点放在802.11协议(尤其是WiFi)的连接过程,包括探测请求响应,以及后续的认证关联过程。无线网络连接的基本步骤:1.扫描(Scanning):-主动扫描:客户端发送ProbeRequest帧,AP回应ProbeResponse帧。-被动扫描:客户端监听AP定期发送的Beacon帧。2.认证(Authentication):-开放系统认证(OpenSystemAuthentication)或共享密钥认证(现在很少用)。-802.11i/WPA2/WPA3使用更安全的认证方式(如EAP),但认证帧交互是必要的。3.关联(Association):-客户端发送AssociationRequest帧,AP回应AssociationResponse帧。4.认证密钥管理(如WPA2/WPA3的四次握手)等安全过程。用户特别要求ProbeRequestResponse的详细过程,因此我们将重点放在主动扫描阶段。详细过程:1.ProbeRequest(探测请求):-由客户端(STA)发送,用于主动发现范围内的无线网络。-帧结构:-包含客户端的MAC地址。-可以指定要探测的SSID(即特定网络)或广播SSID(空字符串或广播地址)。-目的:寻找可用的AP。2.ProbeResponse(探测响应):-当AP收到ProbeRequest帧(如果是广播的或指定了该AP的SSID)时,会回应ProbeResponse帧。-帧结构:-包含AP的MAC地址(BSSID)、SSID、支持的速率、能力信息(如支持的认证方式、信道宽度等)以及其他参数(如RSNIE用于安全信息)。-目的:告知客户端自己的存在基本能力。关联请求响应过程:3.Authentication(认证):-在主动扫描后,客户端选择一个AP进行认证。-开放系统认证:通常发送两个帧(AuthenticationRequestAuthenticationResponse),实际上不进行真正的认证(任何客户端都可以连接),真正的安全在后续的EAP或四次握手中完成。4.AssociationRequest(关联请求):-客户端发送AssociationRequest帧,包含选择的SSID、客户端的能力(支持的速率等)以及一些信息元素(如RSNIE,表明客户端支持的安全能力)。5.AssociationResponse(关联响应):-AP回应AssociationResponse帧,包含关联状态码(成功或失败)以及关联ID(AID)等。时序图(文字描述):时间轴:1.客户端->AP:ProbeRequest(广播或指定SSID)2.AP->客户端:ProbeResponse3.客户端->AP:AuthenticationRequest4.AP->客户端:AuthenticationResponse5.客户端->AP:AssociationRequest6.AP->客户端:AssociationResponse注意:在WPA2/WPA3中,认证过程实际上被四次握手(或更复杂的EAP交换)所取代,但为了兼容,仍然会有简单的认证帧交换(通常是开放系统认证,然后进行四次握手)。引用说明:-在无线网络连接流程中,802.11标准定义了这些帧的交互[^2]。其中,802.11ax(WiFi6)在物理做了改进,但MAC的基本连接流程与之前的标准类似[^2]。相关问题:1.主动扫描被动扫描有什么区别?2.在无线网络连接中,开放系统认证共享密钥认证有何不同?3.请解释WPA2的四次握手过程。4.802.11ax(WiFi6)在连接流程上与之前的802.11标准有何异同?注意:由于用户要求生成相关问题,我们在最后提供。</think>### 无线网络连接时序详解(802.11协议) 无线网络连接的核心流程包括**扫描→认证→关联→安全握手**四个阶段,以下是Probe Request/Response及关联过程的时序详解: #### 1. **扫描阶段:Probe Request/Response** ```mermaid sequenceDiagram participant STA as 客户端设备 participant AP as 无线接入点(AP) STA->>AP: Probe Request帧 Note over STA,AP: 广播或指定SSID AP-->>STA: Probe Response帧 Note over AP: 包含SSID、支持速率、<br/>安全能力等信息[^2] ``` - **Probe Request**: - 客户端广播发送(或定向发送指定SSID) - 携带客户端MAC地址、支持的数据速率 - **Probe Response**: - AP在收到请求后立即响应(通常<1ms) - 包含关键信息: - SSID网络名称 - 支持的物理参数(如802.11ax的OFDMA能力[^2]) - 安全协议类型(WPA2/WPA3) - 信标间隔时间 #### 2. **认证阶段** ```mermaid sequenceDiagram STA->>AP: Authentication Request AP-->>STA: Authentication Response Note over AP: 状态码0表示成功 ``` - 开放系统认证(现代网络主流): - 无密码验证,仅确认设备合法性 - 实际安全在后续四次握手实现 #### 3. **关联阶段** ```mermaid sequenceDiagram STA->>AP: Association Request Note over STA: 声明客户端能力参数 AP-->>STA: Association Response Note over AP: 分配关联ID(AID)<br/>协商传输参数 ``` - 客户端提交支持速率、QoS能力 - AP分配关联ID并确认通信参数 #### 4. **安全握手阶段(WPA2为例)** ```mermaid sequenceDiagram AP->>STA: EAPOL-Key(ANonce) STA->>AP: EAPOL-Key(SNonce+MIC) AP->>STA: EAPOL-Key(GTK+MIC) STA->>AP: EAPOL-Key(确认) ``` - 四次握手生成临时密钥(PTK) - 验证双方身份合法性 - 传输组密钥(GTK)用于组播[^2] > **关键时序特征**: > 1. Probe交互在2.4GHz/5GHz信道独立发生 > 2. AP响应延迟通常<1ms(受信道竞争影响) > 3. 完整连接流程平均耗时50-200ms > 4. 802.11ax优化:通过OFDMA减少多设备竞争延迟[^2]
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