IEEE 802.11 序列帧

IEEE_802_11

在上面的示意图里,Preamble(序言)和PLCP header是物理层驱动的使用的一些信息,而我们获取的MAC层协议帧是MPDU部分,MPDU是Mac protocal data unit的简称,即IEEE 802.11在 MAC 层的数据单元。

MPDU分为三大类:管理帧、控制帧和数据帧。通过Frame Control里的Type值,我们可以判断当前数据帧是什么类型:

  • 管理帧(00) 这类数据帧主要用来进行身份验证,发送信号(Beacon)等。

  • 控制帧(01) 发送RTS/CTS,ACK等一些查询和控制响应帧。

  • 数据帧(10) 携带更高层的数据(如IP数据包,ISO7层协议)。

在这三个大类下面,又会根据subtype的不同将数据帧分为不同的类型。

由于,每种数据帧对应的数据格式是不同的(除了Frame control部分以外),所以说如果我们解析某个数据帧格式,需要根据具体的类型来判断:

管理帧(00)

管理帧根据subtype的不同,又分为如下类型:

subtype描述
0000Association request (关联请求)
0001Association response (关联响应)
0010Reassociation request(重关联请求)
0011Reassociation response(重关联响应)
1010Disassociation(解除关联)
0100Probe request(探测请求)
0101Probe response(探测响应)
1000Beacon(信标,由AP发出,告知BSS的存在)
1001ATIM(通知传输指示消息)
1011Authentication(身份验证)
1100Deauthentication(解除认证)
1101~1111Reserved(保留,未使用)

Beacon帧格式:

IEEE_802_11

Probe Request帧:

IEEE_802_11

Probe Response帧:

IEEE_802_11

ATIM帧:

IEEE_802_11

Disassociation与Deauthentication帧:

IEEE_802_11

Association Request帧:

IEEE_802_11

Reassociation Request帧:

IEEE_802_11

Authentication帧:

IEEE_802_11

控制帧(01)

Subtype值描述
1010Power Save- Poll(省电-轮询,由休眠的AP定时发送)
1011RTS(Request To Send,请求发送,预约信道,帧长20字节)
1100CTS(Clear To Send,清除发送,收到RTS后,如果同意预约,就通过CTS告知其他人在一定时间内暂停向自己发送数据,避免冲突,帧长14字节)
1101ACK(确认收到的数据帧,如果收到的数据帧校验出错,则不发送ACK,等待重传。)
1110CF-End(无竞争周期结束,让STA脱离协调模式,开始基于竞争模式。)
1111CF-End+CF-ACK(无竞争周期结束+无竞争周期确认)

RTS帧:

IEEE_802_11

CTS帧:

IEEE_802_11

ACK帧:

IEEE_802_11

PS-Poll:

IEEE_802_11

数据帧(10)

Subtype值描述
0000Data(传输数据)
0001Data+CF-ACK
0010Data+CF-Poll
0011Data+CF-ACK+CF-Poll
0100Null(无数据的空帧)
0101CF-ACK(无竞争周期的确认,用于确认之前所收到的帧)
0110CF-Poll(无竞争周期的轮询,用于通知已经没有数据要传输)
0111Data+CF-ACK+CF-Poll
1000Qos Data
1001Qos Data + CF-ACK
1010Qos Data + CF-Poll
1011Qos Data + CF-ACK+ CF-Poll
1100QoS Null(未传送数据)
1101QoS CF-ACK(未传送数据)
1110QoS CF-Poll(未传送数据)
1111QoS CF-ACK+ CF-Poll(未传送数据)

IBSS帧:

IEEE_802_11

由接入点发出的数据帧格式(From AP):

IEEE_802_11

发送至接入点的数据帧格式(To AP):

IEEE_802_11

WDS数据帧:

RadioTap

当无线网络接口处于monitor模式时,内核会生成一个名为RadioTap的数据添加在IEEE802.11数据帧(MPDU)的前面,该Radiotap记录了热点的信息,如信号强度、MPDU帧信息等信息。意思就是在正常的IEEE802.11数据帧前面,内核又额外给你加了一块RadioTap类型的数据,这块数据记录了一些无线网的属性。

---------------------|--Header--|--Data--|---------------------

RadioTap的结构包括Header和Data两部分,首先看一眼Header:

struct ieee80211_radiotap_header {
    u_int8_t        it_version;     /* set to 0 */
    u_int8_t        it_pad;
    u_int16_t       it_len;         /* entire length */
    u_int32_t       it_present;     /* fields present */
} __attribute__((__packed__));

it_version 是一个8位的版本号,值始终为0,it_pad未使用,只作字段对齐用,it_len 是整个Radiotap的长度,如果你不关心Radiotap里具体包含哪些信息,可以通过这个值跳过解析Radiotap的解析。it_present 是Data数据的掩码,标识哪些数据出现在接下来的Data里。

在这里面,it_present是最有趣的一个值,它总共有32位,里面的每一位都代表一种数据有没有出现在接下来的Data里。什么意思呢,我们知道每一位的值无非就是0和1两个值,如果该位是1则表示该位代表的数据在RadioTap里的Data部分携带了,并且每一位对应什么值都可以在这里(http://www.radiotap.org/defined-fields)查到,例如是它的size多大或是它代表了啥含义。

it_present代表的数据出场顺序与这32个掩码的位置是依次相关的。也就是第一位携带的数据如果有,永远是靠在最前的,其他的依次排列。通常it_present的最后一位Ext为0,此时Data紧随it_present之后出现。如果Ext为1,表明开发者增加了it_present字段,每个增加的it_present大小都是标准的32位,直到最后一个Ext为0的it_present出现时,Data才会紧接着出现。除Ext之外Present中倒数第2、3位是设备厂商的保留位,不能作为Data掩码使用。

.... .... .... .... .... .... .... ...1 = TSFT : True
.... .... .... .... .... .... .... ..1. = Flags: True
.... .... .... .... .... .... .... .1.. = Rate : True
.... .... .... .... .... .... .... 1... = Channel : True
.... .... .... .... .... .... ...0 .... = FHSS : False
.... .... .... .... .... .... ..1. .... = Antenna signal  : False
.... .... .... .... .... .... .0.. .... = Antenna noise : False 
.... .... .... .... .... .... 0... .... = Lock quality : False
.... .... .... .... .... ...0 .... .... = TX attenuation : False 
.... .... .... .... .... ..0. .... .... = dB TX attenuation : False 
.... .... .... .... .... .0.. .... .... = dBm TX power : False  
.... .... .... .... .... 1... .... .... = Antenna  : True
.... .... .... .... ...0 .... .... .... = dB antenna signal : False
.... .... .... .... ..0. .... .... .... = dB antenna noise : False
.... .... .... .... .1.. .... .... .... = RX flags : False
.... .... .... .... 0... .... .... .... = MCS : False
.... .... .... ...0 .... .... .... .... = A-MPDU status : False
.... .... .... ..0. .... .... .... .... = VHT : False
.... .... .... .0.. .... .... .... .... = ... 
0... .... .... .... .... .... .... .... = Ext:False

掩码对应信息:

位置编码大小名称描述
08byteTSFT只对接收帧有效,表示MPDU第一个bit到达MAC时的时间,单位是微秒
11byteFlags发送或接收帧属性,包括一些有用信息,比如FCS是否符合
21byteRate传输或接收速率,单位500kbs
32byteChannel发送接收信号的频率,单位是MHz
41byteFHSS跳频技术,是无线通讯最常用的扩频方式之一
51byteAntenna signal天线的射频信号强度,单位是dBm
61byteAntenna noise天线的射频噪声强度,单位是dBm;
72byteLock quality信号质量
82byteTX attenuation与出厂标准最大功率相比的功率衰减,0为最大功率
92bytedB TX attenuation与出厂标准最大功率相比的功率衰减dB值,0为最大功率
101bytedBm TX power传输功率的dBm值,这是在天线端口测量的功率绝对值
111byteAntenna发送或接收该帧的天线索引编号(硬件编号从0开始);
121bytedB antenna signal天线的射频信号的相对功率强度dB值;
131bytedB antenna noise天线的射频噪音的相对功率强度dB值;

示例

参考


本文章由作者:佐须之男 整理编辑,原文地址: IEEE 802.11 序列帧
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