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Wifi(无线通信技术)基础扫盲(一)
Wifi(无线通信技术)基础扫盲(二)
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Wifi(无线通信技术)基础扫盲(三)

   上一篇讲了生活中的各个设备在无线网中所担任的角色。这次就说说其内部的链接过程。

SSID和BSSID

   首先在说链接过程之前,先解释下这两个技术名词。

   SSID(Service Set Identifier服务集标识符)也可以写为ESSID,用来区分不同的网络,最多可以有32个字符,无线网卡设置了不同的SSID就可以进入不同网络,SSID通常由AP或无线路由器广播出来,通过XP自带的扫描功能可以查看当前区域内的SSID。出于安全考虑可以不广播SSID,此时用户就要手工设置SSID才能进入相应的网络。简单说,SSID就是一个局域网的名称,只有设置为名称相同SSID的值的电脑才能互相通信。

   SSID号实际上有点类似于有线的广播或组播,他也是从一点发向多点或整个网络的。一般无线网卡在接收到某个路由器发来的SSID号后先要比较下是不是自己配置要连接的SSID号,如果是则进行连接,如果不是则丢弃该SSID广播数据包。

   BSSID 是指站点的 MAC 地址,(STA)在一个接入点,(AP)在一个基础架构模式, BSS 是由 IEEE 802.11-1999 无线局域网规范定义的。这个区域唯一地定义了每个 BSS 。在一个 IBSS 中,BSSID 是一个本地管理的 IEEE MAC 地址,从一个 46 位的任意编码中产生。地址的个体/组位被设置为 0 。通用/本地地址位被设置为 1 。

   将你手机的wifi打开,等待一段时间的扫描,你就能看到环境中的Wifi无线的SSID。BSSID就是指你设备的物理地址,这一点稍后再展开。

 

   电脑的物理地址:

STA链接过程

   连接三步骤

  1. 扫描(Probe Request、Probe Response)
  2. 认证(Authentication)
  3. 关联(Association Request、Association Response)

   

扫描阶段

   STA 发送 Probe Req 帧,携带 SSID 表明欲加入的网络,携带 Supported Rates 表明自身的能力。

   AP 回复 Probe Rsp 帧,这是 AP 的义务,(AP 允许此 STA 连接的情况下)也携带 Supported Rates 表明自身的能力。

   作用:STA 获取 AP 的能力,决定要不要加入该网络;AP 获取 STA 能力,并根据自身情况决定要不要让该 STA 加入自身网络。

   打个比方:STA 好比应聘者, AP 好比公司。应聘者投简历表明自己想要进入哪家公司,同时简历上面写上自己的能力。公司收到简历后,考虑还需不需要招人以及该应聘者能力情况,决定要不要准备招收该应聘者。如果准备招收,则公司也将自身的一些能力情况介绍给该应聘者,毕竟双向选择嘛。如果决定不接收,则回复拒绝,当然公司会稍微委婉点:回去等通知。

认证阶段

STA 收到 Probe Rsp 帧,决定要不要加入此网络,若决定加入,则发送 Auth 帧进行身份认证,否则流程接收。

STA 在 Auth 包中表明认证算法类型,0:Open System,1:Shared Key。

Shared Key 方式即代表使用 WEP 加密方式,Open System 方式即代表使用 TKIP/WPA/WPA2 方式。

使用 Shared Key 方式,是真实的身份认证过程,Auth 共有 4 步骤:

   Auth seq#1:由 STA 发起认证请求,携带认证算法类型:Shared Key   

   Auth seq#2:AP 回复一个挑战明文(challenge text )

   Auth seq#3:STA 使用预设密钥对挑战铭文进行加密,然后发送给 AP

   Auth seq#4:AP 收到后,使用密钥对收到的消息进行解密,如果解密成功且明文一致表示认证成功,回复 successful

使用 Open System 方式,表明真正的身份认证放到 EAPOL 阶段,所以 Auth 只有两步骤:

   Auth seq#1:由 STA 发起认证请求,携带认证算法类型:Open System

   Auth seq#2:AP 直接回复 successful,因为真正的身份认证会放在 EAPOL 阶段

关联阶段

   STA 收到认证通过报文后,决定要加入当前网络,就会发送 Assoc Req 帧。指明要加入的网络的类型、自己的 Listen Interval(聆听间隔,即 STA 多久聆听一次 Beacon 帧,以监听 TIM 信息)和一些能力信息。

   AP 收到 Assoc Req 帧后,最终确认 STA 的 Listen Interval 自己能不能接受,能力信息是否匹配,如果一切 OK,回复 Assoc Rsp 帧,携带 AID(Association ID) 和 successful 信息,表明关联成功。否则,回复 Assoc Rsp 帧,携带 failed 信息,表明关联失败,同时 AP 也会从 mac table 中删除此 STA。

   接上个比方:如果应聘者收到了 offer,并且也决定要去这家公司,则该应聘者会去公司报到,同时携带自身体检报告。公司接待该应聘者,如果体检报告不合格,公司最终也可以决定不接收该应聘者。如果体检报告合格,公司则会给该应聘者办理入职手续,并且给该应聘者分配一个工号,从此该应聘者便是公司的一员了。

EAPOL 阶段

   如果采用的是 Shared Key 方式,即 WEP 加密方式,认证已在 Auth 阶段完成,完成上述关联阶段即已正式加入网络,后续可以通过密钥对消息加解密和 AP 进行正常通信了。

   如果采用的是 Open System 方式,即 TKIP/WPA/WPA2 方式,在 Auth 阶段其实没有进行身份认证的工作,在 Auth 阶段就决定把身份认证的工作放在当前 EAPOL 阶段了。所以此种方式下,要进行 EAPOL 步骤,常见的就是 4-way handshake,当然还有 2-way-handshake。

   关于加密方式,放到后面的篇章去讨论。所以,整个链接过程就是上述四个主要步骤。有条件的小伙伴可以用笔记本电脑,安装上Wireshark软件,利用自己手机作热点,让笔记本链接上,就能看到整个的链接过程了。下一篇主要介绍,Wifi的发展历程以及各个版本的区别。

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