802.11抓包分析

802.11抓包分析
1.实验目的
分析802.11协议，了解802.11的帧格式
2.实验环境及工具
操作系统：ubuntu
实验工具：WireShark
3.实验原理
（1）802.11MAC层数据帧格式：
Bytes 2 2 6 6 6 2 0-2312
4
Bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1
Version：表明版本类型，现在所有帧里面这个字段都是0
Type：指明数据帧类型，是管理帧，数据帧还是控制帧,00表示管理帧，01表示控制帧，10表示数据帧
Subtype：指明帧的子类型 ,Data=0000,Data+CF-ACK=0001，
Data+CF-Poll=0010, Data+CF-ACK+CF-Poll=0011,Nulldata=0100,CF-ACK=0101, CF-Poll=0110,Data+CF-ACK+CF-Poll=0111,QoS Data=1000,
Qos Data+CF-ACK=1001,QoS Data+CF-Poll=1010,
QoS Data+CF-ACK+CF-Poll=1011,QoS Null =1100,
QoS CF-ACK=1101,QoS CF-Poll=1110,QoS Data+CF-ACK+CF-Poll=1111
To DS/From DS：这两个数据帧表明数据包的发送方向，分四种情况：
若数据包To DS为0，From DS为0，表明该数据包在网络主机间传输
若数据包To DS为0，From DS为1，表明该数据帧来自AP
若数据包To DS为1，From DS为0，表明该数据帧发送往AP
若数据包To DS为1，From DS为1，表明该数据帧是从AP发送往AP
More flag.:置1表明后面还有更多段
Retry：置1表明这个以前发送一帧的重传
Pwr mgt.:置1表明发送发进入节能模式
More data：置1表明发送发还有更多的帧需要发送给接收方，当AP缓存了处于省电模式下的网络主机的数据包时，AP给该省电模式下的网络主机的数据
帧中该位为1，否则为0
Protected：置1表明该帧的帧体已经被加密
Order：置1告诉接收方高层希望严格按照顺序来处理帧序列
Duration：通告本帧和其确认帧将会占用信道多长时间
Address 1：发送方地址 Address 2：接收地址 Address 3：远程端点
Sequence：帧的编号
Data:有效载荷，长度可达2312字节
Check Sequence：CRC校验码
（2）802.11控制帧，每种控制帧的帧格式不一样，以RTS帧为例说明
Bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1
Version：表明版本类型，现在所有帧里面这个字段都是0
Type：指明数据帧类型，是管理帧，数据帧还是控制帧,00表示管理帧，01表示控制帧，
10表示数据帧
Subtype：指明数据帧的子类型，Power Save(PS)-Poll（省电轮询）=1010,RTS=1011,CTS=1100,ACK=1101,CF-End(无竞争周期结束)=1110，
CF-End(无竞争周期结束)+CF-ACK(无竞争周期确认)=1111，Block ACK=1001,
控制帧的To DS 至Order除Pwr.mgt.外必然为0
Receiver Address：接收方地址
Transmitter Address：发送发地址，CTS和ACK没有该字段
Check sequence：校验码
（3）管理帧,
Bytes 2 2 6 6 6 2 0-2312 4
Bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1
Version：表明版本类型，现在所有帧里面这个字段都是0
Type：指明数据帧类型，是管理帧，数据帧还是控制帧,00表示管理帧，01表示控制帧，
10表示数据帧
Subtype：指明数据帧的子类型，
Association Request(关联请求)=0000，
Association Response (关联响应)=0001，
Reassociation Request(重关联请求)=0010，
Reassociation Response(重关联响应)=0011，
Probe Request(探测请求)=0100，
Probe Response(探测响应)=0101，
Beacon(信标帧)=1000，
ATIM(通知传输指示信息)=1001，
Disassociation(解除关联)=1010，
Authentication(身份验证)=1011，
Deauthentication(解除身份验证)=1100
管理帧的To DS 与From DS均为0，其余Frame Control字段意义与数据帧一致
Destination Address：目的地址
Source Address:源地址
BSSID:基本服务集ID, 用于过滤收到的MAC帧(在基础型网络里为工作站所关联的AP 的MAC地址)
Sequence:帧序列号
Address Check sequence：校验码
4.实验步骤
1.配置wireshark，启动monitor mode,抓取wifi的数据包,如下图
2.分析抓取到的wifi数据包5.实验结果及分析1.数据帧
（1）数据帧
Version ，Type 和Subtype的08H,即00001000，后两位00，表明协议版本为0，倒数3、4位10 表明这是一个数据帧，前四位0000是subtype。

Frame control 后8位0AH，即00001010。

To DS=0，From DS=1，表明该数据帧来自AP。

More frag=0,表明这是该帧的最后一段，Retry=1,表明这是重传帧，Pwr. Mgt.=0,表明发送方没有进入节能模式；More data=0表明没有更多的帧，即No data buffered .Protected=0，表明没有加密，Order=0,表明没有严格的顺序要求。

Duration位为d500，低位为00，高位为d5，所以持续时间为00d5H=213微秒。

Address 1 =0022698ea744，接收方的MAC地址;Address 2= 0611b51a0a05,发送发地址，即AP地址；Address 3= 00005e00040a，远程远端地址；Sequence=3032,高位为32，低位为30，即 0011 0010 0011 0010,段号为0，帧号为0011 0010 0011B=803D，Check sequence=23093131H，检测结果为正确。

（2）上图帧紧接着的下一个数据帧
每发出去一帧Sequence中的12位帧号递增，Address 1 =0022698ea744，接收方的MAC地址;Address 2= 0611b51a0a05,发送发地址，即AP地址；Address 3= 00005e00040a，远程远端地址；这三个地址与上图中的帧一致，是同一发送方发送给同一接收方的连续两帧，帧号=804,帧号递增。

2．控制帧
（1）RTS帧
Version ，Type 和Subtype的b4H,即10110100，后两位00，表明协议版本为0，倒数3、4位01 表明这是一个控制帧，前四位1011是subtype,表明这是一个RTS；
Frame control 后8位00H，控制帧的这几位除Pwr.mgt.外必然是0. Pwr.mgt即发送方没有进入节能模式。

Duration位为6709，低位为67，高位为09，所以持续时间为096fH=2407微秒。

Receiver Address =00:22:69:8e:a7:44，接收方的MAC地址; Transmitter Address =06:11:b5:1a:0a:05，发送方地址；Check sequence=6e24f28cH，检测结果为正确。

（2）CTS帧
3、4位01 表明这是一个控制帧，前四位1100是subtype,表明这是一个CTS.
Frame control 后8位00H，控制帧的这几位除Pwr.mgt.外必然是0. Pwr.mgt即发送方没有进入节能模式。

Duration位为6f09，低位为6f，高位为09，所以持续时间为096fH=2415微秒。

Receiver Address =70f1al496492，接收方的MAC地址;Check sequence=a1d1f7e5H，检测结果为正确。

（3）ACK帧
Version ，Type 和Subtype的d4H,即11010100，后两位00，表明协议版本为0，倒数3、4位01 表明这是一个控制帧，前四位1101是subtype,表明这是一个ACK；
Frame control 后8位00H，控制帧的这几位除Pwr.mgt.外必然是0. Pwr.mgt即发送方没有进入节能模式。

Duration位为0000，所以持续时间为0微秒,ACK表明该帧的传送结束，所以持续时间为0，Receiver Address =00:22:69:8e:a7:44，接收方的MAC地址; Check sequence=6e24f28cH，检测结果为正确。

（4）Block ACK帧
3、4位01 表明这是一个控制帧，前四位1001是subtype,表明这是一个Block Ack,这是一个块确定帧
Frame control 后8位00H，控制帧的这几位除Pwr.mgt.外必然是0. Pwr.mgt即发送方没有进入节能模式。

Duration位为9400，低位为94，高位为00，所以持续时间为0094H=148微秒。

Receiver Address =70f1al496492，接收方的MAC地址。

Transmitter Address =3822d67704d3,发送方的MAC地址，Check sequence=d2ed060f，检测结果为正确。

其余位与Block ACK该种帧有关，Block Ack Type=02H，compressed Block；Block Ack Control=0005H,Block Ack Starting Sequence Control=9320H.
3. 管理帧
Version ，Type 和Subtype的80H,即1000 0000，后两位00，表明协议版本为0，倒数3、4位00 表明这是一个管理帧，前四位1000是subtype,表明这是信标帧，AP每隔一段时间就会发出的 Beacon（信标）信号，用来宣布 802.11 网络的存在
Frame control 后8位00H. To DS=0，From DS=0，管理帧这两位固定。

More frag=0,表明这是该帧的最后一段，Retry=0,表明这不是重传帧，Pwr. Mgt.=0,表明发送方没有进入节能模式，More data=0表明没有更多的帧，即No data buffered ,该位被置是因为有AP
缓存了数据给在休眠中的主机，由于To DS=0，From DS=0,数据再主机之间传送，所以More data必定为0.Protected=0，表明没有加密，Order=0,表明没有严格的顺序要求。

Duration位为0000，信标帧传送完，此次传输就已经结束，所以持续时间为0微秒。

Destination Address=ff ff ff ff,即为广播; Source Address=3822d67705d0, 为AP地址；BSSID=3822d67705d0,即AP地址；Sequence=6002,高位为02，低位为60，即0000 0010 0110 0000，段号为0，帧号为0000 0010 0110B=38D，Check sequence=8007c6e2H，检测结果为正确。

6.实验总结
十六进制表示的帧与帧格式字段，顺序对应关系不太合理。

如数据帧Frame Control在Packet bytes面板为080a，在Packet detail 面板显示为0a08. 0a08=0000 1010 0000 1000,所表示的分别是Order, Protected,Moredata,Pwr.mgt,Retry,More frag.From DS,To DS,Subtype,Type和Version,顺序与帧格式中描述的正好相反。

而Duration，Source字段均是两个字节，如Duration在Packet bytes面板中的十六进制为d500,延迟=213D=00d5H，后两位为高字节，与正常顺序相反。

而地址字节，在Packet bytes面板为0022698ea744，则MAC地址就为0022698ea744，这里的字节顺序没有反过来。

所以说用wireshark抓包得到的十六进制表示的帧，其顺序与帧格式中描述的顺序对应关系比较难理解。

7.参考资料
1.计算机网络（第五版）.Andrew S.Tanenbaum,David J.Wetherall
2. 802.11无线网络权威指南（第二版）Mattbew S. Gast。