无线网络安全第三章

802.15.4 868MHz 20kb/s
802.15.4 915MHz 40kb/s
802.15.4 2.4GMHz 250kb/s
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WLAN与WPAN
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IEEE 802.15.3
802.15.3: 关注高速率 WPAN的开发，如应用 ： 这些应用有如下要求： 这些在WLAN中并不容 易满足，所以开发了新 的标准IEEE 802.15.3
2. 连接(connection)：设备作为主站或从站 连到微微网
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7个临时子状态
另外还存在7个临时子状态，被用来向微微网 加入新的从站：
(1)寻呼(page)： (2)寻呼扫描(page scan) (3)主站响应(master response) (4)从站响应(slave response) (5)查询(inquiry) (6)查询扫描(inquiry scan) (7)查询响应(inquiry response)
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蓝牙技术
1994年: 爱立信决定开发一种低功耗、低成本的 无线接口。该公司的工程师J. Haartsen博士和 S. Mattisson博士发明了蓝牙技术(IEEE 802.15.1)
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蓝牙技术的发展历程
1998.5: 爱立信联合IBM、Intel、Nokia、Toshiba 一起成立蓝牙特殊利益集团SIG。3Com、朗讯、微 软、摩托罗拉等也很快加盟SIG 1999.7: SIG公布了蓝牙标准1.0版 1999.12: 公布1.0b版 2001.4: 公布1.1版 2003.11: 公布1.2版 2004.8: 公布了2.0版 2009.4: 公布了3.0版(蓝牙核心规范3.0版 高速)
无线网络安全
无线个域网标准与技术
主要内容
蓝牙(Bluetooth)技术与安全 红外联网技术IrDA ZigBee
HomeRF
超宽带(UWB)
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无线个域网（PAN）
例：通过短距离的无线电，将一台计算机 的各个部件连接起来
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S
M ——主设备
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S ——从设备
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主/从关系
多个微微网之间 互联成分散网 （scatternet） 一个微微网的设 备也可以作为另 一个微微网的一 部分存在，并在 每个微微网中起 主设备或者从设 备的功能
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M
M
M/S
M
M
M
M
M
M
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纠错
蓝牙使用三种纠错模式：
(1)l/3比例的FEC(forward error correction， 前向纠错) (2)2/3比例的FEC
(3)ARQ(automatic repeat request，自动重传 请求)
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信道控制
可以从链路建立和维护期间的操作状态等方 面理解微微网的操作。存在两个主要的状 态： 1. 维持(standby)：默认状态。这是一个低功 率状态，只有一个本地时钟在工作
OBEX SDP RFCOMM L2CAP
Modem传 真 或 驱 动 器 应 用 AT命 令 RFCOMM L2CAP PPP SDP
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LAN接入
微微网的设备连接到LAN上
LAN接 入 应 用 例 如 IP PPP RFCOMM L2CAP SDP
同步
为诸如电话薄、日历、消息 和便栈信息等个人信息提供 了设备间的同步
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微微网/散布式网络的优点
允许大量设备共享相同的物理区域，并有效的利 用带宽
一个蓝牙设备使用一个载波间隔为1MHz的跳频模式， 一般而言，80MHz的带宽可使用的频率高达80个 在任意给定的时间内，可用的带宽为1MHz，最多可由 8台设备共享此带宽 不同的逻辑信道(不同的跳频序列)能同时共享同样的 80MHz的带宽 当设备在不同微微网，不同逻辑信道且碰巧在相同时 间使用相同跳跃频率时，就会产生冲突在一个物理 区域内微微网的数量增加时，性能就会下降
目的：定义互操作性的标准，使来源于不同厂商、声 称支持给定应用模型的产品能一起工作
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蓝牙协议栈
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核心协议(core protocol)形成五层栈
1. 无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式 和传输功率在内的空中接口细节 2. 基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、 分组格式、计时和功率控制 3. 链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责 在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。包括 诸如认证、加密及基带分组大小控制和协商等安全因素 4. 逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层。 提供无连接和面向连接服务 5. 服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询 问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙 设备间建立连接成为可能
• 将数字照相机连 接到打印机上 • 笔记本与投影机 的连接 • 摄像机图像显示 在电视中 • 远程取景器连接 到视频或数字相 机上
• 短距离传输（ 10m） • 高流通量（超过 20Mb/s） • 低功耗（靠电池 ） • 简易的连接
• 802.15.3可以得 到11~55Mb/s的 速度 • IEEE 802.15.3a 提出了更高速率 (110Mb/s或更高)
异步无连接(asynchronous connectionless，ACL)：主设 备与微微网中所有从设备间的一条点对多点的链路。在未预 留给SCO链路的时隙中，主设备能与任一以单时隙为基础的 从设备交换分组，包括已在SCO链路上的从设备。只有单独 的ACL链路可以存在。大多数ACL分组使用分组重传
IEEE 802.15工作组针对无线个域网，以上述技 术为基础，进行无线个域网的标准化工作
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IEEE802.15标准
标准的构成：
802.15.1: 以既有蓝牙标准为基础，制定蓝牙 无线通信规范的正式标准 802.15.2: 为802.11和802.15(两者使用相同 的频段)开发共存的推荐规范 802.15.3: 开发比802.11设备有低成本和低功 耗的设备标准，但有明显的高速率 802.15.3a: 在同样的MAC层上提供比.15.3更 高的数据率 802.15.4: 开发一个非常低成本、非常低功耗 的比802.15.1数据率要低的设备标准
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蓝牙应用
蓝牙为3个使用短距离无线连接的通用应用领域提 供支持：
数据和语音接入点：通过手持或固定通信设备提供 便利的无线连接 电缆替代 自组网络（Ad hoc network）
大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中。一 个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用协 议。每个概要文件定义了支持一特定应用模型的 协议和协议特性
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WPAN的范围通常只有几米，用于互联计算机、 计算机外围设备、以及用于连接到另一个网络的 设备(如Internet网关) 常用技术(电缆替换技术)：
蓝牙（无需驱动程序） 红外数据协会（IrDA）标准 ZigBee（IEEE 802.15.4 ） RFID（射频识别） UWB（超宽带无线技术） HomeRF
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跳频（Frequency Hopping，FH）
目的：
阻碍干扰和多路效应 为放臵在不同微微网中的设备提供多种接入的形式
总带宽被分为79个物理信道，每个信道的带宽为 1MHz。跳频速率为1600跳/s
每条物理信道被占时间持续0.625ms，称为一个时隙 在同一个区域内，不同的微微网将使用不同的跳频序列， 这样，在大部分的时间内，相同区域的不同微微网传输 将在不同的物理信道内 偶尔出现不同的微微网在同一个物理信道，则导致冲突 和数据丢失，此时使用前向纠错和检错技术/ARQ技术
同步应用 IrMC OBEX RFCOMM L2CAP SDP
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百度文库
无绳电话或基站应用 TCS BIN L2CAP SDP 音频
耳机
HS网 关 或 基 站 应 用 AT命 令 SDP RFCOMM L2CAP
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无绳电话或内部通信
音频
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蓝牙系统中的皮可网和扩散网
蓝牙自组织网络称为微微网（piconet；皮克网）， 一个微微网最多有8台设备组成
扩散网（散步式网络） M S S S S P P 皮可网 1 S S 皮可网 2 M •主设备单元负责 提供时钟同步信号 和跳频序列 •在一个微微网内 ，所有设备使用同 一跳频序列 P ——搁置的设备
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物理链路
主从设备之间能建立两种链路：
面向同步连接(synchronous connection oriented，SCO)： 在主设备和一个单独从设备的点对点连接间分配固定的带宽。 在规则的间隔中，主设备通过使用预留的时隙维持SCO链路。 预留的基本单位是两个连续的时隙(每个在各自的传输方向 上)。主设备能支持的并行SCO链路高达3个，而从设备能支 持2或3个SCO链路。SCO分组不重传
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IEEE802.15协议体系结构
逻辑链路控制（LLC）
802.15.1 MAC （ 蓝牙）
802.15.3 MAC
802.15.4 MAC
802.15.1 2.4GHz 1Mb/s
802.15.3 2.4GHz 11,22,33, 44,55Mb/ s
802.15.3a >110Mb/s
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蓝牙技术优点
蓝牙是一种低带宽、短距离、低功耗(对人体伤害小)的数 据传输技术
工作在2.4GHz频段，通信距离在10米之内； 数据速率为1Mb/s
现在几乎一切东西都支持蓝牙，从键盘到操作系统，耳机 不需任何电缆、不需更改配臵、不需进行故障诊断即可建 立连接 具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP、 GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数字无绳通信)等， 引入身份识别后可以灵活地实现漫游 蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广
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SCO链路主要用于交换要求保证速率但不 要求保证传送的、时间弹性低的数据
如数字编码的音频数据（音频数据对丢失数据 的天生容忍性）
ACL链路提供分组交换的连接方式，不可 能有预留带宽，传送通过检错和重传得以 保证
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蓝牙标准文档构成
核心规范(core specifications): 描述了从无线 电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构 的细节
如相关技术的互操作性等
概要规范(profile specifications):考虑使用蓝 牙技术支持不同的应用。每个概要规范讨论在核 心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型 (Usage Model)
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文件传输
拨号联网
支持目录、文件、文档、图像和 一台PC可以无线连接到一部 流媒体格式的传输，还包括远程 移动电话或无绳Modem上 设备中浏览文件夹的功能 ，提供拨号联网和传真的功 能。AT命令用于控制移动电 文件传输应用 话或者Modem，PPP等协 议栈用于数据传输
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蓝牙的干扰
2.4GHz的ISM频段是对所有无线电系统开 放的频段，因此使用该频段都会遇到不可 预测的干扰源
无绳电话 微波炉
蓝牙技术特别设计了快速确认和跳频方案 以确保链路的稳定
蓝牙跳频更快(1600跳/s) 数据分组更短
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