802.11 MAC层帧解析

    注2：本文属于个人理解，存在错误望见谅和指正。

1.MAC帧格式

对应的数据结构如下：

typedef struct _rtw_ieee80211_hdr_qos {
	__le16 frame_ctl;
	__le16 duration_id;
	u8 addr1[ETH_ALEN];
	u8 addr2[ETH_ALEN];
	u8 addr3[ETH_ALEN];
	u16 seq_ctl;
	u8 addr4[ETH_ALEN];
} rtw_ieee80211_hdr_qos,*prtw_ieee80211_hdr_qos;

1.1 地址格式  

    addr1：接收地址（所有包都包含它）

    addr2：传输地址（除ACK和CTS包外的其他包都包含它）

    addr3：只用于管理包和数据包。

    addr4：无线分布系统模式下，FROM DS和TO DS都被置位时使用。

    下图中，占两个字节的Frame control ，其To DS和From Ds决定了这四个地址的使用。

    Frame control对应的地址如下： （Little ENDIAN）

typedef struct _frame_contrl{
	unsigned char version:2;
	unsigned char type:2;      //00 管理帧 01控制帧 10数据帧 11保留
	unsigned char subtype:4;   //0000 0001 Association request/response；   0010 0011 reassociation request/response
				  //0100 0101 probe requset/response；         0110-0111 reserved
				  //1000 Beacon；				1001 Announcement traffic indication message（ATIM）
				  //1010 Disassociation                         1011 Authentication
				  //1100 Deauthentication			1101-1111 Reserved
	//unsigned char ToDS:1;
	unsigned char FromDS:2;/* 来自DS*/
	unsigned char MoreFrag:1;/*更多分段*/
	unsigned char Retry:1; /*重传*/
	unsigned char PwrMgt:1;/*电源管理*/
	unsigned char MoreData:1;/*更多数据*/
	unsigned char WEP:1;/*受保护帧*/
	unsigned char Rsvd:1;/*顺序*/
}frame_contrl,*pfram_contrl;

    地址对应表如下：

    DS是分布式系统的简称，我们用它以区分不同类型帧中关于地址的解析方式。

        To DS=0,From DS=0:表示Station之间的AD Hoc类似的通信，或者控制侦、管理侦。

        To DS=0,From DS=1:Station接收的侦。

        To DS=1,From DS = 0:Station发送的侦。

        To DS=1,From DS = 1:无线桥接器上的数据侦。

     各地址的解释：

        SRC：源地址（SA），和以太网中的一样，就是发帧的最初地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。

        DST：目的地址（DA），和以太网中的一样，就是最终接受数据帧的地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。

        TX：也就是Transmiter（TA），表示无线网络中目前实际发送帧者的地址（可能是最初发帧的人，也可能是转发时候的路由）。

        RX：也就是Receiver（RA），表示无线网络中，目前实际接收帧者的地址（可能是最终的接收者，也可能是接收帧以便转发给接收者的ap）。

    注：无线网络中的Station想要通信，必须经过AP来进行“转发”。其实，Tx和Rx是无线网络中的发和收，也就是Radio；而Src和Dst是真正的发送源和接收者

2 帧类型

    帧类型由frame control的type两位决定，目前有三种类型的帧：

    00，管理帧。IEEE80211_TYPE_MGMT 用于执行管理操作，如关联、身份验证，扫描等。

    01，控制帧。IEEE80211_TYPE_CTL 通常与数据包相关。如：PS-poll包用于从AP缓冲区取回数据包；另一个例子，STA若想数据传输，首先会发送RTS的控制数据包，如果介质空闲，目标客户端将发回一个名为允许发送（CTS）的控制数据包。

    10，数据帧。IEEE80211_TYPE_DATA 原始数据包。注：空数据包是特殊的数据帧，其用于电源管理。

    11，保留。

2.1 SubType

2.1.1 管理帧 type 00

    下表为管理帧的subType对应的类型（即type为00时，subType的取值）

2.1.1.1(Beacon(信标)帧)  subtype 1000

    抓包显示的结果：

    由于Beacon是广播包，因此DA为FF:FF:FF:FF:FF:FF。

    作用：向STA广播AP的存在。也就是我们平时能够搜到AP的原因，其包含了AP的相关信息。

2.1.1.2 (Probe Request(探测请求)帧) subtype 0100

    抓包显示的结果：

    作用：STA广播发出，与AP建立关联的必然步骤，后面会具体说明。

2.1.1.3 (Probe Response(探测响应)帧) subtype 0101

    作用：STA请求探测帧后，AP的相对应的回应帧。

2.1.1.4 (ATIM帧)  subtype  1001

2.1.1.5 (Disassociation(解除关联)与Deauthentication(解除认证)帧) subtype 1010

2.1.1.6 (Association Request(关联请求)帧) subtype 0000

2.1.1.7 (Reassociation Request(重新关联请求)帧) subtype 0010

2.1.1.8 (Authentication(身份认证)帧) subtype 1011

2.1.2 数据帧 type 10

2.1.2.1 IBSS subtype  （0000 Data，0100NULL）

2.1.2.2  From AP  subtype如图所示

2.1.2.3 To AP 帧

2.1.2.4 WDS帧 subtype null

2.1.3 控制帧 type 01

    主要用于数据传输前的控制，相关过程请看4.0 RTS/CTS。

2.1.3.1 RTS帧 subtype 1011

2.1.3.2 CTS帧  subtype 1100

2.1.3.3 ACK帧 subtype 1101

2.1.3.4 PS-Poll帧  subtype  1010

    作用：当sta从省电模式中苏醒，便发送一个PS-poll给基站。

3. Radiotap Header（monitor信息）

    在monitor模式时，内核在MAC帧前面提供额外的信息。称为Radiotap Header，其包含的信息有MAC时间戳，SSI信号强度，频道频率等。

    对应的数据结构如下：

typedef struct _ieee80211_radiotap_header {
	u8 it_version;		/* Version 0. Only increases
				 * for drastic changes,
				 * introduction of compatible
				 * new fields does not count.
				 */
	u8 it_pad;
	__le16 it_len;		/* length of the whole
				 * header in bytes, including
				 * it_version, it_pad,
				 * it_len, and data fields.
				 */
	__le32 it_present;	/* A bitmap telling which
				 * fields are present. Set bit 31
				 * (0x80000000) to extend the
				 * bitmap by another 32 bits.
				 * Additional extensions are made
				 * by setting bit 31.
				 */
}ieee80211_radiotap_header,*pieee80211_radiotap_header;

    这里的it_len表明了radiotap_header的长度，按上面抓到的包，这里的值为26。

    因此，在monitor模式得到的RAW包，我们首先要偏移it_len个字节，以此得到MAC头。

4. RTS/CTS 帧 （数据发送原子性）

    这两个帧出现的原因是 无线收发器（STA）通常无法同时收发数据。使用这两个帧可以让STA处于收或发状态。

    这样比较好理解，正是因为如此，当STA开始发送RTS，说明STA发数据；AP开始发送RTS，说明RTS接收数据。

    当其他STA收到RTS时，将延后数据包的发送。而具体延迟多久，由正在传输的MAC头中的持续时间决定（Duration ID）。如：

    RTS（Request-to-Send）：请求发送数据。

    CTS（Clear-to-Send）：清空传送区域。

    两个帧的过程如图：

    ①为 STA  ②为AP 

    抓的两个包来看下，下面是STA作为请求方

    下面是STA作为接收方：

   上图的223.252.199.6(00:36:76:54:b4:a2)是ap，172.21.11.2(a4:d1:d2:60:bb:0d)是STA，其Qos数据数据如下：

    RTS和CTS帧会延长帧传输过程，RTS，CTS，数据帧，以及ACK视为同一原子操作的一部分。

    用户可以通过调整RTS阈值，来控制RTS/CTS交换过程。只要大于此阈值，RTS/CTS交换过程就会进行，小于该阈值就会直接传送帧。

    对应的SOCK字段如下：

#define SIOCSIWRTS	0x8B22		/* set RTS/CTS threshold (bytes) */
#define SIOCGIWRTS	0x8B23		/* get RTS/CTS threshold (bytes) */

    

5. WIFI建立关联过程

    建立连接认证的过程主要由管理帧负责。

    以上是连接过程，当需要断开连接时，STA发送Disassociation

5.1 wifi攻击原理

    从连接的过程我们可以发现，我们可以采取强制断开连接，使得STA重新进行连接。以此获得认证数据包。

    因此，可以利用Disassociation包或Deanthentication包实现。

6. 加密算法

    安全认证主要由802.11i规范。以下是几种加密算法。具体的连接过程将在下篇中说明。

    1）WEP，Wire Equivalent Private   https://en.wikipedia.org/wiki/Wired_Equivalent_Privacy 

    2）CCMP， CTR with CBC-MAC protocol 基于AES加密 https://en.wikipedia.org/wiki/CCMP

    3）WPA , Wi-Fi Protected Access https://en.wikipedia.org/wiki/WPA 

    4）TKIP，Temporal Key Integrity Protocal https://en.wikipedia.org/wiki/Temporal_Key_Integrity_Protocol 

    5）WPA2 ，Wi-Fi Protected Access 2  https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi_Protected_Access

本文参考《802.11无线网络 权威指南》

http://www.cnblogs.com/rainbowzc/p/5410876.html 

http://blog.csdn.net/robertsong2004/article/details/42805803 

http://blog.chinaunix.net/uid-9525959-id-3326047.html