802.11i_overview_v0_1
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IEEE802.11标准家族
数码人家设为首页设为收藏English首页无线网络网络方案技术应用学习驿站时尚生活艺术人生服务园地* 无线基础 * 无线技术 * 发展趋势 * 市场调查 * GPRS专题 * 广播电视Google 提供的广告IEEE 802.11 B802.11 G Wireless无线网卡无线接收机高中物理无线网络精彩推荐无线局域网历史无线网络术语无线局域网常见术语无线接入方式大看台无线热点简介及应用无线网络常见问题解答无线网络产品选购指南WiMAX基础知识WiMAX常见问题解答ZigBee技术简介无线网络故障与排除无线路由掉线原因解决无线局域网技术无线网络Ad Hoc简介无线局域网安全WPA技术国家标准WAPI技术解析无线局域网安全技术无线局域网安全管理笔记本的三种无线技术比较无线局域网研究及发展报告WiMAX 技术应用定位和优势还原WiMAX真实面貌蓝牙技术相关问题及解答ZigBee的无线技术及应用ZigBee vs GPRS CDMA1X移动通信现状及技术发展WiMAX城市信息化应用WAPI身后事推迟施行WAPI并非迁就美国WPA安全认证有望推广中国WLAN安全标准撼动世界无线局域网及其发展趋势中国3G蓝图与发展WLAN发展新动力无线上网未达经济规模Wi-Fi将成移动电话关键技术802.11g解决方案提高吞吐量Zigbee技术应用及其发展方向浅谈中国如何行标准之路新兴无线联网技术ZigBee无线局域网技术标准Mar 31,2005IEEE802.11标准家族1.IEEE802.11：1997年标准化，工作频段为ISM 2.4GHz，物理层为FHSS、DSSS（Barker），传输速率为：1Mbps、2Mbps。
2.IEEE802.11b：1999年标准化，工作频段为ISM 2.4GHz，物理层为HR/DSSS（Barker，CCK，PBCC），传输速率为：1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps。
802.11基础
三元结构：鉴权在终端和鉴权服务器之间 进行，AP仅进行协议转发。 业务端口为受控端口，初始处于关闭状态， 鉴权通过后打开，终端可使用该业务端口。 鉴权完成后，终端与鉴权服务器协商生成 主密钥MK，该主密钥由鉴权服务器分发 给AP。
关联
关联：2次握手 1. STA给AP发Associate Request，内容包括速率、功率、 QoS能力、安全参数。 2.AP给STA发Associate Response，内容包括状态、速率集和 关联ID。
IEEE 802.11基础及发展
——yuqing
references
• Stefan Mangold,Sunghyun Choi, “Analysis of IEEE 802.11e for QoS Support in Wireless LANs”, IEEE Wireless Commun., Dec. 2003 • Eldad Perahia“IEEE 802.11n Development: History,Process, and Technology” IEEE Commun Magazine,Jul.2008 • Josip Lorincz“Physical Layer Analysis of Emerging IEEE 802.1 in WLAN Standard” ICA0T Feb. 2006 • Yang Xiao“Throughput and Delay Limits of IEEE 802.11” 2002 IEEE • Eldad Perahia《下一代无线局域网802.11n的吞吐率、强 健性和可靠性》，人民邮电出版社2010年9月
• RISF:以前是SIFS。The station no longer requires additional time to switch between transmit and receive states. • Enhanced block ACK: 基于802.11e，对分片不确认。 • Reverse direction protocol：allows a station to share its transmit opportunity (TXOP) with another station. • Fast link adaptation：In order to more rapidly track changes in the channel, assists in the selection of the optimal (MCS). • Transmit beamforming: may be considered a PHY technique, but it requires a great deal of control in the MAC for channelsounding, calibration, and the exchange of channel state information or beamforming weights. • PCO:分享共存运行，AP控制20MHz相与40MHz相交替运行。An AP scan for neighboring basic service sets (BSSs) and preventing the establishment of a 40 MHz BSS when neighboring BSSs are detected in overlapping channels. During the operation of a 40 MHz BSS in the 2.4 GHz band, active 40MHz bandwidth stations must periodically scan overlapping channels. If conditions change disallowing 40 MHz operation，the AP must switch the BSS to 20 MHz bandwidth channel operation.
关联
关联：2次握手 1. STA给AP发Associate Request，内容包括速率、功率、 QoS能力、安全参数。 2.AP给STA发Associate Response，内容包括状态、速率集和 关联ID。
IEEE 802.11基础及发展
——yuqing
references
• Stefan Mangold,Sunghyun Choi, “Analysis of IEEE 802.11e for QoS Support in Wireless LANs”, IEEE Wireless Commun., Dec. 2003 • Eldad Perahia“IEEE 802.11n Development: History,Process, and Technology” IEEE Commun Magazine,Jul.2008 • Josip Lorincz“Physical Layer Analysis of Emerging IEEE 802.1 in WLAN Standard” ICA0T Feb. 2006 • Yang Xiao“Throughput and Delay Limits of IEEE 802.11” 2002 IEEE • Eldad Perahia《下一代无线局域网802.11n的吞吐率、强 健性和可靠性》，人民邮电出版社2010年9月
• RISF:以前是SIFS。The station no longer requires additional time to switch between transmit and receive states. • Enhanced block ACK: 基于802.11e，对分片不确认。 • Reverse direction protocol：allows a station to share its transmit opportunity (TXOP) with another station. • Fast link adaptation：In order to more rapidly track changes in the channel, assists in the selection of the optimal (MCS). • Transmit beamforming: may be considered a PHY technique, but it requires a great deal of control in the MAC for channelsounding, calibration, and the exchange of channel state information or beamforming weights. • PCO:分享共存运行，AP控制20MHz相与40MHz相交替运行。An AP scan for neighboring basic service sets (BSSs) and preventing the establishment of a 40 MHz BSS when neighboring BSSs are detected in overlapping channels. During the operation of a 40 MHz BSS in the 2.4 GHz band, active 40MHz bandwidth stations must periodically scan overlapping channels. If conditions change disallowing 40 MHz operation，the AP must switch the BSS to 20 MHz bandwidth channel operation.
用分布式时序逻辑形式化分析IEEE802.11i协议
对 于人 类 而 言 ，预 见 系 统 的 所 有 可 能运 行 方 系 和 制 约 ，而且 大 部 分 的安 全协 议 运 行 在 复杂 的
分 式 是极 其 困难 的 ， 以在 起 初 被认 为 是 安 全 的协 分布 式 网络 环境 中 ， 布式 网络具 有 多主体 参 与 、 所 议 中发 现攻 击 也 是 不 可 避 免 的．基 于 这 个 问题 ， 大规模 并发 和运行 动态性 等特 点 ，因此 ，设计 出 的 ＩＥ ８ ２１ 协议 是 利 用 形 式化 方 法 分 析 安 全 协议 已极 其 普遍 ｌ ］ 安全协议 难免 会存 在安 全漏洞 ．Ｅ Ｅ ０ ．１ 】 ．目 前对安 全协 议分 析 的形式 化方 法 主要有 ： 于逻 辑 基
协议 转 化 为分 布 式 时序 逻 辑 的 事件 结构 语 义模 型． 式 化 分析 并 证 明 了该 协议 的保 密性 以及 协议 中 申请 者 、认 证 形
者 、 证 服务 器之 间 的相 互认 证 性 ．结果 表 明 ， Ｅ Ｅ ０ ．ｌ 协 议 是安 全的 ． 认 Ｉ Ｅ ８ ２１ ｉ 关 键词 ：分布 式 时序 逻 辑 ； 式化 分 析 ； Ｅ Ｅ ０ ． １ 协 议 ；网络 模 型 形 Ｉ Ｅ ８ ２１ ｉ 中图分 类 号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３ 文 献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ３ ０ ２ １ １３ ０ ２ － ７ ６ ３ ２ ４ （０ ０ ０ — ０ ４ ０
第 ９卷 第 ３期
２ １ 年 ９月 ００
南 通 大学 学报 （ 自然科 学 版 ）
Ｊ ｕｎ ｌ Biblioteka Ｎａ ｔｎ ｉｅｓｔ （ ａｕａ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｏ ｎｏ ｇＵｎｖ ｒｉ Ｎ ｔｒｌ ｉｎ ｅＥ ｉｏ ） ｙ Ｓ ｉ
IEEE_802.11无线协议中文
5350 [MHz]
中央频率 =5000 + 5*信道号 [MHz]
149 153 157 161 信道
8 + 4 个非重叠信道
5725 5745 5765 5785 5805 5825 [MHz] 16.6 MHz
15
OFDM的基本原理
子载波之间正交
子载波频率间隔紧密 每个子载波的功率谱密度的尖峰发生在其他子载波功率的零点. 子载波间隔 (∆f) 等于1/Ts (符号传输周期) 例如 802.11a
天花板反射可用于整个房间的覆盖范围
不能穿越墙壁
更容易确保安全防止窃听 不同的房间之间干扰极少
室内环境将遭受红外背景辐射
阳光和室内光 一个红外接收器周围的辐射如噪声般出现A 需要高功率发射器
受限于关系到人眼的安全和过度的电力消耗
有限的范围
11
IEEE 802.11b
扩展的 802.11 DSSS
子载波之间正交
子载波频率间隔紧密
频率选择性衰减
弱子载波上的强衰减通过贯穿子载波的前向纠错(回旋编码)来处理 Coded OFDM编码正交频分复用
17
IEEE 802.11a中的OFDM
带 52个已用子载波的OFDM 48 个数据+ 4 个引导 (加上12个虚拟子载波) 312.5 kHz 间隔 (= 20MHz/64)
基本服务组 (BSS)
STA1
BSS1 入口 访问点 分布式系统
访问点
入口
ESS BSS2
访问点
分布式系统
802.11介绍
802.11 介绍802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。
目前，3Com 等公司都有基于该标准的无线网卡。
由于802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。
三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。
标准详解802.11协议组是国际电工电子工程学会（IEEE）为无线局域网络制定的标准。
虽然WI-FI使用了802.11的媒体访问控制层（MAC ）和物理层（PHY），但是两者并不完全一致。
802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，于1999年获得批准。
802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，使用52个正交频分多路复用（OFDM）副载波，最大原始数据传输率为54Mb/s，这达到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s ）的要求。
目前正在开发中的版本是802.11ae —2012 。
工作频段802.11采用2.4GHz和5GHz这两个ISM频段。
其中2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家采用。
5GHz ISM频段在一些国家和地区的使用情况比较复杂，加上高载波频率所带来了负面效果，使得802.11a的普及受到了限制，虽然它是协议组的第一个版本。
1997年，原始标准（2Mbit/s ，工作在2.4GHz ）。
1999年，物理层补充（54Mbit/s ，工作在5GHz ）。
,1999年，物理层补充（11Mbit/s 工作在2.4GHz ）。
，符合802.1D 的媒体接入控制 层桥接（MAC Layer Bridging ）。
，根据各国 无线电规定做的调整。
对服务等级（Quality of Service,QoS ）的支持。
基站的互连性（IAPP,Inter-Access Point Protocol ），2006 年2月被 IEEE 批准撤2003年，物理层补充（54Mbit/s ，工作在2.4GHz ）。
![IEEE80211概述[1]](https://uimg.taocdn.com/a02c2aa1227916888586d7ab.webp)
IEEE80211概述[1]
课程目标
学习完本课程，您应该能够： 掌握802.11b/a/g的主要技术指标 掌握802.11n的关键技术原理 掌握802.11的MAC层工作原理 掌握802.11其他协议相关标准
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IEEE80211概述[1]
目录
802.11协议族成员与协议标准 802.11n技术 802.11网络基本元素 802.11MAC层工作原理 802.11网络安全与漫游 802.11网络的介质访问控制协议与QoS
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IEEE80211概述[1]
MIMO-OFDM
l MIMO-OFDM是OFDM和MIMO相结合的技术，由于支持 更多的子载波，可以实现20MHz 下单个流达到65 Mbps。
l 基于MIMO技术， 实现了在多条路径上并发通信，称之为 Spatial Multiplexing。
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IEEE80211概述[1]
40MHz频宽模式
802.11n同时定义了2.4GHz频段和5GHz频段的WLAN标准，与11a/b/g 每信道只用20MHz频宽不同的是11n定义了两种频带宽度：
20MHz频宽 40MHz频宽
2车道变4车道
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40MHz频宽将两个20MHz频宽的信道进行捆绑，以获取 高于2倍的20MHz频宽的吞吐量
P2
P3
P1 P2 P3
MAC processing
MAC processing
MAC processing
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MAC
header P1 P2 P3
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IEEE80211概述[1]
IEEE 802.11协议族成员
PHY
MAC
802.11网络概论
802.11网络概论-- Part1Overview of 802.11 Networks当我们开始尝试了解某种技术的时候，总是能从所谓的“光荣之路”中得到很多的启发，一份系统精炼的全面介绍通常会带给我们不少的帮助。
毫无置疑，更多地了解802.11的基础工作原理，将带领我们进入一个更高的层次。
例如，协议是如何被定义等，之后，可以根据兴趣和需要，从容不迫地深入低层次的协议定义或开发部分。
从基础原理上看，802.11和Ethernet有着近乎相似的工作原理，所以如果你曾有Ethernet 的背景，将会觉得比较轻松，但还必须了解802.11的其他附带功能是如何扩展类似Ethernet 中的技术，以使得其适应于无线网络。
这些附带的功能使得802.11区别于Ethernet等有线网络，其核心在于media access control(MAC)，任何Wireless NIC都拥有一个48-bit MAC 地址，看上去和Ethernet NIC一样，唯一的MAC地址将确保其能在一个网络环境中区别于其他设备。
从另一个角度看，这些MAC地址是被厂方固定的，即便是在其他的IEEE802网络，在ARP表中802.11 MAC地址将会紧靠着Ethernet地址被显示（同一厂商的产品使用相同的固定前缀），这使得在一个包含802.11网络的大网络中区分哪些是无线设备哪些是有线设备变得有些混乱。
显然802.11设备和Ethernet设备之间是有很多区别的，简单地来说802.11设备是可以移动的，它们可以被轻松地从网络的某个部分移动到另一个部分，你的802.11设备将会很聪敏地觉察到这些变化，并即时地将数据流传送到当前所处的移动区域。
绝大多数情况下它是会自动切换，而不需要你手动控制它，虽然你也可以这么做。
IEEE 802 Network Technology Family Tree802.11是LAN技术协议IEEE 802大家族的一个成员，图-1表示了802家族中的成员关系以及各自在OSI模型中的位置。
透视实质-解读802.11i n标准
透视实质-解读802.11i/n标准中国电脑教育报2004-9-20 18:20:00 文/程鸿WLAN的热潮一浪高过一浪，在去年年中IEEE 802.11g正式成为标准后不久，更高速率的IEEE 802.11n 又被提上了日程；由于WAPI国家强制标准的出台，尚未成型的IEEE 802.11i标准也被屡屡推上前台作为参照。
谁不希望很快能用上更快、更安全的无线局域网呢？关注无线网络应用的读者，多少都能说出IEEE 802.11b和IEEE 802.11g的区别，于是也就容易顺理成章地按照字母序列认为IEEE 802.11i和IEEE 802.11n 是下一代WLAN标准。
这样想就大错特错了。
下面笔者就由表及里，为大家解读一下IEEE 802.11i和IEEE 802.11n这两大标准的实质及与之相关的知识。
浅析IEEE 802．11系列标准首先，我们要引入一些OSI七层架构（开放系统互连模型）的基础知识。
IEEE 802.11主要的标准范畴分为媒介层(MAC)与物理层(PHY)，套用过来，前者就是OSI的数据链路层中的媒体访问控制子层，后者直接就对应OSI的物理层。
我们耳熟能详的IEEE 802.11a、IEEE 802.11b或IEEE 802.11g，主要是以PHY 层的不同作为区分，所以它们的区别直接表现在工作频段以及数据传输率、最大传输距离这些指标上。
而工作在媒介层的标准——IEEE 802.11e、IEEE 802.11f及将来的IEEE 802.11i是被整个IEEE 802.11族所共用的。
IEEE 802．11i快过期的“疫苗”IEEE 802.11i——IEEE提出的新一代WLAN安全标准，实际上是把1999年制定的IEEE 802.1x安全标准引入了WLAN。
它在加密处理中引入了密钥管理协议TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)，从固定密钥改为动态密钥，虽然还是基于RC4算法，但比采用固定密钥的WEP先进。
IEEE802.11i的网络构架和安全改进
安全性对于⽆线局域来说可谓⽼⽣常谈，⾃它诞⽣之⽇起，与其灵活便捷的优势共存的就是安全漏洞这个挥之不去的阴影。
据统计，不愿采⽤⽆线局域的理由中，安全问题⾼居第⼀位，达40%以上，已经成为阻碍WLAN进⼊信息化应⽤领域的障碍。
现有的安全机制由于不能提供⾜够安全的基础建设模块，让解决WLAN安全成本的负担转移到整个WLAN价值链上的产品制造⼚商、系统集成商和⽤户，这种不合理的成本转嫁使市场上产⽣了多种安全安装解决⽅案，⽽最终⽤户为了能够实施设备⼚商提供的多种安全安装⽅案⽽不断付出更多的安全成本。
为了使WLAN技术从这种被动局⾯中解脱出来， IEEE 802.11i⼯作组致⼒于制订被称为IEEE 802.11i的新⼀代安全标准， 802.11i的络构架 802.11i标准规定了两种络构架：过渡安络(TSN)和强健的安络(RSN)。
TSN：规定在其络中可以兼容现有的使⽤WEP⽅式⼯作的设备，使现有的⽆线局域系统可以向802.11i络平稳过渡。
市场对于提⾼WLAN安全的需求是⼗分紧迫的，IEEE 802.11i不能解决上述RSN对于现有设备升级困难的问题，标准的制定进展也不能完全满⾜这⼀需要。
因此，TSN的发展和制定就显得⼗分重要。
在这种情况下，Wi-Fi联盟制定了WPA（Wi-Fi Protected Access）标准，作为向IEEE 802.11i过渡的中间标准。
这⼀标准采⽤了IEEE 802.11i的草案，保证了与未来出现的协议的前向兼容。
RSN：为了使WLAN技术从这种被动局⾯中解脱出来， IEEE 802.11的i⼯作组致⼒于制订被称为IEEE 802.11i的新⼀代安全标准，这种安全标准为了增强WLAN的数据加密和认证性能，定义了RSN(Robust Security Network，健壮安络)的概念，并且针对WEP加密机制的各种缺陷做了多⽅⾯的改进。
IEEE 802.11i的安全改进： 相⽐以往的⽆线安全协议，IEEE 802.11i具有以下⼀些技术优势： WLAN底层引⼊AES算法，克服WEP的缺陷 有线对等保密(WEP)协议的缺陷延缓了⽆线局域(WLAN)在许多企业内的应⽤和普及。
802.11协议标准
IEEE802.11的工作方式
802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常 是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的， 另一个称为无线接入点（Access Point，AP），它的 作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接 入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口 （802.3接口）构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。 接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线 的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是 802.11 PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口，或者是在非 计算机终端上的嵌入式设备。
扩频传输技术
跳频扩频（FHSS，Frequency Hopping Spread Spectrum）使用了传统的窄带数据传输技术，但传输 频率将发生周期性的切换。系统在一个扩频或宽波段 的信道上使用不同的中心频率，以预先安排好的顺序 在固定的时间间隔内进行跳频。跳频现象可以使 FHSS系统避免受到信道内窄带噪音的干扰。 直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum ）系统则将要传输的数据流通过扩展码调 制而人为地扩展带宽，即使在传输波段中存在部分噪 声信号，接收机也可以无错误地接受数据。
帧间间隔IFS
SIFS，即短帧间间隔，它是最短的帧间间隔，用来分 隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时 间内从发送方式切换到接收方式。 PIFS，即点协调功能帧间间隔（比 SIFS 长），是为 了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用， 没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS的长度是 SIFS加一个时隙长度。 DIFS，即分布协调功能帧间间隔，在 DCF 方式中用 来发送数据帧和管理帧。DIFS 的长度比 PIFS 再增 加一个时隙长度。
![802.11协议标准详解[文字可编辑]](https://uimg.taocdn.com/fc3109415f0e7cd184253673.webp)
802.11协议标准详解[文字可编辑]
? 若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧 已发送到媒体，则媒体变为忙态，因而低优先级帧就 只能在推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。
帧间间隔IFS
? SIFS，即短帧间间隔，它是最短的帧间间隔，用来分 隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时 间内从发送方式切换到接收方式。
? PIFS，即点协调功能帧间间隔（比 SIFS 长），是为 了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用， 没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS的长度是 SIFS加一个时隙长度。
300Mbit/s,2007 ）
IEEE802.11的工作方式
? 802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常 是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的， 另一个称为无线接入点（Access Point，AP），它的 作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接 入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口 （802.3接口）构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。 接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线 的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是 802.11 PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口，或者是在非 计算机终端上的嵌入式设备。
11个信道，最多3个互不重叠，工作在2.4GHz频段
IEEE802.11的物理层
? IEEE802.11无线网络标准规定了3种物理层传输介质方 式。其中2种物理层传输介质工作方式在微波频段（根据 各国当地法规或规定不同，频段的具体定义也有所不 同），采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列 扩频传输技术（FHSS）和直接序列扩频传输技术 （DSSS）。另一种方式以光波段作为其物理层，也就是 利用红外线光波传输数据流。
? 对于非特定的目的的接收器，扩展了带宽的信号混在 背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资料的人不易判 别真正的信号，避免他人的截听。
帧间间隔IFS
? SIFS，即短帧间间隔，它是最短的帧间间隔，用来分 隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时 间内从发送方式切换到接收方式。
? PIFS，即点协调功能帧间间隔（比 SIFS 长），是为 了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用， 没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS的长度是 SIFS加一个时隙长度。
300Mbit/s,2007 ）
IEEE802.11的工作方式
? 802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常 是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的， 另一个称为无线接入点（Access Point，AP），它的 作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接 入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口 （802.3接口）构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。 接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线 的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是 802.11 PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口，或者是在非 计算机终端上的嵌入式设备。
11个信道，最多3个互不重叠，工作在2.4GHz频段
IEEE802.11的物理层
? IEEE802.11无线网络标准规定了3种物理层传输介质方 式。其中2种物理层传输介质工作方式在微波频段（根据 各国当地法规或规定不同，频段的具体定义也有所不 同），采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列 扩频传输技术（FHSS）和直接序列扩频传输技术 （DSSS）。另一种方式以光波段作为其物理层，也就是 利用红外线光波传输数据流。
? 对于非特定的目的的接收器，扩展了带宽的信号混在 背景噪声中，让蓄意想侦听窃取数据资料的人不易判 别真正的信号，避免他人的截听。
IEEE802.11协议族标准
IEEE802.11协议族标准IEEE802.11协议族标准下面将列出已经在运用或者还在发展中的各类IEEE802.11标准：●802.11a——54Mbps速率，5GHz频段信号（1999年获得批准）●802.11b——11Mbps速率，2.4GHz频段信号（1999年）●802.11c——符合802.1D的媒体接入控制层(MAC) 桥接(MAC Layer Bridging）●802.11d——根据各国情况，使用的无线信号频谱（2001年)●802.11e——对服务等级(Quality of Service, QoS) 的支持（尚未批准）●802.11f——IAPP(Inter-Access Point Protocol)，接入点内部协议，支持基站的互连性（2003年）●802.11g——54Mbps速率，2.4GHz频段信号（2003年）●802.11h——无线覆盖半径的调整，包括室内(indoor) 和室外(outdoor) 信道(5GHz频段)（2003年）●802.11i——802.11规范家族在安全和鉴权(Authentification)方面的补充（2004年）●802.11j——根据日本规定做的升级（5GHz）（2004年）●802.11k——对WLAN进行系统管理（在进行中）●802.11l——预留并不打算使用，以免同802.11i产生混乱●802.11m——802.11规范家族的维护标准●802.11n——比802.11g更高传输速率的改善●802.11o——针对局域网中的语音应用●802.11r——提供更强大的漫游功能●802.11s——实现先进的Mesh功能，提供自配置、自修复功能●802.11T——无线性能预报，可以成为测试无线网络的标准●802.11u——与3G或者蜂窝等形式的外部网络连接●802.11v——无线网络管理/设备配置●802.11w——增强保护管理框架的安全性●802.11x——通用802.11规范家族名称●802.11y——802.11协议族中基于竞争的协议，用于制定标准化的干扰避免机制802.11标准1997年，美国电子电气工程师协会（IEEE)制定了第一个无线局域网标准802.11，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。
了解过去看现在802.11系列协议全接触
曾经有很多朋友问我，他们在买⽆线路由的时候，都会看到有关于802.11a、802.11b、802.11g等⼀些标⽰，虽然知道这是有关⽆线路由传输速率的协议，但是对于这些协议却鲜有了解。
尤其是今年⼜将是11n转正的关键时期，所以今天我们就从最初开始，慢慢的来了解⼀下802.11协议家族发展的光辉历程。
⽆线局域最通⽤的标准是IEEE定义的⽆线络通信⼯业标准——IEEE802.11系列。
开始之前，让我们先来了解什么是IEEE？ IEEE是电⼦和电⽓⼯程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers)的简写，于1963年1⽉1⽇由AIEE(美国电⽓⼯程师学会)和IRE(美国⽆线电⼯程师学会)合并⽽成，是美国规模的专业学会，亦是世界上的专业技术组织之⼀，拥有来⾃175个国家的36万会员。
⽬前IEEE在⼯业界所定义的标准有着极⼤的影响。
IEEE定位在“科学和教育，并直接⾯向电⼦电⽓⼯程、通讯、计算机⼯程、计算机科学理论和原理研究的组织，以及相关⼯程分⽀的艺术和科学”。
为了实现这⼀⽬标，IEEE承担者多个科学期刊和会议组织者的⾓⾊，它也是⼀个⼴泛的⼯业标准开发者。
IEEE制定了全世界电⼦和电⽓还有计算机科学领域30%的⽂献，另外它还制定了超过900个现⾏⼯业标准。
每年它还发起或者合作举办超过300次国际技术会议。
IEEE由37个协会组成，还组织了相关的专门技术领域，每年本地组织有规律的召开超过300次会议。
IEEE出版⼴泛的同级评审期刊，是主要的国际标准机构(900现⾏标准，700研发中标准)。
IEEE定义的常见标准 IEEE 802.1──⾼级接⼝High Level Interface(Internetworking) IEEE 802.1d──⽣成树协议(Spanning Tree) IEEE 802.1p──General Registration Protocol IEEE 802.1q──虚拟局域(Virtual LANs；VLAN) IEEE 802.1x──基于端⼝的访问控制(Port Based Network Access Control) IEEE 802.2──逻辑链路控制(Logical Link Control) IEEE 802.3──带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD(半双⼯以太) IEEE 802.3u──快速以太(Fast Ethernet) IEEE 802.3z──千兆以太(Gigabit Ethernet) IEEE 802.3ae──万兆以太(10 Gigabit Ethernet) IEEE 802.4──令牌环总线(Token-Passing Bus) IEEE 802.5──令牌环(Token-Passing Ring) IEEE 802.6──城域(Metropolitan Area Networks，MAN) IEEE 802.7──宽带局域(Brandband LAN) IEEE 802.8──光纤局域 IEEE 802.9──集成数据和语⾳络(Integrated Voice and Data Networks，VoIP IEEE 802.9a──IsoENET(proposed) IEEE 802.10──络安全(Network Security) IEEE 802.11──⽆线以太 IEEE 802.12──100VG-AnyLAN(Voice Grade - Sprache geeignet) IEEE 802.14──有线电视(CATV) IEEE 802.15──⽆线个⼈局域路(Wireless Personal Area Network，WPAN) IEEE 802.17──弹性分组环(Resilient Packet Ring)802.11是IEEE在1997年为⽆线局域(Wireless LAN)定义的⼀个⽆线络通信的⼯业标准。
IEEE 802.1x与IEEE 802.11i的介绍.
當使用者欲獲得資源的授權時，會先送出Access
由於原有的share
key認證機制缺少金鑰管理機制，因此 IEEE 標準組織提出相關的修正，修正方式則定義於IEEE 802.1x，但此標準並沒有定義如何實施到WLAN的細節，因此 在目前不同廠牌產品在互通上有問題，而這問題將在IEEE 802.11i標準中被解決。
以串接的方式將802.1x的認證訊息加入原有流程中，也就是
不改變原有在MAC層的認證流程，直接將 802.1x的認證訊息 往上傳至IP層，並在此時作金鑰交換的動作。
基本上，802.1x的認證方式都必須具有互相認證及動態金鑰
交換的功能，才可以真正解決IEEE 802.11(b)的種種問題。
9
使用者登入無線區域網路的方式如上圖所示，使用者在獲得
授權進入以IEEE 802.1x 管制的無線區域網路之前，使用者首 先必須透過EAPOL(EAP Over Lan)取得無線擷取器或無線寬頻 路由器，來提供帳號與密碼、數位公鑰憑證或其他可供認證使 用者的資訊給後端的Authentication 伺服器(一般為AAA 伺服 器)。 10
尤其如果每次IV值都是由小到大重複計算送出，那樣當系統
重置時(重新開機或是重新插拔PCMCIA網卡)，就有可能會導致 IV值重複出現的機率大幅增加。
由此我們可以知道在WEP的保護下，基本上外人是無法得知
實際上傳輸的資料內容，除非惡意的使用者知道了我們使用的 WEP Key 。
8
二、IEEE 802.1x
6
7
資料傳輸時，WEP
Key是不變的，唯一會改變的就是24 bits 長度的IV值，根據不同廠商實做的方式，IV值可以隨著每個封 包的傳送而改變，也可以維持一定的週期不重複，不過由於IV 值是由24bits的長度所組成，所以最大的IV週期將不會超過 2^24(16777216)個封包，也就是說，如果惡意攻擊者在WEP Key不更新的情況下，只要連續監聽不超過2^24封包就可以偵 測到重複的IV值了。
由於原有的share
key認證機制缺少金鑰管理機制，因此 IEEE 標準組織提出相關的修正，修正方式則定義於IEEE 802.1x，但此標準並沒有定義如何實施到WLAN的細節，因此 在目前不同廠牌產品在互通上有問題，而這問題將在IEEE 802.11i標準中被解決。
以串接的方式將802.1x的認證訊息加入原有流程中，也就是
不改變原有在MAC層的認證流程，直接將 802.1x的認證訊息 往上傳至IP層，並在此時作金鑰交換的動作。
基本上，802.1x的認證方式都必須具有互相認證及動態金鑰
交換的功能，才可以真正解決IEEE 802.11(b)的種種問題。
9
使用者登入無線區域網路的方式如上圖所示，使用者在獲得
授權進入以IEEE 802.1x 管制的無線區域網路之前，使用者首 先必須透過EAPOL(EAP Over Lan)取得無線擷取器或無線寬頻 路由器，來提供帳號與密碼、數位公鑰憑證或其他可供認證使 用者的資訊給後端的Authentication 伺服器(一般為AAA 伺服 器)。 10
尤其如果每次IV值都是由小到大重複計算送出，那樣當系統
重置時(重新開機或是重新插拔PCMCIA網卡)，就有可能會導致 IV值重複出現的機率大幅增加。
由此我們可以知道在WEP的保護下，基本上外人是無法得知
實際上傳輸的資料內容，除非惡意的使用者知道了我們使用的 WEP Key 。
8
二、IEEE 802.1x
6
7
資料傳輸時，WEP
Key是不變的，唯一會改變的就是24 bits 長度的IV值，根據不同廠商實做的方式，IV值可以隨著每個封 包的傳送而改變，也可以維持一定的週期不重複，不過由於IV 值是由24bits的長度所組成，所以最大的IV週期將不會超過 2^24(16777216)個封包，也就是說，如果惡意攻擊者在WEP Key不更新的情況下，只要連續監聽不超過2^24封包就可以偵 測到重複的IV值了。
无线网络安全 IEEE802.11简介
（2）MAC地址过滤
接入点AP存有一个允许接入无线局域网的STA的MAC地 址列表，阻止非列表内的STA访问请求。 由于MAC地址通常是明文传输，攻击者可轻松地嗅到 MAC地址。另外，无线网卡允许通过软件更换MAC地址。 一个攻击者能使用这些“特性”通过对网卡的编程， 伪装成有效的MAC地址，进入并享有网络。
12.2 早期的无线网络安全及漏洞
12.2.1 早期的无线网络安全
安全问题对早期的无线局域网来说不是大问题。那时设 备是私有的，互相不兼容。许多无线局域网使用服务区 标识符（SSID）和MAC地址过滤作为安全的基本形式。这 两种方式都是不安全的，无线监听可以找到合法的MAC地 址和服务区标识符SSID。
12.1.2 无线局域网标准的演进
标准 802.11 802.11a 802.11b 最大传输率 典型距离 工作频段 评注 2Mbps 50-100m 2.4GHz 54Mbps 50-100m 5GHz 昂贵，不与
80.211b兼 容
11Mbps
50-100m
2.4GHz
已成为主流
802.11g
（3）连接到AP 连接到AP的过程称为关联。当你相连接时，先发送 关联请求，接入点以关联响应回答。如果响应是肯定的， 那么现在你就与接入点关联上了。
（4）漫游 如果同一网络中有几个接入点，你的STA可能选择将 其关联从当前AP移动到新的AP。首先，它必须使用解除 关联，与原来的AP断开连接，然后使用重新关联，连接 到新的AP。重新关联包含一些与原来的AP有关的信息， 能够移交更顺利，这些信息让新的AP与原来的AP对话， 确定已经发生了漫游。
无线网络的分类
全球无线标准
01-802.11协议
1.MAC层协议，数据包通信过程，加密认证过程，代码理解（80211，wpa_supplicant）物理层：参考：/wiki/802.11802.11a：最高54Mbit/s，播在5GHz，在52个OFDM副载波中，802.11b：其载波的频率为2.4GHz，可提供1、2、5.5及11Mbit/s的多重传送速度。
11个频段，每个频段为22M, DSSS802.11g: 共14个频段，原始传送速度为54Mbit/s, OFDM调制方式802.11i: 弥补802.11脆弱的安全加密功能(WEP), 其中定义了基于AES的全新加密协议CCMP （CTR with CBC-MAC Protocol）802.11n: 2.4 GHz or 5 GHz bands；速率：300 Mbit/s (20MHz*4 MIMO) 或者 600Mbit/s(40MHz*4 MIMO)；802.11ac：更宽的RF带宽（提升至160 MHz），更多的MIMO空间流（spatial streams）（增加到8），多用户的MIMO，以及高密度的解调变（modulation，最高可达到256 QAM）。
Wifi的整个信道列表：/wiki/WLAN%E4%BF%A1%E9%81%93%E5%88%97%E8%A1%A8下图是2.4OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。
其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
64-QAM：256-QAM：FHSS(frequency-hopping spread-spectrum):调频展频DSSS(direct-sequence spread-spectrum):直接序列展频OFDM():正交频分复用MAC层协议MAC层的功能：扫描，接入，认证，加密，漫游，同步。
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– PMK is a fresh symmetric key controlling STA’s and Access Point’s (AP) access to 802.11 channel during this session – Only STA and AS can manufacture PMK
– Masquerade as STA or AP – Reveal PMK to any party but AP
10
Architecture
Architectural Components
• Key hierarchy
– Pairwise Keys, Group Keys
• EAP/802.1X/RADIUS • Operational Phases
9
Conceptual Framework
Observations
• Both AP and STA must make same authentication decision
– Or no communication via 802.11 channel
• MK ≠ PMK
– Or AP could make access control decisions instead of AS
6
Conceptual Framework
Application to 802.11i (1)
• • • • Two Policy Decision Points: STA and AS Policy Decision: allow 802.11 access? Policy decision decided by authentication 802.11 Policy Decision Token called Master Key (MK)
• Communicate what IEEE 802.11i is • Communicate how 802.11i works • Receive feedback the above
2
Agenda
• • • • • • • Conceptual Framework Architecture Security Capabilities Discovery Authentication Key Management Data Transfer Other Features
– MK = symmetric key representing Station’s (STA) and Authentication Server’s (AS) decision during this session – Only STA and AS can possess MK
• MK possession demonstrates authorization to make decision
Application to 802.11i (3)
STA Policy Decision Point 1. Authenticate to derive Master Key (MK) AS Policy Decision Point
2. Derive Pairwise Master Key (PMK) from MK, distribute PolicyEnforc Policy ement Point Enforcement Point 3. Use PMK to enforce authorization decision: derive and use PTK AP
7
Conceptual Framework
Application to 802.11i (2)
• Two Policy Enforcement Points: STA and AP • 802.11 Policy Enforcement Token called Pairwise Master Key (PMK)
5
Conceptual Framework
Model Operation
Policy Decision Point 1. Issue Session Decision Token (SDT)
2. Construct Session Enforcement Token (SET) from SDT and distribute Policy Enforcement 3. Use SET to enforce Point policy decision
RADIUS UDP/IP
16
Architecture
Authentication and Key Management Architecture (2)
• EAP is end-to-end transport for authentication between STA, AS • 802.1X is transport for EAP over 802 LANs • AP proxies EAP between 802.1X and backend protocol between AP and AS • Backend protocol outside 802.11 scope
• PMK is bound to this STA and this AP
– Or another party can masquerade as either
• MK is fresh and bound to this session between STA and AS
– Or MK from another session could represent decision for session
– Key Confirmation Key (KCK) – used to bind PTK to the AP, STA; used to prove possession of the PMK – Key Encryption Key (KEK) – used to distribute Group Transient Key (GTK) – Temporal Key (TK) – used to secure data traffic
Pairwise Transient Key (PTK) = EAPoL-PRF(PMK, AP Nonce | STA Nonce | AP MAC Addr | STA MAC Addr)
Key Confirmation Key (KCK) – PTK bits 0–127
Key Encryption Key (KEK) – PTK bits 128–255
– Discovery, Authentication, Key Management, Data transfer
11
Architecture
Pairwise Key Hierarchy
Master Key (MK)
Pairwise Master Key (PMK) = TLS-PRF(MasterKey, “client EAP encryption” | clientHello.random | serverHello.random)
• PMK derived from MK • AS distributes PMK to AP
– PMK possession demonstrates authorization to access 802.11 channel during this session
8
Conceptual Framework
• PMK is fresh and bound to this session between STA and AP
– Or old PMK could be used to authorize communications on this session
• When AP ≠ AS, need to assume AS will not
13
Architecture
Group Keys
• Group Transient Key (GTK) – An operational keys:
– Temporal Key – used to “secure” multicast/broadcast data traffic
• 802.11i specification defines a “Group key hierarchy”
Temporal Key – PTK bits 256–n – can have cipher suite specific structure 12
Architecture
Pairwise Keys
• Master Key – represents positive access decision • Pairwise Master Key – represents authorization to access 802.11 medium • Pairwise Transient Key – Collection of operational keys:
– Entirely gratuitous: impossible to distinguish GTK from a randomly generated key
14
Architecture
More Terminology
• • • • • 802.1X or EAPoL EAP TLS EAP-TLS RADIUS
15
Architecture
Authentication and Key Management Architecture (1)
Wireless Station Out of scope of 802.11i standard Authentication Server
– Masquerade as STA or AP – Reveal PMK to any party but AP
10
Architecture
Architectural Components
• Key hierarchy
– Pairwise Keys, Group Keys
• EAP/802.1X/RADIUS • Operational Phases
9
Conceptual Framework
Observations
• Both AP and STA must make same authentication decision
– Or no communication via 802.11 channel
• MK ≠ PMK
– Or AP could make access control decisions instead of AS
6
Conceptual Framework
Application to 802.11i (1)
• • • • Two Policy Decision Points: STA and AS Policy Decision: allow 802.11 access? Policy decision decided by authentication 802.11 Policy Decision Token called Master Key (MK)
• Communicate what IEEE 802.11i is • Communicate how 802.11i works • Receive feedback the above
2
Agenda
• • • • • • • Conceptual Framework Architecture Security Capabilities Discovery Authentication Key Management Data Transfer Other Features
– MK = symmetric key representing Station’s (STA) and Authentication Server’s (AS) decision during this session – Only STA and AS can possess MK
• MK possession demonstrates authorization to make decision
Application to 802.11i (3)
STA Policy Decision Point 1. Authenticate to derive Master Key (MK) AS Policy Decision Point
2. Derive Pairwise Master Key (PMK) from MK, distribute PolicyEnforc Policy ement Point Enforcement Point 3. Use PMK to enforce authorization decision: derive and use PTK AP
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Conceptual Framework
Application to 802.11i (2)
• Two Policy Enforcement Points: STA and AP • 802.11 Policy Enforcement Token called Pairwise Master Key (PMK)
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Conceptual Framework
Model Operation
Policy Decision Point 1. Issue Session Decision Token (SDT)
2. Construct Session Enforcement Token (SET) from SDT and distribute Policy Enforcement 3. Use SET to enforce Point policy decision
RADIUS UDP/IP
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Architecture
Authentication and Key Management Architecture (2)
• EAP is end-to-end transport for authentication between STA, AS • 802.1X is transport for EAP over 802 LANs • AP proxies EAP between 802.1X and backend protocol between AP and AS • Backend protocol outside 802.11 scope
• PMK is bound to this STA and this AP
– Or another party can masquerade as either
• MK is fresh and bound to this session between STA and AS
– Or MK from another session could represent decision for session
– Key Confirmation Key (KCK) – used to bind PTK to the AP, STA; used to prove possession of the PMK – Key Encryption Key (KEK) – used to distribute Group Transient Key (GTK) – Temporal Key (TK) – used to secure data traffic
Pairwise Transient Key (PTK) = EAPoL-PRF(PMK, AP Nonce | STA Nonce | AP MAC Addr | STA MAC Addr)
Key Confirmation Key (KCK) – PTK bits 0–127
Key Encryption Key (KEK) – PTK bits 128–255
– Discovery, Authentication, Key Management, Data transfer
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Architecture
Pairwise Key Hierarchy
Master Key (MK)
Pairwise Master Key (PMK) = TLS-PRF(MasterKey, “client EAP encryption” | clientHello.random | serverHello.random)
• PMK derived from MK • AS distributes PMK to AP
– PMK possession demonstrates authorization to access 802.11 channel during this session
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Conceptual Framework
• PMK is fresh and bound to this session between STA and AP
– Or old PMK could be used to authorize communications on this session
• When AP ≠ AS, need to assume AS will not
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Architecture
Group Keys
• Group Transient Key (GTK) – An operational keys:
– Temporal Key – used to “secure” multicast/broadcast data traffic
• 802.11i specification defines a “Group key hierarchy”
Temporal Key – PTK bits 256–n – can have cipher suite specific structure 12
Architecture
Pairwise Keys
• Master Key – represents positive access decision • Pairwise Master Key – represents authorization to access 802.11 medium • Pairwise Transient Key – Collection of operational keys:
– Entirely gratuitous: impossible to distinguish GTK from a randomly generated key
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Architecture
More Terminology
• • • • • 802.1X or EAPoL EAP TLS EAP-TLS RADIUS
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Architecture
Authentication and Key Management Architecture (1)
Wireless Station Out of scope of 802.11i standard Authentication Server