802.11帧格式解析
802.11帧格式解析
一、前言
本文为学习802.11协议关于帧格式部分的笔记，方便针对802.11帧数据进行分析时参考。
二、802.11帧
下图展示了一般的802.11MAC 帧。位的传送顺序由左至右，最高效bit 将会最后出现。
三、FrameControl
所有帧的开头均是长度两个元组的Frame Control （帧控制）位，其结构如下：
1、protocol
802.11 MAC版本号，为0，目前没有新的版本。
2、Type和Subtype
帧类型，用主类型和子类型表示。
| Type |
Mean |
| 00 |
管理帧 |
| 01 |
控制帧 |
| 10 |
数据帧 |
| 11 |
保留 |
| Subtype |
Mean |
Type |
| 0000 |
Association request（连接要求） |
00 |
| 0001 |
Association response（连接应答） |
00 |
| 0010 |
Reassociation request（重新连接要求） |
00 |
| 0011 |
Reassociation response（重新连接应答） |
00 |
| 0100 |
Probe request（探查要求） |
00 |
| 0101 |
Probe response（探查应答） |
00 |
| 1000 |
Beacon（导引信号） |
00 |
| 1001 |
Announcement traffic indication message |
00 |
| 1010 |
Disassociation（解除连接） |
00 |
| 1011 |
Authentication（身份验证） |
00 |
| 1100 |
Deauthentication（解除认证） |
00 |
| Subtype |
Mean |
Type |
| 1011 |
RTS（请求发送） |
01 |
| 1100 |
CTS（允许发送） |
01 |
| 1101 |
ACK（应答） |
01 |
| 1110 |
CF-End（免竞争期间结束） |
01 |
| 1111 |
CF-End（免竞争期间结束）+CF-Ack（免竞争期间回应） |
01 |
| Subtype |
Mean |
Type |
| 0000 |
Data（数据） |
10 |
| 0001 |
Data+CF-Ack |
10 |
| 0010 |
Data+CF-Poll |
10 |
| 0011 |
Data+CF-Ack+CF-Poll |
10 |
| 0100 |
Null data (无数据：未发送数据) |
10 |
| 0101 |
CF-Ack (未发送数据) |
10 |
| 0110 |
CF-Poll (未发送数据) |
10 |
| 0111 |
Data＋CF-Ack+CF-Poll |
10 |
| 1000 |
QoS Data |
10 |
| 1001 |
QoS Data + CF-Ack |
10 |
| 1010 |
QoS Data + CF-Poll |
10 |
| 1011 |
QoS Data + CF-Ack + CF-Pol |
10 |
| 1100 |
QoS Null (未发送数据) |
10 |
| 1101 |
QoS CF-Ack (未发送数据) |
10 |
| 1110 |
QoS CF-Poll (未发送数据) |
10 |
| 1111 |
QoS CF-Ack+CF-Poll （未发送数据) |
10 |
| 注：1000-1111未标准化 |
3、TO DS 与From DSbit
这两个bit 用来指示帧的目的地是否为传输系统。在基础网络里，每个帧都会设定其中一个DSbit。
|
|
To DS =0 |
To DS =1 |
| From DS =0 |
所有管理与控制帧IBSS (非基础型数据帧) |
基础网络里无线工作站所发送的数据帧 |
| From DS =1 |
基础网络里无线工作站所收到的数据帧 |
无线桥接器上的数据帧 |
4、More fragments bit
表示是否为分段帧，此bit 的功能类似IP 的More fragmentsbit。若较上层的封包经过MAC 分段处理，最后一个片段除外，其他片段均会将此bit 设定为1。
5、Retrybit
重传帧。任何重传的帧会将此bit 设定为1，以协助接收端剔除重复的帧。
6、Powermanagement bit
此bit 用来指出传送端在完成目前的基
本帧交换之后是否进入省电模式。1 代表工作站即将进入省电模式，而0 则代表工作站会一直保持在清醒状态。基站必须行使一系列重要的管理功能，所以不允许进入省电模式，因此基站所传送的帧中，此bit 必然为0。
7、Moredata bit
为了服务处于省电模式的工作站，基站会将这些由“传输系统”接收而来的帧加以暂存。
基站如果设定此bit，即代表至少有一个帧待传给休眠中的工作站。
8、ProtectedFrame bit
相对于有线网络，无线传输本质上就比较容易遭受拦截。如果帧受到链路层安全协议的保
护，此bit会被设定为1，而且该帧会略有不同。之前，ProtectedFrame bit 被称为WEPbit。
9、Orderbit
帧与帧片段可依序传送，不过发送端与接收端的MAC 必须付出额外的代价。一旦进行“严
格依序”传送，此bit 被设定为1。
四、Duration/ID位
duration 位，用来预定一段介质使用时间，还有其他功能。
1、Duration：设定NAV
当第15个bit被设定为0时，Duration/ID位就会被用来设定NAV。此数值代表目前所进
行的传输预计使用介质多少微秒。
2、免竞争期间所传送的帧
在免竞争期间（contention-free period，简称CFP），第14 个bit 为0 ，第15 个bit 为1。其他所有bit 均为0，因此duration/ID位的值为32768。这个数值被解读为NAV。它让没有收到Beacon（信标）帧的任何工作站，得以公告免竞争期间，以便将NAV 更新为适当的数值，避免干扰到免竞争传输。
3、PS-Poll 帧
在PS-Poll（省电模式－轮询）帧中，第14与第15个bit会被同时设定为1。移动式工作
站可以关闭天线以达到省电目的。休眠中的工作站必须定期醒来。为确保不致丢失任何帧，从休
眠状态醒来的工作站必须送出一个PS-Poll 帧，以便从基站取得之前暂存的任何帧。
五、Address位
一个802.11 帧最多可以包含四个地址位。这些位地址位均经过编号，因为随着帧类型不同，
这些位的作用也有所差异（详见第4 章）。基本上，Address 1 代表接收端，Address 2 代表传送端，Address3 位被接收端拿来过虑地址。
址位本身的长度有48个bit。如果传送给实际介质的第一个bit为0，该地址位代表单一工作站（单播 unicast）。如果第一个bit为1，该地址代表一组实际工作站，称为组播（多点传
播 multicast）地址。如果所有bit 均为1，该帧即属广播（broadcast）。
六、Seqctl
顺序控制位，此位的长度为16 个bit，用来重组帧片段以及丢弃重复帧。它由4 个bit 的fragment number（片段编号）位以及12 个bit 的sequencenumber（顺序编号）位所组成。控制帧未使用顺序编号， 因此并无sequence control 位。
请注意，分段的帧序列号是一样的，重传帧的序列号不变。
七、Frame Boby
帧主体（Frame Boby）亦称为数据位，负责在工作站间传送上层数据（payload）。
八、帧检验序列（FCS）
和以太网一样，802.11 帧也是以帧检验序列（framecheck sequence，简称FCS）作为结
束。在以太网上，如果帧的FCS 有误，则随即予以丢弃，否则就会传送给上层协议处理。在
802.11 网络上，通过完整性检验的帧还需接收端送出应答。例如，接收无误的数据帧必须得到正面应答，否则就必须重传。对于未能通过FCS检验的帧，802.11并未提供负面应答机制；在重传之前，工作站就必须等候应答超时。