物联网信息安全（李永忠）第3章 无线局域网WLAN物理层安全.pptVIP

3.4 无线局域网WLAN物理层安全 江苏科技大学 目录 IEEE 802.11标准中的物理层特点 IEEE 802.11标准中的MAC层 IEEE 802.11标准中的物理层特点 802.11a 802.11b 802.11g 等等 802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，规范包括介质访问控制(MAC)和物理层的操作。由于802.11传输速率最高只能达到2 Mb/s，所以，它主要用于数据的存取，而在速率和传输距离上都不能满足用户的需要，因此，IEEE又相继推出了802.11a、802.11b和802.11g三个新标准。目前的网卡均支持此三种标准。三个标准的主要参数如表11.1所示。 IEEE 802.11标准中的物理层特点 目前，大量的无线局域网都遵循IEEE 802.11b标准。 IEEE 802.11标准中的MAC层 介绍 802.11?标准规范了一个通用的媒体访问层，提供了支持基于?802.11?无线网络的操作的多种功能。一般地说，?MAC?层用来在?802.11?基站之间通过在共享信道上的访问和协议管理和维护通信。作为网络的大脑，?802.11MAC?层使用了?802.11?物理层，如?802.11b?或者?802.11a?，来执行载波监听、?802.11?帧的传送和接收。 媒体访问层基础 在传输帧的时候，一个基站首先要获取共享的信道的访问。?802.11?标准定义了两种媒体访问形式：分布式协调功能（?DCF）和集中式协调功能（?PCF?）。 MAC层 访问机制 CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance WiFi采用带冲突避免的载波监听多路访问机制来控制对传输媒介的访问 不同于以太网，WiFi没有明确的冲突碰撞检测机制 WiFi MAC层指定了如下规则来检测冲突碰撞 - 使用介质前，speaker必须指示将使用多久，通知其他潜在speakers在使用介质所需要等待的时间 - 直到前一个speaker指示的时间后，其他speaker才能使用介质 - 当收到肯定确认后，speaker才认为数据成功传输 - 当发送的数据没有收到肯定确认时，speaker会等待一个随机时间然后再次使用介质发送没有成功的数据当没有收到肯定确认时，WiFi MAC层认为检测到了碰撞 MAC子层功能 1.载波监听(Carrier Sense) STA有两种方法来判断当前介质是否空闲 - 检查PHY层，是否有carrier存在 - 使用虚拟carrier-sense功能，NAV(Network Allocation Vector ) NAV是MAC层提供的一种定时器，保存了其他STA使用介质的持续时间 其他STA发送的数据中带有的Duration大于所保存的时间时，STA就更新自己的NAV 当NAV为0并且PHY层指示当前介质可用时，STA才能发送数据 MAC子层功能 DCF DCF是基于CSMA/CA的接入方法，尽可能避免冲突，可以自动高效地共介质DCF提供基本模式和RTS/CTS模式两种介质访问方式 利用竞争窗口的二进制指数回退机制协调多个STA对共享链路的访问，避免出现因争抢介质而无法通信的情况 其核心思想是利用二进制指数回退机制减轻数据分组的碰撞以及实现发生碰撞后对分组的有限重传控制 STA发送数据帧时，首先检测介质的状态 如果介质空闲且持续一个DIFS时间(DCF InterFrame Space)后 - 在基本模式下立即发送数据帧 - 在RTS/CTS模式下，发送RTS帧 并同时检测有没有发生分组碰撞 如果发生碰撞，STA随机在[0,Wi]之间均匀选取一个值Random() ?Wi被称作竞争窗口，其大小依赖于数据分组重新传输次数 CWmin ≤CW≤CWmax 并计算出backoff timer(=Random() * slot time)随后，当STA探测到介质空闲时间等于一个slot time时，计数器减1 而当检测到介质忙时，计数器值保持不变 并在介质空闲时间等于DIFS时，重新激活延时计数器且STA继续监测介质 直到计数器值减到0时STA才发送MAC帧另外，为了避免某STA长时间占用信道，STA在两次连续的数据帧发送之间也必须进行随机延迟。 应答帧某些帧需要接收STA回应一个应答帧，称为ACK帧 ACK帧的传输不需要等待backoff timer 而是等待SIFS(Short Interframe Space)时间 SIFS通常比DIFS少2个slot time 隐藏节点问题和RTS/CTSRTS: Request to send C