Типы фреймов в сетях Wi-Fi

Типы фреймов 802.11

При анализе состояния беспроводных сетей WLAN или при решении проблем в них часто используются различные инструменты для анализа трафика 802.11, например Wireshark, AiroPeek и т.п.. После сбора пакетов необходимо проводить их обработку, понимая отличия в различных типах фреймов 802.11, чтобы сделать верные выводы о том, что сеть выполняет, а что нет. Далее рассмотрим наиболее распространенные типы фреймов 802.11 для лучшего понимания текущего статуса сети Wi-Fi или решения проблем.

Далее в тексте будут затрагиваться подходы для автономной и централизованной архитектур сети WLAN. Рекомендуем посмотреть отличия здесь.

Общая информация

Стандарт 802.11 определяет различные типы фреймов, которые точки доступа и сетевые карты пользовательских устройств с Wi-Fi используют для коммуникаций, управления и контроля беспроводного линка. Каждый фрейм имеет контрольное поле, которое определяет версию протокола 802.11, тип фрейма и различные индикаторы, как например: WPA включен, управление энергосбережением активно и т.п.. Дополнительно к этому все фреймы содержат МАС-адреса источника и получателя, номер фрейма в последовательности, тело фрейма и проверочную последовательность фрейма для коррекции ошибок. Фреймы 802.11 переносят протоколы и данные более высоких уровней модели OSI/ISO внутри тела фрейма. Например фрейм данных может транспортировать HTML-код какой-либо веб-страницы (со всеми необходимыми заголовками TCP/IP), используемой далее для отображения. Другие фреймы, которые станции используют для управления и контроля? несут специфическую информацию о беспроводном линке в теле фрейма. Например, тело фрейма Бикона содержит идентификатор сети WLAN: SSID, временные отметки (timestamp) и другую информацию о точке доступа.

Фреймы Управления (Management Frames)

Фреймы управления 802.11 позволяют устанавливать и поддерживать коммуникации. Существуют следующие подтипы фреймов управления 802.11:

• Фрейм аутентификации (Authentication frame)

Аутентификация в 802.11 это процесс в ходе которого точка доступа (а в централизованной архитектуре контроллер, после получения данных от точки доступа в его сегменте; чаще всего контроллер связан с ААА-сервером и, в действительности, перенаправляет запрос на ААА для анализа и ответа) разрешает или отвергает идентификационные данные от конечного устройства. Конечное устройство начинает процесс путем отправки фрейма аутентификации, содержащего его идентификационную информацию, к точке доступа. В случае открытой аутентификации, радиокарта конечного устройства отправляет фрейм аутентификации и точка доступа отвечает фреймом аутентифкации как ответ, означающий подтверждение (или отказ). В случае схем аутентифкации с shared key конечное устройство отправляет начальный фрейм аутентификации и точка доступа отвечает фреймом аутентифкации, содержащим специальную тестовую последовательность (challenge text). Конечное устройство должно далее отправить обратно зашифрованную версию тестовой последовательности (шифруется своим ключем) во фрейме аутентификации. Точка доступа (или контроллер)проверяет , что пользовательское устройство использует корректный ключ. По результатам проверки точка доступа отвечает пользовательскому устройству фреймом аутентифкации, содержащим результат аутентификации. И т.д. для всех остальных схем аутентификации.

• Фрейм деаутентификации (Deauthentication frame)

Пользовательское устройство отправляет фрейм деаутентификации к другому устройству, если хочет закончить безопасное соединение.

• Фрейм запроса на ассоциацию (Association request frame)

Ассоциация 802.11 инициирует точку доступа выделить и занять ресурсы для данной новой сессии и синхронизироваться с радиокартой устройства пользователя. Радиокарта пользовательского устройства начинает процесс ассоциации путем отправки фрейма запроса на ассоциацию к точке доступа. Этот фрейм содержит информацию о радиокарте устройства пользователя (например, поддерживаемые скорости передачи данных и т.п.) и SSID сети WLAN, с которой устройство хочет быть ассоциировано. После получения запроса на ассоциацию точка доступа решает вопрос по ассоциированию с радиокартой и, если принято положительное решение, резервирует область памяти и формирует идентификатор сессии для данной радиокарты (устройства пользователя).

• Фрейм ответа на запрос ассоциации (Association response frame)

Точка доступа отправляет фрейм ответа на запрос ассоциации, который содержит уведомление о подтверждении или отказе на запрос радиокарты об ассоциации. Если точка доступа подтверждает ассоциацию пользовательского устройства, то фрейм ответа включает информацию о данной ассоциации, например идентификатор ассоциации и поддерживаемые скорости передачи данных. Если результат ответа положителен, то радиокарта пользовательского устройства может использовать данную точку доступа для взаимодействия с другими радиокартами на других пользовательских устройствах в сети. В случае централизованной архитектуры, как правило, обмен трафиком осуществляется не напрямую между точками доступа, а проходит и контролируется на контроллере WLAN.

• Фрейм повторного запроса ассоциации (Reassociation request frame)

Если мобильное устройство пользователя выполняет роуминг от текущей точки доступа к другой точке доступа, которая имеет больший уровень сигнала бикона, то радиокарта мобильного устройства будет отправлять фрейм повторного запроса на ассоциацию к новой точке доступа. Новая точка доступа затем координирует пересылку данных, которые могут все ещё находиться в буфере предыдущей точки доступа и ожидать передачи на данное мобильное устройство (при централизованной архитектуре роумингом управляет контроллер WLAN).

• Фрейм ответа на повторный запрос ассоциации (Reassociation response frame)

Точка доступа отправляет фрейм ответа на повторный запрос ассоциации, который содержит сообщение подтверждения или отказа для радиокарты мобильного устройства, запрашивающего ассоциацию с сетью. Подобно процессу ассоциации фрейм включает информацию относительно ассоциации, как, например, идентификатор сессии ассоциации и поддерживаемые скорости передачи данных.

• Фрейм остановки ассоциации (Disassociation frame)

Мобильное устройство отправляет фрейм остановки ассоциации другому устройству, если возникает «желание» закончить ассоциацию. Например, радиокарта, которая была выключена правильным образом может отправить фрейм остановки ассоциации для того чтобы известить точку доступа, что данное устройсто выключается. В таком случае точка доступа может сразу на основании данной информации освободить память, занятую данной ассоциацией, и удалить данную радиокарту из таблицы ассоциаций.

• Фрейм Бикон (Beacon frame)

Точка доступа периодически отправляет Биконы для анонсирования своего присутствия и предоставления необходимой информации (SSID, триггеры и т.п.) всем устройствам в зоне ее покрытия. Радиокарты пользовательских устройств периодически сканируют все каналы 802.11 и слушают биконы, как основу для выбора лучшей точки доступа для ассоциации.

• Фрейм-запрос Проба (Probe request frame)

Мобильные устройства отправляют фреймы-запросы Пробы, чтобы получить информацию от другого устройства. Например радиокарта мобильного устройства отправлет Пробы-запросы, чтобы определить какие точки доступа находятся внутри зоны покрытия.

• Фрейм-ответ на Пробу (Probe response frame)

Устройства будут отвечать фреймом-ответом на полученный фрейм-запрос Проба. Фрейм-ответ Проба содержит информацию о функциональности, поддерживаемых скоростях передачи данных и т.п.

Фреймы Контроля (Control Frames)

Фреймы контроля 802.11 помогают в доставке фреймов данных между станциями и между станциями и точками доступа. Пример подтипов фреймов контроля:

• Фрейм Запрос на Отправку (Request to Send (RTS) frame)

Функция RTS/CTS является опциональной и разработана для уменьшения количества коллизий при пересылке фреймов, когда присутствуют скрытые устройства, имеющие ассоциацию с той же точкой доступа (пример: в зоне покрытия точки доступа есть мощная капитальная стена и два смартфона с двух сторон прекрасно слышат эту точку, но не слышат друг друга). Мобильные устройства отправляют RTS фрейм к другому устройству, как первую фазу в двухшаговом процессе, необходимом до отправки фрейма данных.

• Фрейм подтверждения Чистоты Радиоканала для Отправки (Clear to Send (CTS) frame)

Мобильное устройство (или точка) отвечает на фрейм RTS фреймом CTS, подтверждая тем самым для запрашивающего устройства чистоту канала для отправки фрейма данных. Фрейм CTS включает параметр времени, на которое все другие устройства (включая скрытые устройства) Не должны передавать какие-либо фреймы в течении периода, который требуется запрашивающему устройству на передачу его фрейма. Данная функция минимизирует коллизии даже при наличии скрытых устройств и ведет к увеличению общей пропускной способности точки доступа при правильной имплементации.

• Фрейм Подтверждение (Acknowledgement (ACK) frame)

После получения фрейма данных устройство-получатель запускает процесс проверки фрейма на ошибки. Если ошибок не обнаружено, то устройство-получатель будет отправлять фрейм Подтверждение к устройству-отправителю. Если устройство-отправитель не получило фрейм Подтверждение после определенного периода времени, то отправитель должен перепослать фрейм заново (в 802.11 все юникастовые фреймы данных должны быть подтверждены, иначе устройство-отправитель будет перепосылать их заново, снижая тем самым производительность системы).

Фреймы Данных

Естественно основная задача сети WLAN это передача данных. Стандарт 802.11 определяет тип фремов: фрейм Данных, который переносит пакеты вышерасположенных уровней, таких как веб-страницы и т.п. внутри тела самого фрейма. Если посмотреть фреймы 802.11 через анализатор пакетов, то можно наблюдать контент тела фрейма и увидеть какие пакеты данных находятся внутри фрейма данных при транспортировке.

Более подробная информация по фреймам стандарта 802.11 представлена у нас на сайте в разделе Технологии.

Для получения анонсов по выходу новых статей или появлении новых материалов на нашем сайте предлагаем подписаться на рассылку.

Присоединяйтесь к нашей группе на Facebook: www.facebook.com/Kom.Way.ru
Мы публикуем интересные новости о Wi-Fi со всего света, информацию о выходе новых статей и расширении контента основных модулей ресурса komway.ru

Kom-Way.Team

Использование материалов сайта komway.ru разрешено только с согласия komway.ru и при наличии прямой ссылки на komway.ru