802.11b无线网络综述

　　无线网络的标准很多，那么今天我们主要讲的是802.11b无线网络的相关内容，希望对大家能够有所帮助。那么我们从概念上先来了解一下这方面的知识吧。

　　1.IEEE 802.11b无线网络概述

　　1999年9月，电子和电气工程师协会(IEEE)批准了IEEE 802.11b无线网络规范，这个规范也称为Wi-Fi。IEEE 802.11b定义了用于在共享的无线局域网(WLAN)进行通信的物理层和媒体访问控制(MAC)子层。

　　在物理层，IEEE 802.11b采用2.45 GHz的无线频率，最大的位速率达11 Mbps，使用直接序列扩频(DSSS)传输技术。在数据链路层的MAC子层，802.11b使用“载波侦听多点接入/冲突避免(CSMA/CA)”媒体访问控制(MAC)协议。

　　需要传输帧的无线工作站首先侦听无线媒体，以确定当前是否有另一个工作站正在传输(属于CSMA/CA的载波侦听的范畴)。如果媒体正在使用中，该无线工作站将计算一个随机的补偿延时。只有在随机补偿延时过期后，该无线工作站才会再次侦听是否有其他正在执行传输的工作站。通过引入补偿延时，等待传输的多个工作站最终不会尝试在同一时刻进行传输(属于CSMA/CA的冲突避免范畴)。

　　冲突可能会发生，并且和以太网不同，传输节点可能没有检测到它们。因此，802.11b使用带确认(Acknowledgment，ACK)信号的“请求发送(Request to Send，RTS)/清除发送(Clear to Send，CTS)”协议，确保成功地传输和接收帧。

　　2.无线网络组件

　　IEEE 802.11b无线网络包含以下组件：

　　◆工作站

　　工作站(station，STA)是一个配备了无线网络设备的网络节点。具有无线网络适配器的个人计算机称为无线客户端。无线客户端能够直接相互通信或通过无线访问点(access point，AP)进行通信。无线客户端是可移动的。

　　◆无线AP(无线访问点

　　无线AP是在STA和有线网络之间充当桥梁的无线网络节点。无线AP包含：至少一个将无线AP连接到现有有线网络(比如：以太骨干网)的接口。

　　用于建立与STA的无线连接的无线网络设备。IEEE 802.1D桥接软件，用作无线和有线网络之间的透明桥梁。

　　无线AP类似于移动电话网络的基站。无线客户端通过无线AP同时与有线网络和其他无线客户端通信。无线AP不是可移动的，用于充当扩展有线网络的外围桥梁。

　　◆端口

　　端口是设备的一个通道，可支持单个点对点的连接。对于IEEE 802.11b无线网络，端口是一个用于建立单个无线连接的联结点，属于一个逻辑实体。具有单个无线网络适配器的典型无线客户端具有一个端口，只能支持一个无线连接。典型的无线AP具有多个端口，能够同时支持多个无线连接。无线客户端上的端口和无线AP上的端口之间的逻辑连接是一个点对点桥接的局域网网段，类似于基于以太网的网络客户端连接到一个以太网交换机。

　　3.IEEE 802.11b无线网络运作模式

　　IEEE 802.11定义了两种运作模式：特殊(Ad hoc)模式和基础(Infrastructure)模式。

　　在Ad hoc模式(也称为点对点模式)下，无线客户端直接相互通信(不使用无线AP)。使用Ad hoc模式通信的两个或多个无线客户端就形成了一个独立基础服务集(Independent Basic Service Set，IBSS)。Ad hoc模式用于在没有提供无线AP时连接无线客户端。

　　在Infrastructure模式下，至少存在一个无线AP和一个无线客户端。无线客户端使用无线AP访问有线网络的资源。有线网络可以是一个机构的intranet或Internet，具体情况取决于无线AP的布置。

　　支持一个或多个无线客户端的单个无线AP称为一个基础服务集(Basic Service Set，BSS)。一组连接到相同有线网络的两个或多个AP称为一个扩展服务集(Extended Service Set，ESS)。一个ESS是单个逻辑网段(也称为一个子网)，并通过它的服务集标识符(Service Set Identifier，SSID)来识别。如果某个ESS中的无线AP的可用物理区域相互重叠，那么无线客户端就可以漫游，或从一个位置(具有一个无线AP)移动到另一个位置(具有一个不同的AP)，同时保持网络层的连接。

　　4.IEEE 802.11b无线网络运作基础

　　当一个无线适配器打开时，便开始扫描无线频率，查找无线AP和其他特殊模式下的无线客户端。假设将无线客户端配置为运作于特殊模式，无线适配器将选择一个要与之连接的无线AP。这种选择是通过使用SSID和信号强度以及帧出错率信息自动完成的。接着，无线适配器将切换到所选择的无线AP的指定通道，开始协商端口的使用。这称为建立关联。

　　如果无线AP的信号强度太低，出错率太高，或者如果在操作系统的指示下(在使用Windows XP的情况下)，无线适配器将扫描其他无线AP，以确定是否有某个无线AP能够提供更强的信号或更低的出错率。如果找到这样一个无线AP，无线适配器将切换到该无线AP的通道，然后开始协商端口的使用。这称为重新关联。

　　与一个不同的无线AP重新建立关联的原因有许多。信号可能随着无线适配器远离无线AP而减弱，或者无线AP可能因为流量太高或干扰太大而变得拥堵。通过切换到另一个无线AP，无线适配器能够将负载分散到其他无线AP上，从而提高其他无线客户端的性能。通过设置无线AP，您可以实现信号在大面积区域内的连贯覆盖，从而使得信号区域只产生轻微重叠。随着无线客户端漫游到不同的信号区域，就能与不同的无线AP关联或重新关联，同时维持对有线网络的连续性逻辑连接。

　　5.IEEE 802.11无线网络安全

　　IEEE 802.11标准为无线安全定义了以下机制：

　　◆通过开放系统和共享密钥身份验证类型实现的身份验证

　　◆通过有线等效隐私(Wired Equivalent Privacy，WEP)实现的数据保密性

　　开放系统身份验证不提供身份验证，而只是使用无线适配器的MAC地址进行身份鉴别。开放系统身份验证在不需要身份验证时使用。某些无线AP允许使用那些允许的无线客户端的MAC地址配置。 然而，这样并不安全，因为无线客户端的MAC地址可能会被利用。

　　共享密钥身份验证检验某个正在进行身份验证的无线客户端是否知道某个共享秘密。这类似于Internet协议安全(IPsec)中的预先共享的密钥身份验证。802.11标准当前假设为通过独立于IEEE 802.11的安全通道来参与连接的STA提供了共享密钥。实际上，这个秘密通过手动同时为无线AP和客户端配置。由于共享密钥身份验证秘密必须手动分发，这种身份验证方法无法扩展到基础设施网络(例如：公司园区和公共场所，又如商场和机场等)。此外，共享密钥身份验证是不安全的，因此不推荐使用。

　　出于无线网络的固有性质，保护无线网络的物理访问是很困难的。 因为物理端口不是必需的，在某个无线AP范围内的任何人都能够发送和接收帧，以及侦听正在发送的其他帧。如果没有WEP，进行窃听和远程数据包探测将很容易。WEP是在IEEE 802.11标准中定义的，旨在提供等效于有线网络的数据保密级别。

　　WEP通过加密无线节点之间发送的数据，提供数据保密服务。WEP加密使用具有40位或104位的加密密钥的RC4对称流密码(stream cipher)。WEP通过在无线帧的加密部分中包括完整性检查值(integrity check value，ICV)，从而提供避免随机错误的数据完整性。

　　然而，WEP仍然存在一个重要问题。WEP密钥的确认和分发未定义，必须通过独立于802.11的安全通道进行分发。实际上，这只是一个必须手动地同时为无线AP和客户端配置(使用键盘)的文本字符串。显而易见，这种密钥分发机制无法很好地扩展至企业组织。

　　此外，不存在某种已定义的机制可改变WEP密钥，不管是在每次进行身份验证时更变，还是在经过身份验证的某个连接期间按预定的时间间隔更变。所有无线AP和客户端都将手动配置的相同WEP密钥应用于多次连接和身份验证。对于多个无线客户端发送大量数据的情况，恶意用户有可能远程捕获大量WEP密码文本，并使用密码分析学方法来确定WEP密钥。

　　不管是手动确定WEP密钥还是经常进行更变，缺乏WEP密钥管理是802.11安全性的一个严重局限，特别是在大量无线客户端处于基础模式的情况下。缺少自动化身份验证和密钥确定服务还影响了特殊模式下的运作，在特殊模式下，用户可能希望进行点对点协作通信(例如在会议室范围内)。

　　由于没有足够的身份验证方法，再加上缺乏无线数据加密的密钥管理，导致IEEE采用IEEE 802.1X基于端口的网络访问控制标准进行无线连接。