802.11常见帧

1、802.11 帧类型

802.11协议有规定三种类型的帧，分别时管理帧，控制帧和数据帧。

（1）管理帧
有线通信和无线通信的最大区别是什么？那就是有没有用网线！有线客户端如果想连接某个网络，只要将网线接到对应的路由器上就好了，但是无线客户端想完成这个“接入”动作应该怎么办呢？这就需要管理帧的帮忙，管理帧的主要工作就是管理无线客户端的接入和断开。有线连接并不太需要管理帧的帮忙，插拔网线的动作也很简单，但是无线接入却复杂得多。管理帧是不带上层payload信息的，但是它携带一些固定大小的Information felds和可变大小的Information elements （IE）。

管理帧主要包括下面这些种类：

Association request
Association response
Reassociation request
Reassociation response
Probe request
Probe response
Beacon
Announcement traffic indication message (ATIM)
Disassociation
Authentication
Deauthentication
Action

（2）控制帧

有线通信和无线通信另外一个区别是传输媒介的稳定性，无线因为传输媒介是电磁波，容易受到各种干而变得不稳定，为了保证数据的稳定传输，就需要控制帧的帮忙。控制帧不仅可以控制传输的速率，还可以用来清空通道（CTS/RTS），协商channel(DFS/ACS)和提供单播通知(PS-Poll/ACK)等功能。

Power Save Poll (PS-Poll)
Request to send (RTS)
Clear to send (CTS)
Acknowledgment (ACK)
Contention Free-End (CF-End)
CF-End + CF+ACK
Block ACK Request (BlockAckReq)
Block ACK (BlockAck)

（3）数据帧

在802.11协议中，大部分数据帧都是通过携带MSDU来传输数据的，当然有一些特殊用途的空帧不会携带MSDU（比如用来通知power save status的帧），所以传输时不会对它进行加密。一般来说，控制帧、管理帧和空的数据帧都是不需要加密的。数据帧的类型主要包括下面这些：

Data (simple data frame)
Null function (no MSDU payload)
Data + CF-ACK
Data + CF-Poll
Data + CF-ACK + CF-Poll
CF-ACK (no MSDU payload)
CF-Poll (no MSDU payload)
CF-ACK + CF-Poll (no MSDU payload)
QoS data
QoS Null (no MSDU payload)
QoS data + CF-ACK
QoS data + CF-Poll
QoS data + CF-ACK + CF-Poll
QoS CF-Poll (no MSDU payload)

2、常见的帧
在802.11中的帧有三种类型：管理帧（Management Frame，例如Beacon帧、Association帧）、控制帧（Control Frame，例如RTS帧、CTS帧、ACK帧）、数据帧（Data Frame，承载数据的载体，其中的DS字段用来标识方向很重要）。帧头部中的类型字段中会标识出该帧属于哪个字段。

（1）ACK帧
单播(unicast)帧都需要用ACK来确认 ，ACK本身不是广播帧，ACK在MAC上是unicast的，帧中有receive地址字段（用来标识是对谁的确认），但是它却不需要再确认了。ACK只有接收地址（receive）而无源地址（src）和序号（sequence） ，因为发送和接受是一个整体，发送之后，其他人（除了这个发送的接受者）都不会再发送数据了（无线协议中的冲突避免机制），所以接受者会发送一个没有src的ack帧给receiver，而接收ACK的一端会根据这个知道它收到了一个ACK帧（其实根据协议，应当把发送单播帧和收到它相应的ACK看作一个原子的不可分割的整体，表示一次成功的通信）。

（2）Beacon帧
Beacon帧定时广播发送，主要用来通知网络AP的存在性。Station和AP建立Association的时候，也需要用到Beacon。Station可以通过Scan来扫描到Beacon，从而得知AP的存在，也可以在扫描的时候通过主动发送Probe来探寻AP是否存在。也就是说，建立Association的时候有主动的扫描或者被动的扫描两种方式。另外，Beacon还包含了关于Power Save、以及地区等信息。

（3）Association帧
通常Association帧都有Probe Request和相应的Probe Response。Association的Request中有其所需要的Channel以及Data Rate等状态，以便让AP决定是否让它与自己建立Association。而关联是否成功，主要是看Response中的Status code是否为Success。

（4）Data帧
Data Frame具有方向，这个方向用DS（分布式系统）字段来标识，以区分不同类型帧中关于地址的解析方式；其它的类型Frame例如 Control Frame或者管理帧中，这个字段是全零。这个字段用两位表示，这两个位的含义分别表示“To Ds”和“From Ds”，大致含义如下：
（a）To DS：表示Station->AP，一般也叫Upload。
（b）From DS表示AP->Station，一般也叫Download。
这里，我们可以大致将DS看做AP，To/From是从AP的角度来考虑的。To DS就是让AP干活。另外Data Frame中还有一个比较重要的字段就是Sequence，表示帧的序号。重传帧序号一样，但是多了一个Retry的字段表示该帧是重传的。
为了便于理解，这里再次详细解释一下DS字段的含义：
To DS=0,From DS=0:表示Station之间的AD Hoc类似的通信，或者控制侦、管理侦。
To DS=0,From DS=1:Station接收的侦。
To DS=1,From DS = 0:Station发送的侦。
To DS=1,From DS = 1:无线桥接器上的数据侦。
这里，我们主要关注To DS和From DS分别是01和10的情况，DS虽然大致等于AP但是它不是AP，它其实是一个系统，从Station的角度来看，比较容易理解。并且To DS和From DS一定是无线网络上面数据侦才有的字段。

3、帧和大端小端
Ethernet和802.11都是按照Little Endian的方式来传输数据，也就是说，而MAC层传输的时候，是采用Little Endian的方式，一个字节一个字节的传输的，前面的低位字节先传输，后面的高位字节后传输（传输单位不是按位而是字节）；在协议标准上描述一个帧的时候，一般是先按照Little Endian的方式对其进行总体描述，然后具体细节说每个字段的值，这时候这个字段值是Big Endian方式表示的，这一点应当注意。

例如，协议标准中可能能对某个帧格式做如下的描述：
|b0|b1|b2|b3|b4|b5|b6|b7|b8|b9|…|…|

这里，最低位b0在最前面，所以这里采用的就是小端的方式来描述帧的总体格式信息。传输的时候，就按照这里的方式，以字节为单位向物理层进行传输（先传b0_b7然后b8b16等等）。 但是，在解释这个帧的各个域的时候却采用大端的方式进行描述。假设b3=0,b2=1,b1=0,b0=0四者共同组成一个名字为“FLAG”的域，那么会有类似如下的描述：
FLAG=4(即FLAG为0100)：表示XXX。
所以，协议标准中具体描述某个域的时候，一般直接用大端方式表示的数值(b3b2b1b0=0100)来描述；而传输数据帧或者在协议标准中描述整体帧的时候，中给出的却是小端的方式(b0b1b2b3=0010)。 这里的每个字段都是帧的一个部分，在管理帧（后面会说）中长度不固定的部分又叫IE(information Element) 。

另外注意，内存地址是用来标记每个字节的而不是位，所以内存里面大端小端也是以字节而不是位为单位的（前面描述“大端“、”小端”的时候却以位序而非字节序，这一点需要明辨，不要混淆）。假设奔腾的机器，CPU为32位，采用Little Endian方式，那么表示1这个int类型整数的时候，假设它在数值上是十六进制的"00000001"，那么存放在内存中却是由低位到高位依次存放的，由低到高地址依次为：“01”、“00”、“00”、“00”（也就是说小端方式存放在内存中的时候，是按照含有最低位的字节存放在低地址，注意是字节，在内存中“位”没有地址，所以没有大端小端一说）。在传递帧的时候，也是按照一个字节一个字节的传输，而一个字节内部在实际上其实没有什么端的分别，但是wireshark一律使用“b7b6b5b4b3b2b1b0”这样的方式来用大端的方式显示。

总之，需要注意网络层下面的帧的大端小端问题（不是网络中的字节序，TCP/IP中规定的网络字节序是Big Endian），大致就是：协议规定，传输的时候使用Little Endian；标准描述的时候用Big Endian和Little Endian都用；另外，Wire shark软件抓的包中，好象全都用Big Endian来进行标示（无论是信息窗口还是内存窗口都这样展示）。

4、帧的来源和目的地址
因为无线网络中没有采用有线电缆而是采用无线电波做为传输介质，所以需要将其网络层以下的帧格式封装的更复杂，才能像在有线网络那样传输数据。其中，仅从标识帧的来源和去向方面，无线网络中的帧就需要有四个地址，而不像以太网那样简单只有有两个地址（源和目的）。这四个地址分别是：

SRC：源地址（SA），和以太网中的一样，就是发帧的最初地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。
DST：目的地址（DA），和以太网中的一样，就是最终接受数据帧的地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。
TX：也就是Transmiter（TA），表示无线网络中目前实际发送帧者的地址（可能是最初发帧的人，也可能是转发时候的路由）。
RX：也就是Receiver（RA），表示无线网络中，目前实际接收帧者的地址（可能是最终的接收者，也可能是接收帧以便转发给接收者的ap）。
注意，其实，还有一个BSSID，用来区分不同网络的标识。

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在802.11帧中，有四个地址字段，一般只用到其中的三个，并且，这四个字段对应哪种地址或者使用哪些地址，根据帧中的另外一个DS字段以及帧的类型而有不同的解释。

举例：
（1）无线网络中的Station和以太网中的Host进行通信：
Station<- - - - ->AP<---------->Host
a）当Station->Host的时候：
首先Station->AP，这时候Src=Station,Dst=Host,Tx=Station,Rx=AP，然后AP->Host，这时候Src=Station,Dst=Host，因为AP转发的时候，是在以太网中，所以没有Tx和Rx。

b）当Host->Station的时候：
首先Host->AP，这时候Src=Host，Dst=Station，然后AP->Station，这时候，Src=Host,Dst=Station,Tx=AP,Rx=Station。

（2）无线网络中的Station之间进行通信：

Station1<- - - - ->AP<- - - - ->Station2
a）当Station1->Station2时

首先Station1->AP，Src=Station1,Dst=Station2,Tx=Station1,Rx=AP，然后AP->Station2，Src=Station1, Dst=Station2, Tx=AP, Rx=Station2。

可见，在无线网络中，始终存在Tx和Rx，但是，这四个地址中还是只有三个地址足矣。

（3）当两个无线网络中的Station进行通信的时候：
Station1<- - - - ->AP1<- - - - ->AP2<- - - - - ->Station2
当Station1->Station2时：

首先Station1->AP1，Src=Station,Dst=Station2,Tx=Station1,Rx=AP1，然后AP1->AP2，Src=Station, Dst=Station2, Tx=AP1, Rx=AP2，然后AP2->Station2，Src=Station1,Dst=Station2,Tx=AP2,Rx=Station2。

注意，这个时候，AP起到桥接的作用，所以四个地址各不相同，同时，AP之间或者Station和AP之间的那部分连接，也可以是以太网。

综上可知， 无线网络中的Station想要通信，必须经过AP来进行“转发”，其实，Tx和Rx是无线网络中的发和收，也就是Radio；而Src和Dst是真正的发送源和接收者。

上面四个为4种可能性，具体用到那个，需要在规定的场景下使用，如下所示：

使用示例

1) 方案一：

     A和B 在同一个IBSS，A->B (Ad hoc无线自组网中的数据帧的地址格式)。

2) 方案二：

    从AP发出的无线数据帧中的地址格式。

3) 方案三：

    发到AP的无线数据帧中的地址格式。

4) 方案四：

    通过无线分布系统传输的无线数据帧中的地址格式。

5、建立Association
下面是Station和Ap建立开放Association的过程：

    （0）Ap周期性地广播Beacon帧
（1）Station广播Probe Request到达Ap

（2）Ap向Station发送Probe Reponse

（3）Station向Ap发送ACK

（4）Station向Ap发送Authentication Request

（5）Ap向Station发送ACK

（6）Ap向Station发送Authentication Reponse

（7）Station向Ap发送ACK

（8）Station向Ap发送Association Request

（9）Ap向Station发送ACK

（10）Ap向Station发送Association Reponse

（11）Station向Ap发送ACK

（12）Station和Ap开始相互通信。

可见，广播帧不用回复，单播帧需要用ACK确认，ACK本身不用被确认。

转自:https://blog.csdn.net/baidu_20152423/article/details/83110365

1、802.11 帧类型

802.11协议有规定三种类型的帧，分别时管理帧，控制帧和数据帧。

（1）管理帧
有线通信和无线通信的最大区别是什么？那就是有没有用网线！有线客户端如果想连接某个网络，只要将网线接到对应的路由器上就好了，但是无线客户端想完成这个“接入”动作应该怎么办呢？这就需要管理帧的帮忙，管理帧的主要工作就是管理无线客户端的接入和断开。有线连接并不太需要管理帧的帮忙，插拔网线的动作也很简单，但是无线接入却复杂得多。管理帧是不带上层payload信息的，但是它携带一些固定大小的Information felds和可变大小的Information elements （IE）。

管理帧主要包括下面这些种类：

Association request
Association response
Reassociation request
Reassociation response
Probe request
Probe response
Beacon
Announcement traffic indication message (ATIM)
Disassociation
Authentication
Deauthentication
Action

（2）控制帧

有线通信和无线通信另外一个区别是传输媒介的稳定性，无线因为传输媒介是电磁波，容易受到各种干而变得不稳定，为了保证数据的稳定传输，就需要控制帧的帮忙。控制帧不仅可以控制传输的速率，还可以用来清空通道（CTS/RTS），协商channel(DFS/ACS)和提供单播通知(PS-Poll/ACK)等功能。

Power Save Poll (PS-Poll)
Request to send (RTS)
Clear to send (CTS)
Acknowledgment (ACK)
Contention Free-End (CF-End)
CF-End + CF+ACK
Block ACK Request (BlockAckReq)
Block ACK (BlockAck)

（3）数据帧

在802.11协议中，大部分数据帧都是通过携带MSDU来传输数据的，当然有一些特殊用途的空帧不会携带MSDU（比如用来通知power save status的帧），所以传输时不会对它进行加密。一般来说，控制帧、管理帧和空的数据帧都是不需要加密的。数据帧的类型主要包括下面这些：

Data (simple data frame)
Null function (no MSDU payload)
Data + CF-ACK
Data + CF-Poll
Data + CF-ACK + CF-Poll
CF-ACK (no MSDU payload)
CF-Poll (no MSDU payload)
CF-ACK + CF-Poll (no MSDU payload)
QoS data
QoS Null (no MSDU payload)
QoS data + CF-ACK
QoS data + CF-Poll
QoS data + CF-ACK + CF-Poll
QoS CF-Poll (no MSDU payload)

2、常见的帧
在802.11中的帧有三种类型：管理帧（Management Frame，例如Beacon帧、Association帧）、控制帧（Control Frame，例如RTS帧、CTS帧、ACK帧）、数据帧（Data Frame，承载数据的载体，其中的DS字段用来标识方向很重要）。帧头部中的类型字段中会标识出该帧属于哪个字段。

（1）ACK帧
单播(unicast)帧都需要用ACK来确认 ，ACK本身不是广播帧，ACK在MAC上是unicast的，帧中有receive地址字段（用来标识是对谁的确认），但是它却不需要再确认了。ACK只有接收地址（receive）而无源地址（src）和序号（sequence） ，因为发送和接受是一个整体，发送之后，其他人（除了这个发送的接受者）都不会再发送数据了（无线协议中的冲突避免机制），所以接受者会发送一个没有src的ack帧给receiver，而接收ACK的一端会根据这个知道它收到了一个ACK帧（其实根据协议，应当把发送单播帧和收到它相应的ACK看作一个原子的不可分割的整体，表示一次成功的通信）。

（2）Beacon帧
Beacon帧定时广播发送，主要用来通知网络AP的存在性。Station和AP建立Association的时候，也需要用到Beacon。Station可以通过Scan来扫描到Beacon，从而得知AP的存在，也可以在扫描的时候通过主动发送Probe来探寻AP是否存在。也就是说，建立Association的时候有主动的扫描或者被动的扫描两种方式。另外，Beacon还包含了关于Power Save、以及地区等信息。

（3）Association帧
通常Association帧都有Probe Request和相应的Probe Response。Association的Request中有其所需要的Channel以及Data Rate等状态，以便让AP决定是否让它与自己建立Association。而关联是否成功，主要是看Response中的Status code是否为Success。

（4）Data帧
Data Frame具有方向，这个方向用DS（分布式系统）字段来标识，以区分不同类型帧中关于地址的解析方式；其它的类型Frame例如 Control Frame或者管理帧中，这个字段是全零。这个字段用两位表示，这两个位的含义分别表示“To Ds”和“From Ds”，大致含义如下：
（a）To DS：表示Station->AP，一般也叫Upload。
（b）From DS表示AP->Station，一般也叫Download。
这里，我们可以大致将DS看做AP，To/From是从AP的角度来考虑的。To DS就是让AP干活。另外Data Frame中还有一个比较重要的字段就是Sequence，表示帧的序号。重传帧序号一样，但是多了一个Retry的字段表示该帧是重传的。
为了便于理解，这里再次详细解释一下DS字段的含义：
To DS=0,From DS=0:表示Station之间的AD Hoc类似的通信，或者控制侦、管理侦。
To DS=0,From DS=1:Station接收的侦。
To DS=1,From DS = 0:Station发送的侦。
To DS=1,From DS = 1:无线桥接器上的数据侦。
这里，我们主要关注To DS和From DS分别是01和10的情况，DS虽然大致等于AP但是它不是AP，它其实是一个系统，从Station的角度来看，比较容易理解。并且To DS和From DS一定是无线网络上面数据侦才有的字段。

3、帧和大端小端
Ethernet和802.11都是按照Little Endian的方式来传输数据，也就是说，而MAC层传输的时候，是采用Little Endian的方式，一个字节一个字节的传输的，前面的低位字节先传输，后面的高位字节后传输（传输单位不是按位而是字节）；在协议标准上描述一个帧的时候，一般是先按照Little Endian的方式对其进行总体描述，然后具体细节说每个字段的值，这时候这个字段值是Big Endian方式表示的，这一点应当注意。

例如，协议标准中可能能对某个帧格式做如下的描述：
|b0|b1|b2|b3|b4|b5|b6|b7|b8|b9|…|…|

这里，最低位b0在最前面，所以这里采用的就是小端的方式来描述帧的总体格式信息。传输的时候，就按照这里的方式，以字节为单位向物理层进行传输（先传b0_b7然后b8b16等等）。 但是，在解释这个帧的各个域的时候却采用大端的方式进行描述。假设b3=0,b2=1,b1=0,b0=0四者共同组成一个名字为“FLAG”的域，那么会有类似如下的描述：
FLAG=4(即FLAG为0100)：表示XXX。
所以，协议标准中具体描述某个域的时候，一般直接用大端方式表示的数值(b3b2b1b0=0100)来描述；而传输数据帧或者在协议标准中描述整体帧的时候，中给出的却是小端的方式(b0b1b2b3=0010)。 这里的每个字段都是帧的一个部分，在管理帧（后面会说）中长度不固定的部分又叫IE(information Element) 。

另外注意，内存地址是用来标记每个字节的而不是位，所以内存里面大端小端也是以字节而不是位为单位的（前面描述“大端“、”小端”的时候却以位序而非字节序，这一点需要明辨，不要混淆）。假设奔腾的机器，CPU为32位，采用Little Endian方式，那么表示1这个int类型整数的时候，假设它在数值上是十六进制的"00000001"，那么存放在内存中却是由低位到高位依次存放的，由低到高地址依次为：“01”、“00”、“00”、“00”（也就是说小端方式存放在内存中的时候，是按照含有最低位的字节存放在低地址，注意是字节，在内存中“位”没有地址，所以没有大端小端一说）。在传递帧的时候，也是按照一个字节一个字节的传输，而一个字节内部在实际上其实没有什么端的分别，但是wireshark一律使用“b7b6b5b4b3b2b1b0”这样的方式来用大端的方式显示。

总之，需要注意网络层下面的帧的大端小端问题（不是网络中的字节序，TCP/IP中规定的网络字节序是Big Endian），大致就是：协议规定，传输的时候使用Little Endian；标准描述的时候用Big Endian和Little Endian都用；另外，Wire shark软件抓的包中，好象全都用Big Endian来进行标示（无论是信息窗口还是内存窗口都这样展示）。

4、帧的来源和目的地址
因为无线网络中没有采用有线电缆而是采用无线电波做为传输介质，所以需要将其网络层以下的帧格式封装的更复杂，才能像在有线网络那样传输数据。其中，仅从标识帧的来源和去向方面，无线网络中的帧就需要有四个地址，而不像以太网那样简单只有有两个地址（源和目的）。这四个地址分别是：

SRC：源地址（SA），和以太网中的一样，就是发帧的最初地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。
DST：目的地址（DA），和以太网中的一样，就是最终接受数据帧的地址，在以太网和wifi中帧格式转换的时候，互相可以直接复制。
TX：也就是Transmiter（TA），表示无线网络中目前实际发送帧者的地址（可能是最初发帧的人，也可能是转发时候的路由）。
RX：也就是Receiver（RA），表示无线网络中，目前实际接收帧者的地址（可能是最终的接收者，也可能是接收帧以便转发给接收者的ap）。
注意，其实，还有一个BSSID，用来区分不同网络的标识。

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在802.11帧中，有四个地址字段，一般只用到其中的三个，并且，这四个字段对应哪种地址或者使用哪些地址，根据帧中的另外一个DS字段以及帧的类型而有不同的解释。

举例：
（1）无线网络中的Station和以太网中的Host进行通信：
Station<- - - - ->AP<---------->Host
a）当Station->Host的时候：
首先Station->AP，这时候Src=Station,Dst=Host,Tx=Station,Rx=AP，然后AP->Host，这时候Src=Station,Dst=Host，因为AP转发的时候，是在以太网中，所以没有Tx和Rx。

b）当Host->Station的时候：
首先Host->AP，这时候Src=Host，Dst=Station，然后AP->Station，这时候，Src=Host,Dst=Station,Tx=AP,Rx=Station。

（2）无线网络中的Station之间进行通信：

Station1<- - - - ->AP<- - - - ->Station2
a）当Station1->Station2时

首先Station1->AP，Src=Station1,Dst=Station2,Tx=Station1,Rx=AP，然后AP->Station2，Src=Station1, Dst=Station2, Tx=AP, Rx=Station2。

可见，在无线网络中，始终存在Tx和Rx，但是，这四个地址中还是只有三个地址足矣。

（3）当两个无线网络中的Station进行通信的时候：
Station1<- - - - ->AP1<- - - - ->AP2<- - - - - ->Station2
当Station1->Station2时：

首先Station1->AP1，Src=Station,Dst=Station2,Tx=Station1,Rx=AP1，然后AP1->AP2，Src=Station, Dst=Station2, Tx=AP1, Rx=AP2，然后AP2->Station2，Src=Station1,Dst=Station2,Tx=AP2,Rx=Station2。

注意，这个时候，AP起到桥接的作用，所以四个地址各不相同，同时，AP之间或者Station和AP之间的那部分连接，也可以是以太网。

综上可知， 无线网络中的Station想要通信，必须经过AP来进行“转发”，其实，Tx和Rx是无线网络中的发和收，也就是Radio；而Src和Dst是真正的发送源和接收者。

上面四个为4种可能性，具体用到那个，需要在规定的场景下使用，如下所示：

使用示例

1) 方案一：

     A和B 在同一个IBSS，A->B (Ad hoc无线自组网中的数据帧的地址格式)。

2) 方案二：

    从AP发出的无线数据帧中的地址格式。

3) 方案三：

    发到AP的无线数据帧中的地址格式。

4) 方案四：

    通过无线分布系统传输的无线数据帧中的地址格式。

5、建立Association
下面是Station和Ap建立开放Association的过程：

    （0）Ap周期性地广播Beacon帧
（1）Station广播Probe Request到达Ap

（2）Ap向Station发送Probe Reponse

（3）Station向Ap发送ACK

（4）Station向Ap发送Authentication Request

（5）Ap向Station发送ACK

（6）Ap向Station发送Authentication Reponse

（7）Station向Ap发送ACK

（8）Station向Ap发送Association Request

（9）Ap向Station发送ACK

（10）Ap向Station发送Association Reponse

（11）Station向Ap发送ACK

（12）Station和Ap开始相互通信。

来源：CSDN

作者：细嗅蔷薇的猛虎

链接：https://blog.csdn.net/weixin_38810660/article/details/103554867