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《CWAP-404》,第4章:802.11 MAC 帧(4.1,802.11 帧类型,管理帧)

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管理帧的功能与其名称一致:它们负责管理无线媒介本身。总共有 14种管理帧类型,其中两个值保留供后续使用。这些类型及其在MAC头子类型字段中对应的比特值可在下图中找到。所有管理帧在MAC头中的类型字段值为00。 帧类型与子类型字段共同标识帧的功能和类型。需注意,子类型值中 15(1111)和 7(0111)的位置已保留供未来使用。以下将详细说明各类管理帧子类型的功能。下图展示了Wireshark中对信标帧的解码结果,其中类型/子类型字段显示为信标帧。值得注意的是,Wireshark显示的十六进制值0x0008对应二进制001000,即类型字段为00(管理帧),子类型字段为1000(信标帧)。 0000 - 关联请求(Association Request):在完成认证(Authentication)后,这是加入基本服务集(BSS)的下一步。 该帧不仅是加入BSS流程的核心部分,还携带了使接入点(AP)与网络接口卡(NIC)同步的信息。它最多包含24个字段,其中大部分字段用于向BSS告知NIC自身的功能与特性。以下是部分关键字段:
  • 能力信息(Capability Information)
  • 监听间隔(Listen Interval)
  • 服务集标识符(SSID)
  • 支持速率与扩展速率(Supported Rates and Extended Rates)
  • 支持的频道(Channels Supported)
  • 服务质量能力(QoS Capability)
0001 - 关联响应(Association Response):关联响应帧的帧体最多包含31个字段,其中包含BSS的相关信息。最重要的是,该帧会包含 状态码以指示响应结果(成功或失败)。若失败,则会说明原因;若成功,则会分配 关联标识符(AID)。在开放系统认证中,这是客户端通过接入点(AP)与分发系统(DS)进行数据交互前的最后一步。其包含的字段包括:
  • 接收信道功率指示(RCPI):测量选定信道的射频接收功率
  • 高吞吐量能力与操作(HT Capabilities and Operation)(启用HT时)
  • EDCA参数集(若启用)
  • 20/40 MHz共存设置与之前类似,最后一个字段为
厂商自定义字段 0010 - 重新关联请求(Reassociation Request):当客户端在同一BSS内从一个关联的AP漫游到另一个AP时,会触发此帧。该帧由客户端发送至新AP,用于通知BSS重新路由客户端漫游期间缓冲的数据。与关联请求类似,该帧包含BSS的 服务集标识符(SSID)。若启用 快速切换(Fast Transition, FT),则会在此列出。该帧最多包含29个字段,具体包括:
  • 能力信息(Capability Information)
  • 当前接入点(Current AP)
  • 若干可选字段(根据BSS配置启用)
0011 - 重新关联响应(Reassociation Response):此帧由客户端尝试漫游的目标接入点(AP)发送,其结构与关联响应(Association Response)类似。该帧最多包含34个字段,可返回成功或失败状态,指示客户端是否被允许加入BSS。帧中会包含 状态码(成功时分配新AID,失败时说明拒绝原因),并提供客户端可能错过的BSS最新信息。具体包括:
  • 关联相关信息
  • 新的关联标识符(AID)
  • 支持的数据速率
0100 - 探测定请求(Probe Request):当站点(STA)或客户端需要从所有AP或特定AP获取信息时,会发送此帧。无论是否指定AP,同一信道内的所有AP均需响应。连接 隐藏SSID网络时,客户端必须在探测定请求中包含SSID。通过匹配BSSID的探测定请求与响应,是发现隐藏网络的主要方法之一。此帧是主动扫描(Active Scanning)的核心工具,与信标帧(Beacon)同为BSS数据收集的重要来源。探测定请求的特点:
  • 用于启动关联流程
  • 无论信标帧是否显示SSID均会发送
  • 仅由客户端STA发送
  • 在Mesh网络中包含“Mesh ID”
0101 - 探测定响应(Probe Response):探测定响应是接入点(AP)对探测定请求(Probe Request)的回应。该帧包含 时间戳信标间隔能力信息SSID,主要用于支持客户端启动关联流程。其最多可包含71个字段,是获取BSS相关信息的描述性最强的帧之一。该帧通常由AP发送(或在Mesh网络中由充当AP的设备发送),特点包括:
  • 由AP发送至STA
  • 包含BSS的几乎所有关键信息
  • 关联流程的核心环节
0110 - 时间公告帧(Timing Advertisement):此帧主要为802.11p标准的产物,用于使BSS同步至某一时钟,以支持突发传输(最初用于高速移动车辆在适当时机传输数据)。时间公告帧是最简短的帧之一,仅包含7个字段:
  • 时间戳(Timestamp)
  • 能力(Capability)
  • 国家代码(Country)
  • 功率限制(Power Constraint)
  • 时间公告(Time Advertisement)
  • 扩展能力(Extended Capabilities)
  • 保留的厂商自定义字段
1000 - 信标帧(Beacon):这是设备感知网络的基础机制,信标帧类似于主动发送的探测定响应(Probe Response)。用户设备显示的"可见网络"大多是通过解析信标帧实现的(尤其是在非主动扫描状态下)。与探测定响应类似,信标帧可能包含多达68个字段,是描述性最强的帧类型之一。信标帧按固定间隔(通常可配置)广播发送,用于宣告网络的存在及其特性。每个BSS中的每个SSID均会发送信标帧,即使隐藏SSID的网络也会发送空SSID(NULL SSID)信标。多SSID的隐患在于:
  • 按可配置的时间间隔发送
  • 需与其他帧竞争信道使用权(TxOP)
  • 展示BSS的各项特性
  • 可能是加入BSS的第一步(被动扫描依赖此帧发现网络)
  • 宣告BSS的频道宽度与能力
信标帧的风险
  • 发送信标帧需占用信道时间,多SSID会导致大量管理帧(信标帧/探测定响应)占用空口资源,形成过度管理开销
  • 实际数据传输时间被压缩,影响网络效率
1001 - ATIM帧(通告流量指示消息):仅在独立基本服务集(IBSS/Ad-Hoc模式)中出现,用于通知处于省电模式的站点:当前STA已为其缓存数据,待唤醒后传输。由于IBSS存在严重安全隐患且效率低下,实际应用中较少见。建议谨慎连接IBSS网络。 1010 - 解除关联(Disassociation)与1100 - 解除认证(Deauthentication): 解除认证帧与解除关联帧对接收方的影响类似,均会终止客户端与BSS的认证或关联关系。两者的核心差异在于:
  • 解除认证帧(Deauthentication):强制目标客户端重新协商完整连接(包括认证与关联状态)。
  • 解除关联帧(Disassociation):仅终止关联状态,认证状态仍被视为有效,客户端只需重新关联。
两类帧均携带 原因代码(具体示例见下图),完整代码列表需参考《IEEE Std 802.11-2020》表9-49。此外需注意:
  • 解除认证帧与解除关联帧的帧结构几乎一致,帧体极简。
  • 可由AP广播/单播发送,或由客户端单播发送,以实现强制断开或通知功能。
  • 受保护的管理帧(Protected Management Frames)的核心作用之一,即为防御伪造BSSID发送解除认证帧,避免恶意中断整个服务集的连接。
以下情况可能触发解除认证帧(Deauth):
  • 站点离开BSS:当站点主动退出当前基本服务集时
  • 未指定原因:类似通配符或原因未知的通用场景
  • 不活跃超时:客户端长时间无活动后触发断开
  • 漫游/切换:站点在不同接入点(AP)间移动时
  • 安全握手超时失败:安全协议协商因超时中断
  • 802.1X认证失败:基于端口的网络访问控制协议未通过
  • 持续加入失败或频繁断连:需检查帧中的状态代码以定位问题根源
1011 - 认证帧(Authentication):认证是加入BSS的第二阶段流程。站点(STA)在完成探测请求与响应后发起此帧。认证帧用于协调STA与AP之间的身份验证过程,适用于SAE(对等同时认证)、WEP(有线等效加密,已弃用)、PSK(预共享密钥)或802.1X(基于端口的网络访问控制)等安全环境。除WEP外的所有场景均使用空认证(Null Authentication)。典型认证过程包含两帧交互:
  • STA → AP:发送认证请求
  • AP → STA:返回认证响应
1101 - 动作帧(Action):动作帧用于触发接收方执行特定类别操作,主要功能包括:
  • 频谱管理:测量请求/报告、传输功率控制(TPC)请求/报告、频道切换公告(如DFS事件触发BSS强制换频)
  • 服务质量(QoS)调整:通知STA当前BSS的QoS映射配置
  • 块确认(Block ACK)控制:通过ADDBA请求/响应配置块确认机制,提升传输效率(仅需在传输结束时统一确认)
  • 无线测量:支持射频参数采集与优化
  • 快速BSS切换(Fast BSS Transition):加速漫游过程
  • HT/VHT操作管理:协调高吞吐量及极高速率模式
每个动作类别均有独立的元素树结构,用于定义请求或响应的具体操作类型。 1110 - 无确认动作帧(Action No Ack):此类动作帧无需接收方确认,帧体仅包含 动作字段(Action field)。 管理帧的功能与其名称一致:它们负责管理无线媒介本身。总共有 14种管理帧类型,其中两个值保留供后续使用。这些类型及其在MAC头子类型字段中对应的比特值可在下图中找到。所有管理帧在MAC头中的类型字段值为00。 帧类型与子类型字段共同标识帧的功能和类型。需注意,子类型值中 15(1111)和 7(0111)的位置已保留供未来使用。以下将详细说明各类管理帧子类型的功能。下图展示了Wireshark中对信标帧的解码结果,其中类型/子类型字段显示为信标帧。值得注意的是,Wireshark显示的十六进制值0x0008对应二进制001000,即类型字段为00(管理帧),子类型字段为1000(信标帧)。 0000 - 关联请求(Association Request):在完成认证(Authentication)后,这是加入基本服务集(BSS)的下一步。 该帧不仅是加入BSS流程的核心部分,还携带了使接入点(AP)与网络接口卡(NIC)同步的信息。它最多包含24个字段,其中大部分字段用于向BSS告知NIC自身的功能与特性。以下是部分关键字段:
  • 能力信息(Capability Information)
  • 监听间隔(Listen Interval)
  • 服务集标识符(SSID)
  • 支持速率与扩展速率(Supported Rates and Extended Rates)
  • 支持的频道(Channels Supported)
  • 服务质量能力(QoS Capability)
0001 - 关联响应(Association Response):关联响应帧的帧体最多包含31个字段,其中包含BSS的相关信息。最重要的是,该帧会包含 状态码以指示响应结果(成功或失败)。若失败,则会说明原因;若成功,则会分配 关联标识符(AID)。在开放系统认证中,这是客户端通过接入点(AP)与分发系统(DS)进行数据交互前的最后一步。其包含的字段包括:
  • 接收信道功率指示(RCPI):测量选定信道的射频接收功率
  • 高吞吐量能力与操作(HT Capabilities and Operation)(启用HT时)
  • EDCA参数集(若启用)
  • 20/40 MHz共存设置与之前类似,最后一个字段为
厂商自定义字段 0010 - 重新关联请求(Reassociation Request):当客户端在同一BSS内从一个关联的AP漫游到另一个AP时,会触发此帧。该帧由客户端发送至新AP,用于通知BSS重新路由客户端漫游期间缓冲的数据。与关联请求类似,该帧包含BSS的 服务集标识符(SSID)。若启用 快速切换(Fast Transition, FT),则会在此列出。该帧最多包含29个字段,具体包括:
  • 能力信息(Capability Information)
  • 当前接入点(Current AP)
  • 若干可选字段(根据BSS配置启用)
0011 - 重新关联响应(Reassociation Response):此帧由客户端尝试漫游的目标接入点(AP)发送,其结构与关联响应(Association Response)类似。该帧最多包含34个字段,可返回成功或失败状态,指示客户端是否被允许加入BSS。帧中会包含 状态码(成功时分配新AID,失败时说明拒绝原因),并提供客户端可能错过的BSS最新信息。具体包括:
  • 关联相关信息
  • 新的关联标识符(AID)
  • 支持的数据速率
0100 - 探测定请求(Probe Request):当站点(STA)或客户端需要从所有AP或特定AP获取信息时,会发送此帧。无论是否指定AP,同一信道内的所有AP均需响应。连接 隐藏SSID网络时,客户端必须在探测定请求中包含SSID。通过匹配BSSID的探测定请求与响应,是发现隐藏网络的主要方法之一。此帧是主动扫描(Active Scanning)的核心工具,与信标帧(Beacon)同为BSS数据收集的重要来源。探测定请求的特点:
  • 用于启动关联流程
  • 无论信标帧是否显示SSID均会发送
  • 仅由客户端STA发送
  • 在Mesh网络中包含“Mesh ID”
0101 - 探测定响应(Probe Response):探测定响应是接入点(AP)对探测定请求(Probe Request)的回应。该帧包含 时间戳信标间隔能力信息SSID,主要用于支持客户端启动关联流程。其最多可包含71个字段,是获取BSS相关信息的描述性最强的帧之一。该帧通常由AP发送(或在Mesh网络中由充当AP的设备发送),特点包括:
  • 由AP发送至STA
  • 包含BSS的几乎所有关键信息
  • 关联流程的核心环节
0110 - 时间公告帧(Timing Advertisement):此帧主要为802.11p标准的产物,用于使BSS同步至某一时钟,以支持突发传输(最初用于高速移动车辆在适当时机传输数据)。时间公告帧是最简短的帧之一,仅包含7个字段:
  • 时间戳(Timestamp)
  • 能力(Capability)
  • 国家代码(Country)
  • 功率限制(Power Constraint)
  • 时间公告(Time Advertisement)
  • 扩展能力(Extended Capabilities)
  • 保留的厂商自定义字段
1000 - 信标帧(Beacon):这是设备感知网络的基础机制,信标帧类似于主动发送的探测定响应(Probe Response)。用户设备显示的"可见网络"大多是通过解析信标帧实现的(尤其是在非主动扫描状态下)。与探测定响应类似,信标帧可能包含多达68个字段,是描述性最强的帧类型之一。信标帧按固定间隔(通常可配置)广播发送,用于宣告网络的存在及其特性。每个BSS中的每个SSID均会发送信标帧,即使隐藏SSID的网络也会发送空SSID(NULL SSID)信标。多SSID的隐患在于:
  • 按可配置的时间间隔发送
  • 需与其他帧竞争信道使用权(TxOP)
  • 展示BSS的各项特性
  • 可能是加入BSS的第一步(被动扫描依赖此帧发现网络)
  • 宣告BSS的频道宽度与能力
信标帧的风险
  • 发送信标帧需占用信道时间,多SSID会导致大量管理帧(信标帧/探测定响应)占用空口资源,形成过度管理开销
  • 实际数据传输时间被压缩,影响网络效率
1001 - ATIM帧(通告流量指示消息):仅在独立基本服务集(IBSS/Ad-Hoc模式)中出现,用于通知处于省电模式的站点:当前STA已为其缓存数据,待唤醒后传输。由于IBSS存在严重安全隐患且效率低下,实际应用中较少见。建议谨慎连接IBSS网络。 1010 - 解除关联(Disassociation)与1100 - 解除认证(Deauthentication): 解除认证帧与解除关联帧对接收方的影响类似,均会终止客户端与BSS的认证或关联关系。两者的核心差异在于:
  • 解除认证帧(Deauthentication):强制目标客户端重新协商完整连接(包括认证与关联状态)。
  • 解除关联帧(Disassociation):仅终止关联状态,认证状态仍被视为有效,客户端只需重新关联。
两类帧均携带 原因代码(具体示例见下图),完整代码列表需参考《IEEE Std 802.11-2020》表9-49。此外需注意:
  • 解除认证帧与解除关联帧的帧结构几乎一致,帧体极简。
  • 可由AP广播/单播发送,或由客户端单播发送,以实现强制断开或通知功能。
  • 受保护的管理帧(Protected Management Frames)的核心作用之一,即为防御伪造BSSID发送解除认证帧,避免恶意中断整个服务集的连接。
以下情况可能触发解除认证帧(Deauth):
  • 站点离开BSS:当站点主动退出当前基本服务集时
  • 未指定原因:类似通配符或原因未知的通用场景
  • 不活跃超时:客户端长时间无活动后触发断开
  • 漫游/切换:站点在不同接入点(AP)间移动时
  • 安全握手超时失败:安全协议协商因超时中断
  • 802.1X认证失败:基于端口的网络访问控制协议未通过
  • 持续加入失败或频繁断连:需检查帧中的状态代码以定位问题根源
1011 - 认证帧(Authentication):认证是加入BSS的第二阶段流程。站点(STA)在完成探测请求与响应后发起此帧。认证帧用于协调STA与AP之间的身份验证过程,适用于SAE(对等同时认证)、WEP(有线等效加密,已弃用)、PSK(预共享密钥)或802.1X(基于端口的网络访问控制)等安全环境。除WEP外的所有场景均使用空认证(Null Authentication)。典型认证过程包含两帧交互:
  • STA → AP:发送认证请求
  • AP → STA:返回认证响应
1101 - 动作帧(Action):动作帧用于触发接收方执行特定类别操作,主要功能包括:
  • 频谱管理:测量请求/报告、传输功率控制(TPC)请求/报告、频道切换公告(如DFS事件触发BSS强制换频)
  • 服务质量(QoS)调整:通知STA当前BSS的QoS映射配置
  • 块确认(Block ACK)控制:通过ADDBA请求/响应配置块确认机制,提升传输效率(仅需在传输结束时统一确认)
  • 无线测量:支持射频参数采集与优化
  • 快速BSS切换(Fast BSS Transition):加速漫游过程
  • HT/VHT操作管理:协调高吞吐量及极高速率模式
每个动作类别均有独立的元素树结构,用于定义请求或响应的具体操作类型。 1110 - 无确认动作帧(Action No Ack):此类动作帧无需接收方确认,帧体仅包含 动作字段(Action field)
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