CN1917508B - 无线局域网装置及其帧序列号编号方法 - Google Patents

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Abstract

一种帧序列号编号方法，用于对无线局域网所使用的数据单元编序列号，其包括以下步骤：接收数据单元及其接收工作站地址，其中所述数据单元包括媒介存取控制管理协议数据单元及媒介存取控制服务数据单元；将不同接收工作站地址的媒介存取控制服务数据单元及不同接收工作站地址的媒介存取控制管理协议数据单元分开编序列号。本发明还提供一种无线局域网装置，其可采用本发明方法避免拒绝服务(Denial of Service，DoS)及双面人攻击。

Description

无线局域网装置及其帧序列号编号方法
【技术领域】
本发明涉及无线局域网，尤其涉及一种无线局域网装置及其帧序列号编号方法。
【背景技术】
电气与电子工程师协会(IEEE)的标准-802.11定义了媒介存取控制(Media Access Control，以下简称为MAC)帧格式的主体架构，其包括数据帧、管理帧以及控制帧三种。如图1及图2所示，分别为MAC数据帧100及MAC管理帧200。数据帧100及管理帧200中各包含一序列控制域160、260。序列控制域160、260分别包含两个子域：分段号(SegmentNumber)域161、261以及序列号(Sequence Number，以下简称为SN)域162、262。其中，序列号是帧携带的MAC服务数据单元(MAC ServiceData Unit，以下简称为MSDU)或MAC管理协议数据单元(MACManagement Protocol Data Unit，以下简称为MMPDU)的序列号。每一个MSDU或MMPDU都有一个序列号，其数值从0开始到4095。
在传统方法中，传送装置对其传送的数据单元不论MSDU或MMPDU，其序列号都只是一直累加，累加到4095再从头开始，故对应接收装置无法藉由MMPDU的序列号去判断此MMPDU是否为假造的。因此，当造假用户假装接入点(Access Point，AP)传送造假的管理帧给接收装置时，就会形成拒绝服务(Denial of Service，以下简称为DoS)攻击及双面人(Man-in-the-middle)攻击，攻击者传送上述造假帧企图造成接收装置无法联机及无法使用网络。所谓双面人攻击是指在A和B通信的同时，有第三方C处于信道的中间，可以完全听到A和B通信的信息，并可拦截、替换以及添加信息。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种无线局域网装置，可将不同接收工作站地址(Receiver Address，以下简称为RA)的MAC服务数据单元(MAC Protocol Service Data Unit，以下简称为MSDU)及MAC管理协议数据单元(MAC Management Protocol Data Unit，以下简称为MMPDU)分开编序列号(Sequence Number，以下简称为SN)，并将其应用于所形成的MAC协议数据单元(MAC Protocol Data Unit，以下简称为MPDU)的序列号域，以避免拒绝服务(Denial of Service，以下简称为DoS)及双面人攻击。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种帧序列号编号方法，其可将不同接收工作站地址的MSDU及MMPDU分开编序列号，并将其应用于所形成的MPDU的序列号域，以避免拒绝服务及双面人攻击。
为解决上述技术问题，本发明实施方式提供的无线局域网装置包括：一高层协议模块、一MAC层协议模块及一物理层协议模块。高层协议模块用于执行应用层、表现层、会谈层、传送层、网络层及逻辑连接控制层所组成的协议层的功能，把所传送数据转换为MSDU，并把MSDU及其接收工作站地址传送给MAC层协议模块。MAC层协议模块用于接收MSDU及其接收工作站地址，并根据管理需求产生MMPDU及其接收工作站地址，还用于对所接收的MSDU及所产生的MMPDU加上帧控制等相关信息域形成MPDU。MAC层协议模块包括：一序列号编号模块，用于将不同接收工作站地址的MSDU及MMPDU分开编序列号；以及一MAC处理模块，用于根据管理需求产生MMPDU及其接收工作站地址，给MSDU及MMPDU加上相关信息域而形成MPDU，以及把序列号编号模块所编的序列号应用于所形成的MPDU的序列号域。物理层协议模块用于给MAC层协议模块所形成的MPDU加上相关信息域而形成一物理层协议数据单元(PHY Protocol Data Unit，以下简称为PPDU)。
为解决上述另一技术问题，本发明实施方式提供的帧序列号编号方法包括以下步骤：接收数据单元及其接收工作站地址，其中所述数据单元包括媒介存取控制管理协议数据单元及媒介存取控制服务数据单元；将不同接收工作站地址的媒介存取控制服务数据单元及不同接收工作站地址的媒介存取控制管理协议数据单元分开编序列号。
传送装置将不同接收工作站地址的MSDU及不同接收工作站地址的MMPDU分开编序列号，并将其应用于所形成的MPDU的序列号域，其对应接收装置可以使用一定顺序检查所接收的数据帧或管理帧的序列号域，过滤造假数据帧或管理帧，从而可避免双面人攻击及拒绝服务攻击。
通过以下具施方式的描述合附图，将可轻易的了解上述内容及此项发明的诸多优点。
【附图说明】
图1是IEEE 802.11定义的MAC数据帧格式。
图2是IEEE 802.11定义的MAC管理帧格式。
图3是本发明实施例中无线通信***的架构图。
图4是本发明的无线局域网装置的实施方式的模块图。
图5是本发明的无线局域网装置处理数据的流程图。
图6是本发明的MAC层协议模块的帧序列号编号方法的流程图。
图7是本发明的无线局域网装置另一实施方式的模块图。
【具体实施方式】
开放式***互联参考模型(Open System Interconnect Reference Model，以下简称为OSI模型)将网络通信协议体系区分为7个层。体系的最底层为物理层(Physical Layer，以下简称为PHY)，其定义媒介、传输方法及布线方式。体系的第二层为数据链路层(Data Link Layer)，其定义如何确保数据正确传输，给数据加上相关信息域而形成帧。数据链路层包括两个子层，分别为：逻辑连结控制(Logical Link Control，以下简称为LLC)层，负责将数据正确的发送到物理层，以及媒介存取控制(Media AccessControl，以下简称为MAC)层，负责控制与连结物理层的物理媒介。体系的第三层为网络层(Network Layer)，其负责数据路由(Routing)，包括转换地址，寻找最佳路径及管理流量。体系的第四层为传送层(TransportLayer)，其确保数据到达顺序及正确性。体系的第五层为会谈层(SessionLayer)，其定义连结对话，错误处理与逻辑地址名称转换。体系的第六层为表现层(Presentation Layer)，其处理数据格式，包括格式转换、加密与解密、压缩与还原。体系的第七层为应用层(Application Layer)，其定义供应用程序存取的界面与功能，还有目录服务及档案存取。
IEEE 802.11标准定义了物理层和MAC层的协议规范，允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内，建立互相操作网络设备。IEEE 802.11的MAC层必须与LLC层兼容，以利于相互间的操作。
图1是IEEE 802.11所定义的MAC数据帧格式。MAC数据帧100包括：帧控制域110、持续时间/标示符域120、地址1域130、地址2域140、地址3域150、序列控制域160、地址4域170、帧体域180以及帧校验域190。其中序列控制域160包括两个子域：分段号(Segment Number)域161及序列号域(Sequence Number，SN)162。图2是IEEE 802.11所定义的MAC管理帧格式。MAC管理帧200包括：帧控制域210、持续时间/标示符域220、地址1域230、地址2域240、地址3域250、序列控制域260、帧体域280以及帧校验域290。其中序列控制域260包括两个子域：分段号域261及序列号域262。
如图1及图2所示，其中地址1域130、230为接收工作站地址(ReceiverAddress，RA)域，即待传送的MAC服务数据单元(MAC Service Data Unit，MSDU)或MAC管理协议数据单元(MAC Management Protocol Data Unit，MMPDU)的接收工作站地址。接收工作站地址由48个位构成，不同接收工作站地址对应不同接收工作站，而地址“FF:FF:FF:FF:FF:FF”则为广播地址。序列控制域160、260包括两个子域：分段号域161、261以及序列号域162、262。其中序列号是帧携带的MSDU或MMPDU的序列号。每一个MSDU或MMPDU都有一个序列号，其数值的范围从0到4095。
图3是本发明实施例中无线通信***的架构图。在本实施方式中，无线通信***包括多个无线局域网装置1000、2000及3000。其中，无线局域网装置1000传送数据给多个无线局域网装置2000、3000，且可传送广播数据。
图4是本发明的无线局域网装置1000的实施方式的模块图。在本实施方式中，无线局域网装置1000包括：高层协议模块1100、MAC层协议模块1200以及物理层协议模块1300。其中高层协议模块1100用于执行应用层、表现层、会谈层、传送层、网络层及LLC层等协议层的功能，把所需传送的数据转换为MSDU，且把该MSDU及其接收工作站地址传送给MAC层协议模块1200。
MAC层协议模块1200包括：数据接口1210、序列号编号模块1220以及MAC处理模块1230。数据接口1210用于从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址，并将其传送给序列号编号模块1220。MAC处理模块1230用于根据管理需求产生MMPDU及其接收工作站地址，并将其传送给序列号编号模块1220。所产生的MMPDU用于在联机前帮忙联机或是联机后用作断线的通知。
序列号编号模块1220用于从数据接口1210接收MSDU及其接收工作站地址，并从MAC处理模块1230接收MMPDU及其接收工作站地址，还用于对所接收的MSDU及MMPDU编序列号。序列号编号模块1220包括：选择模块1221、第一判断模块1222、计数模块库1223、第二判断模块1224及设定模块1225。计数模块库1223提供多个计数模块，例如，第一计数模块1223a、第二计数模块1223b…第N计数模块1223n。选择模块1221用于从数据接口1210接收MSDU及其接收工作站地址，以及从MAC处理模块1230接收MMPDU及其接收工作站地址，还用于根据所接收的数据单元MSDU或MMPDU的接收工作站地址于计数模块库1223中选择两个计数模块，分别用于对MSDU及MMPDU编序列号。第一判断模块1222用于判断所接收的数据单元是否为MMPDU。第二判断模块1224用于判断上述计数模块所编的序列号是否小于一预设边界值。若是，则设定模块1225把所接收的数据单元的序列号设为上述计数模块所编的序列号；若否，则设定模块1225把所接收的数据单元的序列号设为预设序列号。设定模块1225还用于更新计数模块库1223。
MAC处理模块1230还用于给MSDU及MMPDU加上帧控制等相关信息域而形成MPDU，并把序列号编号模块1220对MSDU及MMPDU所编的序列号应用到所形成的MPDU的序列号域。
物理层协议模块1300是用于给MAC层协议模块1200所形成的MPDU加上相关信息域形成一物理层协议数据单元(PHY Protocol dataUnit，PPDU)，并把PPDU传送出去。
图5本发明的无线局域网装置1000处理数据的流程图。在本实施方式中，当无线局域网装置1000传送数据给多个无线局域网装置2000、3000，以及传送广播数据时，所传送的数据需经过OSI各层协议处理后再传送出去。
在步骤S500，高层协议模块1100对所传送的数据进行处理，执行应用层、表现层、会谈层、传送层、网络层及LLC层等协议层的功能，把所需传送的数据转换为MSDU，并把该MSDU及其接收工作站地址传送给MAC层协议模块1200。
在步骤S502，MAC层协议模块1200从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址，并根据管理需求产生MMPDU及其接收工作站地址。MAC层协议模块1200藉由所接收的MSDU及所生成的MMPDU加上帧控制等相关信息域而形成MPDU，并把所形成的MPDU传送给物理层协议模块1300。其具体操作流程见图6。
在步骤S504，物理层协议模块1300从MAC层协议模块1200接收MPDU，MPDU加上相关信息域而形成PPDU，并把PPDU传送出去。
图6是本发明的MAC层协议模块的帧序列号编号方法的流程图。
在步骤S600，数据接口1210从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址(RA)，并将其传送给序列号编号模块1220的选择模块1221。MAC处理模块1230根据管理需求产生MMPDU及其接收工作站地址(RA)，并将其传送给序列号编号模块1220的选择模块1221。所产生的MMPDU用于在联机前帮忙联机，或是联机后作为断线的通知。
在步骤S602，选择模块1221接收数据单元MSDU及其接收工作站地址，以及数据单元MMPDU及其接收工作站地址后，根据所接收的数据单元的接收工作站地址于计数模块库1223中选择出两个计数模块，其分别对于MMPDU及MSDU编序列号。在本实施方式中，所接收的数据单元的接收工作站地址指明该数据单元是传送给无线局域网装置2000，举例而言，选择模块1221选择第一计数模块1223a及第二计数模块1223b，分别用于给传送给无线局域网装置2000的MMPDU及MSDU编序列号。在其它实施方式中，如果所接收的数据单元的接收工作站地址指明该数据单元是传送给其它无线局域网装置，或者该接收工作站地址为广播工作站地址，则选择其它计数模块，用于给传送给其它工作站的数据单元或广播数据单元编序列号。
在步骤S604，第一判断模块1222判断所接收的数据单元是否为MMPDU。若是，则执行步骤S606；若不是，则数据单元为MSDU，而执行步骤S608。
在步骤S606，第一计数模块1223a根据第一函数对所接收的MMPDU进行编序列号(SN)。在本实施方式中，第一函数为F(x)＝4x+1，其中x定义为传送给无线局域网装置2000的MMPDU的次序，故传送给无线局域网装置2000的第一个MMPDU的序列号编号为5，第二个序列号编号则为9，以此类推。在其它方式中，第一函数可为其它线性函数或其它类型函数。
在步骤S608，第二计数模块1223b根据第二函数对所接收的MSDU进行编序列号(SN)。在本实施方式中，第二函数为F(x)＝x+1，其中x定义为传送给无线局域网装置2000的MSDU的次序，故传送给无线局域网装置2000的第一个MSDU的序列号编号为2，第二个序列号编号为3，以此类推。
在其它实施方式中，第二函数可为其它线性函数或其它类型函数。在本实施方式中，第二函数与第一函数不同。在其它实施方式中，第二函数与第一函数可以相同。
在步骤S610，第二判断模块1224判断上述第一计数模块1223a或第二计数模块1223b所编的序列号是否小于预设边界值。在本实施方式中，该预设边界值为4096。
如果小于预设边界值，在步骤S612，设定模块1225把数据单元的序列号设定为上述计数模块所编的序列号(SN)。在本实施方式中，若数据单元为MMPDU，则把数据单元的序列号设定为第一计数模块1223a所编的序列号；若数据单元为MSDU，则把数据单元的序列号设定为第二计数模块1223b所编的序列号。
如果不小于预设边界值，则执行步骤S614，设定模块1225把数据单元的序列号设定为预设序列号。在本实施方式中，该预设序列号为0。
在步骤S616，设定模块150根据步骤S612或S614的设定结果对计数模块库1223中的计数模块进行更新。在本实施方式中，设定模块1225对第一计数模块1223a或第二计数模块1223b进行更新。设定模块1225把MSDU及其RA及所编的序列号，以及MMPDU及其RA及所编的序列号传送给MAC处理模块1230。
在步骤S618，MAC处理模块1230接收MSDU及其接收工作站地址及所编的序列号，或MMPDU及其接收工作站地址及所编的序列号，并将所接收的MSDU或MMPDU加上帧控制等相关信息域而形成MPDU，并将设定模块1225对MSDU或MMPDU所编的序列号应用于所形成的MPDU的序列号域，然后将MPDU发送给物理层协议模块1300。
图7是本发明的无线局域网装置1000另一实施方式的模块图。在本实施方式中，在MAC层协议模块1200中，与上述实施例的区别在于MAC处理层1230先透过数据接口1210从高层协议模块1100接收MSDU及其接收工作站地址，并根据管理需求产生MMPDU及其接收工作站地址。MAC处理层1230将所接收的MSDU及所产生的MMPDU加上帧控制等相关信息域而形成MPDU，并传送给序列号编号模块1220。在本实施方式中，所加相关信息域包括序列号域，故序列号编号模块1220对所形成的MPDU的序列号域进行更新。
在其它实施方式中，MAC处理模块1230所加相关信息域不包括序列号域，则编号模块1220对所形成的MPDU进行编序列号域。然后，序列号编号模块1220把所形成的MPDU传送给物理层协议模块1300。本实施方式的其它构成组件与第一实施方式的构成组件功能相同，因此不再赘述。
本发明无线局域网装置将不同接收工作站地址的MSDU及MMPDU分开编序列号，并应用到所形成的MPDU的序列号域，对应接收装置可以使用一定的顺序检查所接收的MPDU的序列号域，过滤造假管理帧或数据帧，从而可避免双面人攻击及拒绝服务攻击。
本发明无线局域网装置的帧序列号编号的方法使用了局部序列控制(Sequence Control)，不完全符合IEEE 802.11a/b/g协议，但可完整的与IEEE 802.11a/b/g协议兼容，可与目前的Wi-Fi产品一起运作。不仅管理帧可以使用本发明方法，还有扩展身份鉴定协议(Extensible AuthenticationProtocol，EAP)帧也可以使用本发明方法。

Claims (6)

1.一种帧序列号编号方法，用于对无线局域网所使用的数据单元编序列号，其特征在于所述帧序列号编号方法包括：
接收数据单元及其接收工作站地址，其中所述数据单元包括媒介存取控制管理协议数据单元及媒介存取控制服务数据单元；
判断所接收的数据单元是否为所述媒介存取控制管理协议数据单元；
若为媒介存取控制管理协议数据单元，则运用第一计数模块对所述媒介存取控制管理协议数据单元编序列号；    
判断所述第一计数模块所编的序列号是否小于一预设边界值；
如果小于所述预设边界值，则设定所述媒介存取控制管理协议数据单元的序列号为所述第一计数模块所编的序列号；或
如果所述第一计数模块所编的序列号不小于所述预设边界值，则设定所述媒介存取控制管理协议数据单元的序列号为预设序列号；或
所接收的数据单元若为所述媒介存取控制服务数据单元，则运用第二计数模块对所述媒介存取控制服务数据单元编序列号；
判断所述第二计数模块所编的序列号是否小于所述预设边界值；
如果小于所述预设边界值，则设定所述媒介存取控制服务数据单元的序列号为所述第二计数模块所编的序列号；或
如果所述第二计数模块所编的序列号不小于所述预设边界值，则设定所述媒介存取控制服务数据单元的序列号为预设序列号。
2.如权利要求1所述的帧序列号编号方法，其中所述第二计数模块与所述第一计数模块相同。
3.如权利要求1所述的帧序列号编号方法，其中所述第二计数模块与所述第一计数模块不相同。
4.一种无线局域网装置，用于传送数据，其包括：
一高层协议模块，用于执行应用层、表现层、会谈层、传送层、网络层及逻辑连接控制层所组成的协议层的功能，把所传送的数据转换为一媒介存取控制服务数据单元，并把所述媒介存取控制服务数据单元及其接收工作站地址传送出去；
一媒介存取控制层协议模块，用于接收所述媒介存取控制服务数据单元及其接收工作站地址，根据管理需求产生一媒介存取控制管理协议数据单元及其接收工作站地址，并分别给所接收的媒介存取控制服务数据单元及所产生的所述媒介存取控制管理协议数据单元加上相关信息域而形成媒介存取控制协议数据单元；
一物理层协议模块，用于给所述媒介存取控制协议数据单元加上相关信息域而形成一物理层协议数据单元，并把所述物理层协议数据单元传送出去；
其特征在于所述媒介存取控制层协议模块包括：
一序列号编号模块，包括：
计数模块库，其包含多个计数模块；
选择模块，用于接收媒介存取控制管理协议数据单元及媒介存取控制服务数据单元及所接收的数据单元的接收工作站地址，并根据所接收的数据单元的接收工作站地址于所述计数模块库中选择两个计数模块，分别用于对所接收的媒介存取控制管理协议数据单元及媒介存取控制服务数据单元编序列号；
一第一判断模块，用于判断所接收的数据单元是否为媒介存取控制管理协议数据单元，其中，若是，则运用第一计数模块对所述媒介存取控制管理协议数据单元编序列号，若不是，则运用第二计数模块对媒介存取控制服务数据单元编序列号；
一第二判断模块，用于判断上述计数模块所编的序列号是否小于一预设边界值；以及
一设定模块，用于根据所述第二判断模块的判断结果为所接收的数据单元设定序列号，其中，若第一计数模块所编的序列号小于所述预设边界值，则所述设定模块把所述媒介存取控制管理协议数据单元的所述序列号设定为所述第一计数模块所编的序列号，若第二计数模块所编的序列号小于所述预设的边界值，则所述设定模块把所述媒介存取控制服务数据单元的所述序列号设定为所述第二计数模块所编的序列号，若第一计数模块所编的序列号不小于所述预设边界值，则所述设定模块把所述媒介存取控制管理协议数据单元的所述序列号设定为预设的序列号，若第二计数模块所编的序列号不小于所述预设边界值，则所述设定模块把所述媒介存取控制服务数据单元的所述序列号设定为预设的序列号；以及
一媒介存取控制处理模块，用于根据管理需求产生媒介存取控制管理协议数据单元及其接收工作站地址，并分别给所述媒介存取控制服务数据单元及所述媒介存取控制管理协议数据单元加上相关信息域而形成媒介存取控制协议数据单元，以及把所述序列号编号模块所编序列号应用于所形成的媒介存取控制协议数据单元的序列号域。
5.如权利要求4所述的无线局域网装置，其中所述媒介存取控制层协议模块还包括一数据接口，用于从所述高层协议模块接收所述媒介存取控制服务数据单元及其接收工作站地址，并将所述媒介存取控制服务数据单元及其接收工作站地址传送给所述序列号编号模块。
6.如权利要求4所述的无线局域网装置，其中所述媒介存取控制层协议模块还包括一数据接口，用于从所述高层协议模块接收所述媒介存取控制服务数据单元及其接收工作站地址，并将所述媒介存取控制服务数据单元及其接收工作站地址传送给所述媒介存取控制处理模块。
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