WLAN協議測試與網絡監測論文

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摘要該文提供了一套完整的wlan協議測試與網絡監測系統設計方案。首先簡要闡述該系統的具體應用，然后介紹WLAN協議測試與網絡監測系統的整體架構、硬件組成、及軟件體系結構，最后介紹其實現方法。關鍵詞無線接入點，無線局域網，無線局域網鑒別與保密基礎結構，uClinux

1引言近年來，無線局域網獲得了很大的發展，我國也開始了以保護國家信息安全和機密為目的的WAPI認證體系。由于WLAN實現了成本節約及更多的功能，對以前未與WLAN連接的范圍廣闊的各種設備而言，WLAN都成了富有吸引力的解決方案。WLAN帶來的巨大的吸引力和潛在的應用，使得各大廠商各自推出了自己的WLAN解決方案，國內許多企業也都在積極的投入資金和人力進行WLAN的研發和生產。在這些巨大的需求前面，勢必要求對WLAN研發、集成和認證提出新的要求。論文提供了一套完整的WLAN協議測試與網絡監測系統，以滿足WALN的AP及網卡等無線產品軟硬件的開發和WLAN協議的研發需求。2系統架構WLAN協議測試與網絡監測系統可以完成對WLAN某一固定信道的無線信號的采集、偵聽、分析等功能。對于WLAN無線信號的分析，可以確定信號的射頻指標，諸如信號功率、中心頻率等，用以研制和生產WLAN相關產品；通過接收到的數據，可以分析工作頻道、AP和網卡的關聯信息、MAC地址、IP地址，還可以解析控制幀、管理幀和數據幀信息，分析WLAN協議和偵聽網絡，開發IEEE802.11x的協議棧，以及特殊組織用以對無線網絡信息進行管理。WLAN協議測試系統結構框圖1如下所示：圖1系統結構框圖WLAN協議測試與網絡監測系統由兩部分組成：PC控制端和WLAN測試端，這兩端采用以太網IEEE802.3連接（100Mbps）。PC控制器端主要完成對WLAN檢測端的控制，并顯示對WLAN無線信號的分析數據，分析結果采用圖形、圖表、數字等格式顯示。系統以分布的IEEE802.11無線電接收機為主，將接收到的信號進行記錄和分析，并統計其工作環境下的AP節點信息、IP地址信息、網卡信息，然后分析該網絡，實現對該無線局域網網絡環境的監測。3硬件設計WLAN協議測試與網絡監測系統能夠截獲某信道的無線局域網信號，實現該信道下的協議分析和網絡監測。其硬件組成如下：3.1PC控制器端WLAN協議測試與網絡監測系統的控制器端可以配置PC臺式機或筆記本電腦，在Windows環境下，開發與檢測端通信的軟件、完成對獲取的數據的分析、對檢測端的控制、并將結果以不同的方式顯示給用戶，具有交換和控制的功能。3.2檢測端檢測端截獲網絡數據，并將數據通過以太網發給控制器端。檢測端根據PC控制端的配置完成各種檢測功能，如工作信道、IP地址等。WLAN檢測端由以太網控制器、ARM9或更高處理能力的網絡微處理器、基帶處理器以及射頻部分組成。圖2檢測卡硬件結構以太網控制器完成IEEE802.3協議轉換并實現與PC控制端以太網口相連；ARM9或更高處理能力的網絡微處理器(MPU)完成對IEEE802.3、IEEE802.11b/g的協議處理；基帶部分完成IEEE802.11b/g信號的調制與解調；RF/IF部分完成IEEE802.11b/g無線信號的接收和發送，并進行I/Q信號的A/D和D/A轉換，RF通過N型接口連接外置天線。4軟件設計軟件部分主要包括兩個操作系統平臺下的軟件開發：圖3軟件結構4.1檢測卡部分檢測卡部分使用uClinux操作系統，其主要組成模塊為：驅動模塊、MAC協議處理模塊（包含過濾等）、Sniffer模塊、以及通信模塊的服務器端等，這些模塊與uClinux集成為一個映像文件放置于Flash中，實現該系統檢測卡部分的軟件功能。MAC協議處理模塊完成某信道接受到的IEEE802.11b/g無線基帶信號的協議處理，去掉MAC地址過濾，將接受到的所有信號傳給uClinux操作系統；Sniffer應用程序，提供對無線局域網傳輸報文的截獲功能，將所獲取的報文提交給管理與服務程序進行處理,所獲取報文以及提交給客戶端的報文為原始報文，不經任何處理，以最大限度保留原始信息,提高信息容量。由于PC控制器端與監測型網卡之間的通信數據包括兩種：一是檢測型網卡截獲的網絡信息（數據幀、管理幀和控制幀）；二是PC控制端對檢測型網卡的配置信息以及檢測型網卡返回給PC控制端的狀態信息。所以，在PC端和檢測型網卡端定義通信規則，實現正常的數據傳送與配置。即通信模塊的Server將數據信息發給PC接受端，Server接受PC控制端發送的檢測型網卡的配置和配置信息，并將狀態信息返回到PC端。4.2PC控制部分PC控制端應設計為基于32位的Windows系統，Windows的接口程序設計，該程序用于上層應用程序與網絡設備（無線檢測型網卡）的交互和接口，對管理指令和數據報文進行解析，以及實現用戶對無線檢測型網卡的控制。其主要組成模塊為：Windows用戶界面、配置管理模塊、協議分析模塊、通信模塊的Client端。Windows用戶界面實現與用戶的交互，顯示解析的信息結果，完成對檢測型網卡的配置，并查看檢測型網卡的狀態信息；配置管理模塊獲取檢測型網卡的IP地址和端口號，并查詢狀態信息；協議分析模塊完成對網卡截獲的IEEE802.11b/g數據幀、管理幀和控制幀的協議分析。5系統實現本系統硬件設計主要是實現無線檢測型網卡，其采用ARM940內核的MPU，外圍使用了32M的SDRAM和8M的Flash，以太網控制器使用RTL8201，基帶芯片及RF/IF使用某公司的成熟的解決方案。軟件實現主要分為兩部分：5.1PC控制部分采用Windows環境下的VC6.0編程。首先將不同的卡號對應的配置信息寫入注冊表，包括IP地址和端口號，以備發送配置和查詢命令時讀取；然后對檢測卡進行配置，發送配置命令給檢測卡，實現配置；啟動分析器，開始對檢測卡截獲的數據進行分析與統計。5.2檢測卡部分檢測卡部分主要是去掉MAC協議處理的地址過濾，以及uCLinux系統上的兩個應用程序：Server和Sniffer，編譯時與Drivers及uClinux固件一起編譯成映像文件。Server首先讀取系統配置文件，并啟動程序，然后初始化網絡端口，等待來自PC端控制軟件的配置命令和查詢命令。配置命令和查詢命令分別包括頻點、IP地址、數據發送目的IP地址和端口號、工作狀態、數據傳輸模式（配置Sniffer）等；然后Server將配置命令提交給系統，寫入配置文件完成對檢測卡的配置。同時也根據查詢命令讀取配置文件信息，返回給PC控制端。Sniffer根據不同的工作狀態，采用不同的工作機制：主動模式采用每接收到一個數據包立刻發送到目標IP地址對應的端口，而緩沖模式則判斷緩沖區是否接收滿或預定的時間已到，若滿足條件則發送數據，否則將數據存儲在緩沖區內。6結束語目前三種新興的無線接入技術：Wi-Fi(WLAN)協議及規范仍在不斷地修改和擴充，實現更多的功能和更為廣泛的應用；WiMax是一項新興的無線城域網（WMAN）接入技術，能提供面向互聯網的高速連接，其信號傳輸半徑可以達到50公里，基本上能覆蓋到城郊。3G是一種廣域網（WAN）技術；而3G網絡則是全球移動綜合業務數字網，它綜合了蜂窩、無繩、集群、移動數據、衛星等各種移動通信系統的功能，與固定電信網的業務兼容，能同時提供話音和數據業務。Wi-Fi作為這三種新興的無線接入技術的一種，在其應用領域給人們帶來越來越多的驚喜，是其他兩種技術所不能代替的。其應用前景廣闊，將給人們的生活和工作帶來更大的便利。所以對于WLAN技術及產品的研究將會帶來更深的研究和應用熱潮。而本文給出的WLAN研究測試系統將方便WLAN的研發，生產和監測。參考資料1ANSI/IEEEStd.802.11,IEEEStandardforWirelessLANMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)Specifications［S］．2GB15629.1102-2003，信息技術系統間遠程通信和信息交換局域網和城域網特定要求第11部分：無線局域網媒體訪問控制和物理層規范：2.4GHz頻段較高速物理層擴展規范，3GB15629.11-2003，信息技術系統間遠程通信和信息交換局域網和城域網特定要求第11部分：無線局域網媒體訪問控制和物理層規范：2.4GHz頻段較高速物理層擴展規范，4，金純等著.IEEE802.11無線局域網.電子工業出版社