《CWAP-404》，第7章：MAC操作（7.1，分析数据帧交换）

数据帧交换是驱动用户使用WLAN的核心操作。用户通常不太关注信标帧（Beacon frames）、探测请求帧（Probe Request frames）等管理或控制帧，而是更关注数据帧。不要误解——他们并不知道数据帧才是其最关心的部分，但事实确实如此。当然，我们知道，如果没有其他控制帧和管理帧的正常工作，数据帧就无法完成其使命，但我们不妨将这个秘密留给自己。本节中，您将学习如何捕获以下帧类型：

数据帧
QoS数据帧
确认帧（Acknowledgement frames）
RTS和CTS帧
块确认帧（Block Acknowledgement frames）

捕获数据帧

数据帧的类型字段（Type）为10，子类型字段（Subtype）为0000。协议分析工具通常会解码并标注其为“数据帧”。由于数据帧的传输速率通常远高于信标帧、确认帧及其他管理/控制帧，因此需要尽可能靠近发送或接收数据帧的设备进行捕获。例如，若尝试从位于接入点（AP）另一侧的客户端捕获数据帧，可能无法正确解调这些帧，因为它们以较高的速率发送，而您所在位置的信号噪声比（SNR）不足以支持解调。您可能会看到从AP发送至远端客户端的数据帧，但无法正确解调从远端客户端返回至AP的数据帧。下图展示了一个典型的数据帧，其中标明了类型和子类型字段。（注：以下内容对CWAP考试并非重点）Airtool工具可简化Macbook上的帧捕获流程。安装Airtool工具（截至本文撰写时版本为2）和Wireshark后，您便具备了捕获帧所需的所有工具。下图展示了Airtool的基本操作界面。这款简单且免费的工具虽然界面简洁，但背后隐藏着强大的功能。您可快速启动捕获任务，并将结果保存至指定路径的Wireshark捕获文件（默认保存到桌面）。随后只需打开捕获文件即可查看结果。若希望使用比Wireshark更专业的Wi-Fi分析工具，可直接在这些工具中打开PCAP文件。如需在MacBook上下载安装该工具（暂不支持Windows用户），请访问 cvmp.link/airtool。

捕获QoS数据帧

QoS数据帧的类型字段（Type）为10，子类型字段（Subtype）为1000。大多数协议分析工具除显示类型/子类型值外，还会解码并标注该帧为“QoS数据帧”。QoS控制元素（QoS Control）将指示帧的优先级。下图展示了一个“尽力而为”（Best Effort）QoS数据帧，下下图则展示了一个“语音”（Voice）QoS数据帧。捕获QoS数据帧与捕获标准数据帧的方法完全一致。需靠近目标设备以捕获其发送和接收的数据帧。QoS数据帧在介质上的传输方式与标准数据帧相同，因此捕获过程并无差异。QoS数据帧的核心区别在于其优先级设置，该设置决定了帧的发送顺序（优先或延后）。

捕获确认帧与块确认帧

标准确认帧（Standard Acknowledgements）是简短的帧，用于表示“我已收到你的通信”。这类似于对话时点头示意。确认帧（Ack）意味着接收方已成功接收数据帧；若无确认帧，发送方将认为需要确认的帧未被接收，从而触发重传机制。有趣的是，如下图所示，确认帧也用于建立块确认（Block Ack）协议。站点（STA）在接收到需要确认的非CRC错误帧后，应立即发送确认帧。若未发送，原帧将进行重传。重传帧可通过帧控制字段（Frame Control fields）中的重试位（Retry bit）是否为1来识别。块确认（Block Acknowledgements）可能包含以下流程：

数据交换前发送添加块确认请求（Add Block Ack Request）与添加块确认响应（Add Block Ack Response）。

要捕获此类交换过程，需将捕获设备部署在接入点（AP）附近，或靠近与AP进行通信的客户端。无论选择哪一位置，都应能捕获完整的交换流程，因为AP和客户端均需发送并接收所有相关帧。添加块确认请求与响应在捕获文件中将显示为“动作帧”（Action frames）。上图以概念图形式展示了这一交换过程。在下图中，您可以看到 添加块确认请求帧（Add Block Ack Request frame）。注意，此案例中该帧是从客户端发送至NETGEAR AP的。在下图中，您可以看到 添加块确认响应帧（Add Block Ack Response frame）。此帧由NETGEAR AP发送至请求的客户端。在请求与响应之间以及响应之后，均存在标准的确认帧（ACK frame）。上述交换为两个站点（客户端与AP）建立了执行块确认操作的能力。 添加块确认响应帧（Add Block Ack Response）将包含以下内容：

块确认策略（Block Ack Policy）：指示采用“立即块确认”（Immediate Block Ack）或“延迟块确认”（Delayed Block Ack）。立即块确认是最常用的策略。
块确认超时值（Block Ack Timeout Value）：以时间单位（TUs）指定协议有效时长，若超时未传输帧，则块确认协议终止。

捕获确认帧（Ack）和块确认帧（Block Ack）时，可选择部署在AP附近或目标客户端附近。无论选择哪种位置，协议分析工具（及适配器/无线模块）都应能正确捕获并解调所需帧。

捕获RTS/CTS交换

最后一种与数据传输相关的捕获操作是RTS/CTS交换。该机制用于以下场景：

BSS中存在低性能站点时作为保护机制；
解决“隐藏节点问题”（即两个客户端均可与AP通信，但彼此无法直接感知）。

捕获RTS/CTS交换的准则与捕获数据帧、QoS数据帧一致：需靠近目标设备进行捕获。下图展示了一个从客户端（本例为Apple iPhone）发送至AP（本例为NETGEAR AP）的RTS帧。注意其持续时间值（Duration value）设为154微秒。这一观察至关重要，因为后续CTS帧和数据帧中该值会逐步递减。本书其他章节已详细解释RTS/CTS帧的用途，此处重点在于捕获并解析其内容。下一关键帧是CTS帧，如图7.9所示。注意其持续时间值（Duration）减少了44微秒，降至110微秒。下图截取部分未显示的是：802.11无线模块信息显示该CTS帧本身占用了28微秒的空口时间。有趣的是，在5 GHz频段中，HT和VHT设备（本例中使用的设备）的短帧间间隔（SIFS）为16微秒。28微秒加16微秒等于多少？没错！正是44微秒——这也恰好是上图中RTS帧持续时间值减少的数值。在此次交换中，下一关键帧是大小为182字节的QoS数据帧。RTS和CTS帧以24 Mbps速率发送，以确保BSS内所有其他站点能侦听到并解码其持续时间值。QoS数据帧则以更高速率发送，其持续时间值设为48微秒（图中未显示），表示该帧传输完成后还需48微秒空口时间。 最后一个问题：数据帧之后是什么？本例中为块确认帧（Block Acknowledgement），它以24 Mbps速率发送。您能推测该块确认帧在介质上的传输时长吗？（假设系统工作正常且无驱动错误）答案如下：

QoS数据帧传输后需等待一个短帧间间隔（SIFS，16微秒）；
从QoS数据帧的持续时间值48微秒中减去16微秒，剩余32微秒即为块确认帧的传输时长。

Wireshark的持续时间计算原理

需要了解的是，Wireshark并非通过无线电测量，而是基于以下已知参数计算持续时间：

使用的物理层协议（PHY）
前导码结构（长度与发送速率）
PLCP头结构（长度与发送速率，至少可近似）
MPDU大小与发送速率Wireshark通过以下公式（或类似逻辑）进行计算：前导码时间 + （帧长度 × 8） / 数据速率

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