WLAN基础介绍及安全标准详解

无线技术让网络使用更自由，使任何自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置，尤其适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。无线网相对于有线网具有安装便捷、使用灵活、易于扩展等优点，但也存在设备价格昂贵、覆盖范围小、网络速度较慢等不足，因此，通常应用于局域网的范围，即无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）。广义的WLAN是指通过无线通信技术将计算机设备互联起来，构成通信网络；狭义的WLAN是指采用IEEE 802.11无线技术进行互联的通信网络。目前的WLAN一般指802.11无线网络，802.11是处于2.4 G/5.8 G频段，以电磁波传播的无线网络。在802.11标准发展历程中的多个版本中，表1-1为比较有代表性的版本。

表1-1　典型802.11协议对比

802.11标准的发展一直没有停下脚步，802.11ac、802.11ad、802.11e、802.11f等仍然在致力于传输距离和速率应用等方面的发展和提升。

802.11协议在2.4 GHz频段定义了14个信道，每个频道的频宽为22 MHz。两个信道中心频率之间为5 MHz。信道1的中心频率为2.412 GHz，信道2 的中心频率为2.417 GHz，依此类推至位于2.472 GHz的信道13。信道14是特别针对日本所定义的，其中心频率与信道13 的中心频率相差12 MHz。在北美地区（美国、加拿大）开放1～11信道，在欧洲开放1～13信道，我国与欧洲一样。802.11 b/g工作频段划分如图1-1所示。

从图1-1可以看到，信道1在频谱上和信道2、3、4、5都有交叠的地方，这就意味着：如果有两个无线设备同时工作，且它们工作的信道分别为1和3，则它们发送出来的信号会互相干扰。为了最大限度地利用频段资源，可以使用1、6、11；2、7、12；3、8，13；4、9、14这四组互相不干扰的信道来进行无线覆盖。由于只有部分国家开放了12～14信道频段，所以一般情况下，使用1、6、11这3个信道。为了达到上述目的，我们采用蜂窝式覆盖原则，如图1-2所示。

图1-1　802.11b/g工作频段划分

图1-2　蜂窝式无线覆盖原则示意图

所谓的蜂窝式覆盖原则可以简单地概括为：任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道；适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰；蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。

WiFi联盟（WiFi Alliance）是一家全球非营利性的行业协会，拥有300多家成员企业，共同致力于推动WLAN产业的发展。以增强移动无线、便携、移动和家用设备的用户体验为目标，WiFi联盟一直致力于通过其测试和认证方案确保基于IEEE 802.11标准的无线局域网产品的可互操作性。自2000年3月WiFi联盟开展此项认证以来，已经有超过4 000种产品获得了WiFi CERTIFIED™指定认证标志，有力地推动了WiFi产品和服务在消费者市场和企业市场两方面的全面开展。

无线相比较于有线通信方式在保密性等方面是有缺陷的，那么WiFi这种技术要得到应用，认证、加密、完整性校验等就是不容忽视的技术。网络的安全机制都有自己的协议标准，就如同我们的社会有自己的法律约束，确保社会的安定。无线网络WLAN安全标准，大致有3种，分别是WEP、WPA和WAPI。

1.WEP(https://www.xing528.com)

WEP（Wired Equivalent Privacy）是802.11b采用的安全标准，用于提供一种加密机制，保护数据链路层的安全，使无线网络WLAN的数据传输安全达到与有线LAN相同的级别。WEP采用RC4算法实现对称加密。通过预置在AP（Access Point，无限接入点）和无线网卡间共享密钥，在通信时，WEP标准要求传输程序创建一个特定于数据包的初始化向量（IV），将其与预置密钥相组合，生成用于数据包加密的加密密钥。接收程序接收此初始化向量，并将其与本地预置密钥相结合，恢复出加密密钥。

WEP允许40 bit长的密钥，这对于大部分应用而言都太短。同时，WEP不支持自动更换密钥，所有密钥必须手动重设，这导致了相同密钥的长期重复使用。另外，尽管使用了初始化向量，但初始化向量被明文传递，并且允许在5 h内重复使用，对加强密钥强度并无作用。此外，WEP中采用的RC4算法被证明是存在漏洞的。综上，密钥设置的局限性和算法本身的不足使得WEP存在较明显的安全缺陷，WEP提供的安全保护效果，只能被定义为“聊胜于无”。

2.WPA

WPA（Wi-Fi Protected Access）是保护Wi-Fi登录安全的装置。它分为WPA和WPA2两个版本，是WEP的升级版本，针对WEP的几个缺点进行了弥补。WPA是802.11i的组成部分，在802.11i没有完备之前，是802.11i的临时替代版本。

不同于WEP，WPA同时提供加密和认证。它保证了数据链路层的安全，同时保证了只有授权用户才可以访问无线网络WLAN。WPA采用TKIP协议（Temporal Key Integrity Protocol）作为加密协议，该协议提供密钥重置机制，并且增强了密钥的有效长度，通过这些方法弥补了WEP协议的不足。认证可采取两种方法，一种采用802.11x协议方式，一种采用预置密钥PSK方式。

3.WAPI

WAPI（WLAN Authentication and Privacy Infrastructure）是我国自主研发并大力推行的无线网络WLAN安全标准，它通过了IEEE（注意，不是Wi-Fi）认证和授权，是一种认证和私密性保护协议，其作用类似于802.11b中的WEP，但是能提供更加完善的安全保护。WAPI采用非对称（椭圆曲线密码）和对称密码体制（分组密码）相结合的方法实现安全保护，实现了设备的身份鉴别、链路验证、访问控制和用户信息在无线传输状态下的加密保护。

WAPI除实现移动终端和AP之间的相互认证之外，还可以实现移动网络对移动终端及AP的认证。同时，AP和移动终端证书的验证交给AS（Authentication Server，认证服务器）完成，一方面减少了MT（Mobile Terminal，移动终端）和AP的电量消耗，另一方面为MT和AP使用不同颁发者颁发的公钥证书提供了可能。