无线网络技术论文

《计算机新技术专题》课程论文论文题目：无线局域网的安全技术分析

姓名：曾亮学号：0643041176

专业：网络工程班号：06304012

评阅成绩：________________________________

论文提交时间：2009年10月9日

无线局域网的安全技术分析

网络工程专业

学生曾亮

[摘要] 随着无线技术运用的日益广泛，无线网络的安全问题越来越受到人们的关注。通常网络的安全性主要体现在访问控制和数据加密两个方面。访问控制保证敏感数据只能由授权用户进行访问，而数据加密则保证发射的数据只能被所期望的用户所接收和理解。对于有线网络来说，访问控制往往以物理端口接入方式进行监控，它的数据输出通过电缆传输到特定的目的地，一般情况下，只有在物理链路遭到破坏的情况下，数据才有可能被泄漏，而无线网络的数据传输则是利用微波在空气中进行辐射传播，因此只要在Access Point (AP)覆盖的范围内，所有的无线终端都可以接收到无线信号，AP无法将无线信号定向到一个特定的接收设备，因此无线的安全保密问题就显得尤为突出。

关键词：访问控制数据加密IEE802。11I 端口访问控制

一．无限局域网络技术介绍

无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线H UB、无线接入站(A CCESS P OINT，AP，亦译作网络桥通器)、无线网桥、无线M ODEM及无线网卡等来实现，以无线网卡最为普遍，使用最多。不过，无线网络产品通常是一机多用。例如，几乎所有无线网络产品都自含无线发射/接收功能，有的无线路由器覆盖了无线网桥的功能，一些无线M ODEM经适当组合可以形成无线集线器(H UB)，具有组合灵活、多样等特点。例如，用C Y L INK公司的A IR L INK无线M ODEM系列产品、TAL公司的R EMOTE C LIENT无线路由器、A CCESS P OINT无线网桥，都可以分别组成城域级无线网。

与有线网络一样，无线局域网同样也需要传送介质。但它不是使用双绞线或者光纤，而是红外（IR）或者射频（RF）波段，以后者使用居多。

红外线局域网采用小于1ΜM波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，受太阳光的干扰大；支持1～2M BPS数据速率，适于近距离通信。而采用射频作为媒体，覆盖范围大，发射功率较自然背景的噪声低，基本避免了信号的偷听和窃取，使通信非常安全。

这其中，无线局域网一般普遍采用扩频微波技术，主要是由于如下因素：

第一，它使用的频段有三个，L频段（902MH Z～928MH Z）、S频段（2.4GH Z～2.4835GH Z）、C频段（5.725GH Z～5.85GH Z）。大多数产品使用S频段，这个频段也叫ISM（I NDUSTRY S CIENCE M EDICAL）即工业科学医疗频段，该频段在美国不受FCC（美国联邦通信委员会）的限制，属于工业自由辐射频段。

第二，采用扩频技术，特别是直接序列扩频调制方法具有抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力，隐蔽性、保密性强，不干扰同频的系统等性能特点，具有很高的可用性。

无线网通信协议通常采用IEEE802.3和802.11，802.3用于点对点方式，802.11用于

一点对多点方式。

无线局域网的拓扑结构可分为两类：无中心拓扑（对等式拓扑）和有中心拓扑。无中心拓扑的网络要求网中任意两点均可直接通信。采用这种结构的网络一般使用公用广播信道，而信道接入控制（MAC）协议多采用载波监测多址接入（CSMA）类型的多址接入协议。有中心拓扑结构中则要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由中心站控制。二者的拓扑结构如图所示。

对于不同局域网的应用环境与需求，无线局域网可采取不同的网络结构来实现互连。

◆网桥连接型：不同的局域网之间互连时，由于物理上的原因，若采取有线方式不方便，则可利用无线网桥的方式实现二者的点对点连接，无线网桥不仅提供二者之间的物理与数据链路层的连接，还为两个网的用户提供较高层的路由与协议转换。

◆基站接入型：当采用移动蜂窝通信网接入方式组建无线局域网时，各站点之间的通信是通过基站接入、数据交换方式来实现互连的。各移动站不仅可以通过交换中心自行组网，还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。

◆H UB接入型：利用无线H UB可以组建星型结构的无线局域网，具有与有线H UB组网方式相类似的优点。在该结构基础上的无线局域网，可采用类似于交换型以太网的工作方式，要求H UB具有简单的网内交换功能。

◆无中心结构：要求网中任意两个站点均可直接通信。此结构的无线局域网一般使用公用广播信道，MAC层采用CSMA类型的多址接入协议。

举例来说，某单位总部的一座大楼内已建成一条有线局域网，在总部大楼外有七个分部需要与大楼内的有线网相连。总部大楼外的七个分部，至总部最远距离15KM，最近3KM，其中有两个在一栋建筑物内已建成一个小有线局域网，各分部一般拥有2至4台工作站。

这种情况下采用无线局域网比较适合。由于使用射频进行工作，要求两个通信点的天线之间最好没有物体遮挡，但由于大楼处于繁华地带，因此选择一个楼层较高的分部作为无线局域网的中心站点。在中心站点上接入一个无线接入点，其它各分部通过接入一个站适配器与中心站点进行通信，分部大楼内的有线局域网则通过接入一个无线网桥与中心站点的无线接入点进行通信。这样各分部与总部所有站点对无线局域网的访问均通过中心站点的控制来实现，它们共享中心站点无线接入点的3M带宽。

二．无线安全基本技术

访问控制：利用ESSID、MAC限制，防止非法无线设备入侵

为了提高无线网络的安全性，在IEEE802.11b协议中包含了一些基本的安全措施，包括：无线网络设备的服务区域认证ID (ESSID)、MAC地址访问控制以及WEP加密等技术。IEEE802.11b利用设置无线终端访问的 ESSID来限制非法接入。在每一个AP内都会设置一个服务区域认证ID ，每当无线终端设备要连上AP时，AP会检查其ESSID是否与自己的ID 一致，只有当AP和无线终端的ESSID相匹配时，AP才接受无线终端的访问并提供网络服务,如果不符就拒绝给予服务。利用ESSID，可以很好地进行用户群体分组，避免任意漫游带来的安全和访问性能的问题。

每个AP可以设置特定的ESSID(可以相同)，同时每块无线网卡也可以设置ESSID,只有

当AP和网卡的ESSID匹配时，AP才接受无线网卡的访问。利用ESSID,可以很好地进行用户

群体分组，避免任意漫游带来的安全和访问性能的问题，另一种限制访问的方法就是限制接

入终端的MAC地址以确保只有经过注册的设备才可以接入无线网络。由于每一块无线网卡拥

有唯一的MAC地址，在AP内部可以建立一张“MAC地址控制表”（Access Control），只有

在表中列出的MAC才是合法可以连接的无线网卡，否则将会被拒绝连接。MAC地址控制可以

有效地防止未经过授权的用户侵入无线网络。

每一块无线网卡拥有唯一的MAC地址，由厂方出厂前设定，无法更改。AP内部可以建

立一张“MAC地址控制表”，只有在表中列出的MAC才是合法可以连接的无线网卡，否则会

被拒绝连接使用ESSID和MAC地址限制来控制访问权限的方法相当于在无线网络的入口增加

了一把锁，提高了无线网络使用的安全性。在搭建小型无线局域网时，使用该方法最为简单、

快捷，网络管理员只需要通过简单的配置就可以完成访问权限的设置，十分经济有效。

数据加密：基于WEP的安全解决方案

无线网络安全的另一重要方面数据加密可以通过 WEP(Wired Equivalent Privacy)协议

来进行。WEP是IEEE802.11b协议中最基本的无线安全加密措施。WEP是所有经过 WiFiTM

认证的无线局域网络产品所支持的一项标准功能，由国际电子与电气工程师协会（IEEE）制定，其主要用途是：

提供接入控制，防止未授权用户访问网络；

WEP加密算法对数据进行加密，防止数据被攻击者窃听；

防止数据被攻击者中途恶意纂改或伪造。

WEP加密采用静态的保密密钥，各WLAN终端使用相同的密钥访问无线网络。WEP也提供认证

功能，当加密机制功能启用，客户端要尝试连接上AP时，AP会发出一个Challenge Packet

给客户端，客户端再利用共享密钥将此值加密后送回存取点以进行认证比对，如果正确无误，才能获准存取网络的资源。AboveCable所有型号的AP都支持64位或(与)128位的静态WEP 加密，有效地防止数据被窃听盗用。

利用128位WEP加密，使得数据在无线发射之前进行复杂的编码处理，在接受之后通过反向处理获取原数据。这种加密方式确保数据如果泄漏，也不会暴露数据的原值

由于WEP密钥必须通过人工手动设置，因此AboveCable建议在无线覆盖范围不是很大，终端用户数量不是很多，且对安全要求不是很高的应用环境下使用该技术是最经济且方便的。无线安全基本技术特别适合一些小型企业、家庭用户等小型环境的无线网络应用，无需额外的设备支出，配置方便，且安全防护性好，从终端的访问控制到数据链路中的数据加密都定义了有效的解决方案。有了这些技术，用户可以快速地建立起一个安全的无线网络环境，即节约了成本又可达到预计的安全目标，使无线网络的使用价值大大提高。

三．新一代无线安全技术——IEEE802.11i

在某些场合，如大型企业、银行、证券行业，其现有的网络结构比较复杂且对网络的安全性要求很高，仅使用基本的安全措施并不能完全达到其安全需求。为了进一步加强无线网络的安全性， IEEE802.11工作组目前正在开发作为新的安全标准的“IEEE802.11i”，并且致力于从长远角度考虑解决IEEE 802.11无线局域网的安全问题。IEEE 802.11i标准草案中主要包含加密技术：TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) 和 AES（Advanced Encryption Standard），以及认证协议：IEEE802.1x。

在 IEEE 802.11i 标准最终确定前，WPA（WiFiTM Protected Access）技术将成为代替WEP 的无线安全标准协议，为IEEE 802.11 无线局域网提供更强大的安全性能。WPA是

IEEE802.11i的一个子集，其核心就是IEEE802.1x和TKIP。

IEEE802.11i是新一代的无线安全标准。在 IEEE 802.11i 标准最终确定前，WPA技术将成为代替WEP的无线安全标准协议。WPA是IEEE802.11i的一个子集，其核心就是IEEE802.1x 和TKIP

TKIP

新一代的加密技术TKIP与WEP一样基于RC4加密算法，且对现有的WEP进行了改进，在现有的WEP加密引擎中追加了“密钥细分（每发一个包重新生成一个新的密钥）”、“消息完整性检查（MIC）”、“具有序列功能的初始向量”和“密钥生成和定期更新功能”等4种算法，极大地提高了加密安全强度。TKIP与当前WiFiTM 产品向后兼容，而且可以通过软件进行升级，AboveCable无线产品完全支持WiFiTM标准，只需要简单的软件升级就可以实现对TKIP的支持。

AES

IEEE 802.11i中还定义了一种基于“高级加密标准”AES的全新加密算法，以实施更强大的加密和信息完整性检查。AES是一种对称的块加密技术，提供比WEP/TKIP中RC4算法更高的加密性能，它将在IEEE 802.11i最终确认后，成为取代WEP的新一代的加密技术，为无线网络带来更强大的安全防护。

端口访问控制技术（IEEE802.1x）和可扩展认证协议（EAP）

IEEE802.1x是一种基于端口的网络接入控制技术，在网络设备的物理接入级对接入设备进行认证和控制。IEEE802.1x可以提供一个可靠的用户认证和密钥分发的框架，可以控制用户只有在认证通过以后才能连接网络。IEEE802.1x本身并不提供实际的认证机制，需要和上层认证协议（EAP）配合来实现用户认证和密钥分发。EAP允许无线终端可以支持不同的认证类型，能与后台不同的认证服务器进行通讯，如远程接入拨入用户服务（RADIUS）。AboveCable HotSopt AP已经加入了对IEEE802.1x和EAP的支持，大大提高了无线网络的安全性能，为各行业安全地使用无线网络提供了坚实的基础，完全可以满足企业、学校、物流仓储等对网络安全要求较高的无线用户的需求。

IEEE802.1x认证过程如下：

1）无线终端向AP发出请求，试图与AP进行通讯；

2）AP将加密的数据发送给验证服务器进行用户身份认证；

3）验证服务器确认用户身份后，AP允许该用户接入；

4）建立网络连接后授权用户通过AP访问网络资源；

WPA（WiFi Protected Access）规范

WPA是一种可替代WEP的无线安全技术，在IEEE 802.11i 标准最终确定前，将为IEEE802.11 无线局域网(WLAN)提供更强大的安全性能。WPA是IEEE802.11i的一个子集，其核心就是IEEE802.1x和TKIP。

WPA考虑到不同的用户和不同的应用安全需要，例如：企业用户需要很高的安全保护（企业级），

否则可能会泄漏非常重要的商业机密；而家庭用户往往只是使用网络来浏览Internet、收发email、打印和共享文件，这些用户对安全的要求相对较低。为了满足不同要求用户的需要，WPA中规定了两种应用模式：

企业模式：通过使用认证服务器和复杂的安全认证机制来保护无线网络通信安全。

家庭模式（包括小型办公室）：在AP（或者无线路由器）以及连接无线网络的无线终端上输入共享密钥来保护无线链路的通信安全。

IEEE802.1x认证过程

参考文献：[1]《TCP/IP协议集》

[2]于杨·绿盟科技《来自空中的威胁》

[3]无线网络安全技术应用方案

[4] J AMES F.K UROSE K EITH W.R OSE 《计算机网络》