802.11 — Parte I: Introducción al protocolo, estructura y sus componentes

Editado 13/enero/2024, añadido definicion de sta-ap

Hola,

Este es el primer tomo de una serie de articulos que seran introductorios al protocolo 802.11, su estructura y sus componentes, pero que se va enfocar principalmente los componentes y procesos que son responsabes del descubrimiento de redes. En especial, profundizaremos en tres tipos de frames: AP Beacons, Probe Request y Probe Responses.

Empecemos.

Este post intentara definir que es el protocolo 802.11, como se estructura la comunicacion, definiremos algunos terminos comunes y analizaremos un frame de tipo Beacon

Decidi escribirlo en español, por que no encontre articulos o posteos que contengan una reseña o remumen completos, que sirvan como ayuda-memoria o cheatsheet. Si los hay en ingles, escritos por grandes profesionales, en los cuales obviamente me apoye para escribir este articulo. Todos esos recursos serán citados como material complementario y como agradecimiento al final de este. Empecemos.

Definición

El protocolo 802.11 es un conjunto de estándares para redes inalámbricas, comúnmente conocido como Wi-Fi.

Sus variantes incluyen: 802.11a: Opera en la banda de 5 GHz, ofrece velocidades de hasta 54 Mbps. 802.11b: Opera en la banda de 2.4 GHz, velocidades de hasta 11 Mbps. 802.11g: Opera en 2.4 GHz, velocidades de hasta 54 Mbps. 802.11n: Opera en ambas bandas, velocidades de hasta 600 Mbps. 802.11ac: Opera en 5 GHz, velocidades de hasta 1 Gbps. 802.11ax (Wi-Fi 6): Mayor eficiencia y rendimiento, velocidades de hasta 10 Gbps.

Explicar las diferencias tecnicas entre estas variantes, queda fuera de este post, pero se incluirá material referncial al final de este.

Conceptos generales

Vamos a defirnir algunos terminos fundamentales dentro un entorno Wifi:

• SSID (Service Set Identifier): Es el nombre de la red inalámbrica que los dispositivos detectan para conectarse.
• ESSID (Extended Service Set Identifier): SSID y ESSID son prácticamente intercambiables y se utilizan para referirse al nombre de una red Wi-Fi, lo que permite a los dispositivos identificar y conectarse a esa red específica.
• BSSID (Basic Service Set Identifier): BSSID es una dirección MAC (Media Access Control) única que identifica de manera única un punto de acceso (AP) individual dentro de una red inalámbrica. En una red Wi-Fi, el BSSID se utiliza para distinguir entre diferentes puntos de acceso, incluso si tienen el mismo ESSID.
• Access Point (AP): Un dispositivo que permite a los dispositivos inalámbricos conectarse a una red cableada o a otra red inalámbrica.
• Stations (STA): Las “stations” son los clientes de la red Wi-Fi y pueden incluir dispositivos como computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, tabletas, impresoras inalámbricas, cámaras IP y otros dispositivos que se conectan a través de Wi-Fi para acceder a la red y a Internet.
• Station-AP (STA-AP): En el modo STA-AP, un dispositivo funciona a la vez como estación que se conecta a un cliente inalámbrico de red WiFi existente y como punto de acceso que proporciona su propia forma de conectar otros dispositivos mediante el mismo principio. En la mayoría de los casos, esta configuración se utiliza cuando un determinado dispositivo tiene la necesidad de aumentar el alcance inalámbrico o crear una conexión a Internet entre varios dispositivos.

Frames

Utilizando el modelo OSI de capas, podemos definir que el protocolo 802.11 existe entre la capa 2 y 1, decir: Capa 2 “Data Link” y Capa 1 “Fisica”.

No vamos a profundizar pero, dentro de cada una existen sub capas: LLC, MAC, PLCP, PMD, etc.

Para que la comunicacion sea efectiva, debe haber un mensaje, ese mensaje, en los protocolos cuyo mensaje alcanzan la capa 2, se denominan “frames”. Básicamente un Frame es un header con data, plus informacion necesaria para llegar a destino.

Conforme lo estipula IEEE-802.11–2012 una traza, o “frame” 802.11, contiene un header MAC de capa 2, body o “payload” de tamaño variable (0–2304 bytes) y una secuencia de validación de traza o (FCS Frame Check Sequence de 32 bits)

Si pudieramos tomar uno de esos frames “desde el aire” y mirarlo, observariamos esta estructura:

Luego definiremos algunos de los items contenidos dentro del frame.

Station Services y Distribution Services

En IEEE 802.11–2007 se definen dos grandes categorias dentro de 802.11: “station service” y“distribution system service“.

Definimos SS como

Mientras que DSS

Es decir:

• Station Service: Usado por todas las estaciones (clientes), incluyendo AP’s. Es decir aquellos dispositivos que se conectan a un punto wifi. Aunque este grupo tambien incluye a los AP (Access Points, podriamos decir, routers)
• Distribution system service: Son servicios disponibles, utiizados por dispositivos fisicos para poder asociarse entre si y comunicar distintos escenarios.

IEEE 802.11 define 3 niveles superiores de trazas o “frames”, estos niveles, o tipos, son: Management, Control y Data.

A su vez, cada uno de los 3 tipos, contiene subtipos: 12 Management sub tipos, 8 Control sub tipos y 15 Data sub tipos.

Es decir, en total hay 35 tipos distintos de frames dentro de 802.11. Para finalizar esta primera edicion de sobre 802.11, vamos a ver uno de los frames mas comunes, para poder comprender de forma grafica y de forma mas profunda que es un frame y que informacion contiene.

Disección de un frame — Tipo 1 (Management), subtipo 7 (Beacon)

Los frames de tipo beacon son usados por los AP para comunicar a los clientes cercanos las características disponibles de la coneccion ofrecida. Los clientes utilizan esta información para intentar conectarse a la red.

Los beacons son enviados de forma periódica bajo un tiempo definido como TBTT

A continuacion una representación de un frame de tipo Beacon.

Como observamos en la imagen anterior, hay cinco campos obligatorios: Timestamp, Beacon Interval, Capability Info, SSID, Supported Rated.

Ayudándonos con la herramienta Wireshark y un adaptador en modo monitor, somos capaces de interceptar el tráfico circundante y asi poder ver el trafico en tiempo real que hay al rededor nuestro.

Wireshark nos retorna muchisima informacion sobre el paquete frame interceptado. Es importante observar la imagen inferior con detenimiento.

En la imagen anterios se puede apreciar los cambios obligatorios y el resto de los segmentos del frame.

Este analisis lo hicimos unicamente para introducir en el concepto de frame y su estructura, ademas de como poder interceptar estos paquetes usando wireshark.

En proximas ediciones vamos a ir un poco mas profundo en otros tipos de paquetes y vamos a jugar con dos herramientas diseñadas para interactuar con este protocolo: Scapy y luego tambien veremos como diseñar una aplicacion simple utilizando el framework esp-idf en C para poder escribir codigo en placas esp32!

Esto es todo, gracias por leer

Referencias

• https://people.iith.ac.in/tbr/teaching/docs/802.11-2007.pdf
• https://mrncciew.com/ (super recomendado, el material subido por este sujeto es maravilloso)
• https://www.wireshark.org/
• https://github.com/secdev/scapy
• https://research.securitum.com/generating-wifi-communication-in-scapy-tool/