wifi組播配網原理

    公佈這份代碼的目的是但願有人來改進這項技術，由於目前所知wifi組播配網在部分路由器上仍有問題。可是，無論怎樣，這項技術能爲咱們在將來的物聯網生活中帶來便利，對於咱們使用的大部分路由是兼容的，我選擇公佈它，但願更多的人能夠了解這項技術、使用這項技術、並完善它。

1、組播。

組播，英文名Multicast，這裏有必要同時提下Broadcast和Unicast，翻譯成中文分別是廣播和單播，顧名思義，廣播就是單臺主機向網絡中全部主機發送消息，單播是兩臺主機之間進行對話，而組播則是單臺主機向特定的一組主機發送消息。在以太網數據幀頭中會須要指定發送以及接受設備的MAC地址，以肯定該數據包的來源與去向，廣播時接收方的MAC地址爲0xFFFFFFFFFFFF，單播時接收方的MAC地址爲對端MAC地址，而組播時，接收方的MAC地址則與組地址之間有一個映射關係，而WiFi組播配網正是利用了這個組地址與MAC地址的映射。

用過網絡抓包工具的確定知道，抓包時會發現電腦常常與一些奇怪的ip地址進行UDP通信，例如224.0.0.251，224.0.0.1,224.0.0.22，這些地址表明了一組特定的主機，路由器會將這些UDP包發送到加入該組的主機。關於組播技術的具體細節能夠查閱相關文檔瞭解，本文將再也不贅述。ieee將224.0.0.0　~　239.255.255.255劃定爲組播保留地址，在以太網中，目的IP地址爲組播保留地址的數據包，目的MAC地址須要作一個映射。具體作法是，MAC地址的3個高字節固定爲01:00:5E，後三個字節依次爲組地址的從高字節起的第二字節取低７位、組地址的第三字節和第四字節，例如組地址225.215.145.230對應的MAC地址爲01:00:5E:57:91:E6，這裏須要瞭解的是，雖然咱們看到的組播MAC地址大多都爲01:00:5E開頭，但並非只有以01:00:5E開頭的MAC地址纔是組播MAC地址，MAC地址的前24bit叫作organization unique identifier(OUI)，01:00:5E是ieee的OUI，習慣性的被大多數廠商和文獻使用，判斷一個MAC是否爲組播MAC的依據是MAC地址的第一個字節的bit0是否爲１。

 

2、WiFi數據幀頭結構

在介紹WiFi幀頭結構以前，咱們先了解下WiFi通訊的一些基本原理。WiFi工做於2.4GHz與5.8GHz兩個頻段，爲簡單起見，5.8GHz頻段暫時忽略。WiFi在2.4G頻段共有14個信道，分別是1-14信道，其中14信道只有日本在使用，這些信道的中心頻率依次是2.412GHz /2.417GHZ /2.422GHz /2.427GHz /2.432GHz /2.437GHz /2.442GHz /2.447GHz /2.452GHz /2.457GHz /2.462 GHz / 2.467GHz /2.472 GHz /2.484 GHz，第14信道與第13信道中心頻率相差12MHz， 其餘各相鄰信道的中心頻率相差5MHz。使用時，路由器工做在一個固定信道，wifi網卡會循環在1-13信道掃描wifi熱點，最終用戶選擇的熱點在哪一個信道wifi網卡就會跳到該信道去鏈接這個熱點。

下面是一個常見的802.11MAC幀，在802.11的MAC幀會標明目的MAC地址/源MAC地址/BSSID分別表示這個wifi數據幀發給哪一個設備，來自哪一個設備，從哪一個路由器發出來的，wifi網卡須要根據目的MAC地址來區分哪些數據包是發給本身的應對處理，哪些數據包不是發給本身的須要丟棄。

802.11 MAC幀

2 byte	2 byte	6 byte	6 byte	6 byte	2 byte	6 byte	0-2312 byte	6 byte
Frame Control	Duration /ID	Addr1	Addr2	Addr3	Seq-ctrl	Addr4	Frame body	FCS

 

3、WiFi組播配網

wifi組播配網正是利用了以前所說的組地址與組播MAC地址之間的映射及wifi數據幀頭中的MAC地址信息來傳輸配網信息。

在發送端，將須要傳輸的數據以２個字節爲單位經過組播傳輸出去，爲保證數據前後順序的正確性，須要爲這些數據編上號，爲了便於接收端區分wifi組播數據幀是配網，雙方約定使用一個同步頭來做爲前導，此外爲保證傳輸的有效性還須要將校驗值、數據長度、協議和版本號告訴接受端，若是消息超出了一次分包消息的長度，須要將數據分紅多個數據包來傳輸，爲了確保數據的安全性，採用AES加密算法將ssid/passphrase/pmk加密，爲了確保不會出現０結尾的組地址，採用base64編碼算法對密文進行編碼。

監聽端，使wifi網卡循環在1-13信道監聽組播wifi數據幀，以約定的組播MAC地址爲同步頭，當監聽到同步頭以後，進入接收模式，只接收來自該MAC地址的組播wifi數據幀，在接收完包頭信息及數據以後進行解析，依次將base64編碼還原成aes密文，再使用以前約定的密鑰解密，獲得ssid/passphrase/pmk，完成配網。

    代碼託管在開源中國碼雲，連接:https://gitee.com/shoowing/wifiZuBoPeiWang。