基于USRP的网络嗅探器设计

实现了在软件无线电平台下的嗅探器设计,并且完成相应的软件设计和硬件制作,在该过程中使用了一定的数据处理技术。经过测试之后,软件部分实现了预定功能,而且硬件平台的运行也稳定


摘要:针对网络无线信道的复杂特性,为了实现网络无线信号的截取与处理,应用GNU Radio+USRP组成的软件无线电系统设计新型的网络嗅探器。介绍并分析该系统的软件设计和硬件架构,进行Wi-Fi信号与的截取与分析,并设计和实现一套基于GRC的802.11的wifi信号嗅探器设计方案。分析和测试结果表明,该方案能快速实现嗅探器设计原型,获得准确的无线网络数据,并通过wireshark解析,可以得到关键性的无线网络协议数据。

关键词: USRP x310;GNU Radio;网络嗅探器;802.11

Design of Network Sniffer based on USRP

Abstract: In view of the complex characteristics of network wireless channels, in order to implement interception and processing of network wireless signals, a novel network sniffer is designed using a software radio system composed of GNU Radio+USRP. Introduce and analyze the software design and hardware architecture of the system, intercept and analyze Wi-Fi signals, and design and implement a GRC-based 802.11g WiFi signal sniffing scheme. Analysis and test results show that this scheme can quickly realize the sniffer design prototype, obtain accurate wireless network data, and through wireshark analysis, can obtain important data in the wireless network protocol.

Key words: USRP ; GNU Radio ;Soft Define Radio ;Network Sniffer ;802.11

目录

1 引言 1

1.1 课题背景 1

1.2 课题目的和意义 2

1.3 课题的主要内容 2

2  IEEE802.11协议与GNU Radio介绍 3

2.1 IEEE802.11协议 3

2.1.1 IEEE802.11的MAC帧格式 3

2.1.2 IEEE802.11的MAC帧头格式 4

2.2 GNU Radio介绍 6

2.2.1 GNU Radio的基本概念 6

2.2.2 GNU Radio的开发框架 6

2.3 USRP 通用软件外设x310 8

3 GNU Radio平台搭建 10

3.1 GNU Radio安装 10

3.2 GRC图形界面测试 10

4 基于C++的802.11协议中关键模块设计 12

4.1 帧同步模块 12

4.2 均衡器 13

4.3 MAC解码模块 15

5 网络嗅探器设计 17

5.1 GRC Flow Graph设计 17

5.1.1 接收部分 17

5.1.2 信号检测 17

5.1.3 数据同步 18

5.1.4 符号映射 19

5.1.5 解析数据 19

5.2 Wireshark抓包工具 20

6 系统测试与分析 22

6.1 WiFi信号测试 22

6.2 均衡器效果测试 23

6.3 MAC帧解码测试 25

6.4 系统运行分析 26

7 总结与分析 28

致谢 30

参考文献 31

1 引言

在上世纪90年代,软件无线电被定义为具有模数转换器、射频前端、数模转换器和天线等数字处理器件的多频段无线电系统,而且能够支持多种无线通信协议,在理想的软件无线电中可以通过软件实现包括信号的产生、调制解调、接收、通信协议等各种功能。或者说,软件无线电是指在硬件平台不变的前提下通过软件编程对硬件工具进行配置以获得更加灵活的无线电功能配置。由此引发的软件无线电,使无线通信的的功能和业务彻底摆脱了硬件的束缚。

由于越来越多的人投身于软件无线电的研究事业中,使得软件无线电得到的迅速的发展。由于在理论上基本已经走向成熟,因此正被用于实现各种具体的应用。软件无线电技术具有软件、密集型计算的操作形式,它与模数之间的信号转换、数据处理的算法、运算的大小、计算速度的快慢等问题密切相关。因此,在软件无线电中,高速模数转换器件、宽带/多频段天线和高速数字信号处理器决定了软件无线电的进展速度和发展程度。

1.1 课题背景

上世纪70到80年代,无线电开始向数字化方向发展,直到到90年代初的软件无线电的高速发展,媒体接入、RF编码和信道带宽、射频频段和链路层协议等无线服务已经可以不依靠任何硬件连线进行通信。

如今,宽带RF设备、多频带天线和智能天线等技术的崛起也加速了软件无线电的发展,这些技术可以直接连接到数模转换器(DAC)和GHz频谱的宽带模数转换器(ADC),并且可以增加的可编程通用处理器来实现基带、中频和比特流处理。但是,这仅仅是一个理想的概念,不过其目标是实现真正的软件无线电,开放一个给公众在硬件平台上采用不同的可编程软件方法实现所需的无线系统。然而,在目前的技术条件下,软件无线电系统仍然不能满足所有的可编程性要求,从而导致SDR的产生。