wifi组播配网原理

公布这份代码的目的是希望有人来改进这项技术，因为目前所知wifi组播配网在部分路由器上仍有问题。但是，不管怎样，这项技术能为我们在未来的物联网生活中带来便利，对于我们使用的大部分路由是兼容的，我选择公布它，希望更多的人可以了解这项技术、使用这项技术、并完善它。

一、组播。

组播，英文名Multicast，这里有必要同时提下Broadcast和Unicast，翻译成中文分别是广播和单播，顾名思义，广播就是单台主机向网络中所有主机发送消息，单播是两台主机之间进行对话，而组播则是单台主机向特定的一组主机发送消息。在以太网数据帧头中会需要指定发送以及接受设备的MAC地址，以确定该数据包的来源与去向，广播时接收方的MAC地址为0xFFFFFFFFFFFF，单播时接收方的MAC地址为对端MAC地址，而组播时，接收方的MAC地址则与组地址之间有一个映射关系，而WiFi组播配网正是利用了这个组地址与MAC地址的映射。

用过网络抓包工具的肯定知道，抓包时会发现电脑经常与一些奇怪的ip地址进行UDP通讯，例如224.0.0.251，224.0.0.1,224.0.0.22，这些地址代表了一组特定的主机，路由器会将这些UDP包发送到加入该组的主机。关于组播技术的具体细节可以查阅相关文档了解，本文将不再赘述。ieee将224.0.0.0　~　239.255.255.255划定为组播保留地址，在以太网中，目的IP地址为组播保留地址的数据包，目的MAC地址需要做一个映射。具体做法是，MAC地址的3个高字节固定为01:00:5E，后三个字节依次为组地址的从高字节起的第二字节取低７位、组地址的第三字节和第四字节，例如组地址225.215.145.230对应的MAC地址为01:00:5E:57:91:E6，这里需要了解的是，虽然我们看到的组播MAC地址大多都为01:00:5E开头，但并不是只有以01:00:5E开头的MAC地址才是组播MAC地址，MAC地址的前24bit叫做organization unique identifier(OUI)，01:00:5E是ieee的OUI，习惯性的被大多数厂商和文献使用，判断一个MAC是否为组播MAC的依据是MAC地址的第一个字节的bit0是否为１。

 

二、WiFi数据帧头结构

在介绍WiFi帧头结构之前，我们先了解下WiFi通信的一些基本原理。WiFi工作于2.4GHz与5.8GHz两个频段，为简单起见，5.8GHz频段暂时忽略。WiFi在2.4G频段共有14个信道，分别是1-14信道，其中14信道只有日本在使用，这些信道的中心频率依次是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信道与第13信道中心频率相差12MHz， 其他各相邻信道的中心频率相差5MHz。使用时，路由器工作在一个固定信道，wifi网卡会循环在1-13信道扫描wifi热点，最终用户选择的热点在哪个信道wifi网卡就会跳到该信道去连接这个热点。

下面是一个常见的802.11MAC帧，在802.11的MAC帧会标明目的MAC地址/源MAC地址/BSSID分别表示这个wifi数据帧发给哪个设备，来自哪个设备，从哪个路由器发出来的，wifi网卡需要根据目的MAC地址来区分哪些数据包是发给自己的应对处理，哪些数据包不是发给自己的需要丢弃。

802.11 MAC帧

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

 

三、WiFi组播配网

wifi组播配网正是利用了之前所说的组地址与组播MAC地址之间的映射及wifi数据帧头中的MAC地址信息来传输配网信息。

在发送端，将需要传输的数据以２个字节为单位通过组播传输出去，为保证数据先后顺序的正确性，需要为这些数据编上号，为了便于接收端区分wifi组播数据帧是配网，双方约定使用一个同步头来作为前导，此外为保证传输的有效性还需要将校验值、数据长度、协议和版本号告诉接受端，如果消息超出了一次分包消息的长度，需要将数据分成多个数据包来传输，为了确保数据的安全性，采用AES加密算法将ssid/passphrase/pmk加密，为了确保不会出现０结尾的组地址，采用base64编码算法对密文进行编码。

监听端，使wifi网卡循环在1-13信道监听组播wifi数据帧，以约定的组播MAC地址为同步头，当监听到同步头之后，进入接收模式，只接收来自该MAC地址的组播wifi数据帧，在接收完包头信息及数据之后进行解析，依次将base64编码还原成aes密文，再使用之前约定的密钥解密，得到ssid/passphrase/pmk，完成配网。

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