无线射频协议专题《IEEE 802.11协议讲解5@WiFi扫描AP热点过程》

想必大家在生活中都体验过这样一个场景,掏出手机,然后进入WiFi列表,找到对应的路由热点名称,输入密码然后愉快地上网。但又是否清楚背后的工作原理呢?手机是怎样发现周围路由热点的,为何有的手机发现热点比较快、有的怎么刷也刷不出来热点,有的路由热点无法连接上,带着以上问题,通过IEEE 802.11相关章节来揭秘。

 

工作站完成扫描动作,有四个过程需要关注:

1)被动扫描

被动扫描(passive scanning)可以节省电池的电力,因为不需要传送任何信号。在被动扫描中,工作站会在信道列表(channel list)所列的各个信道之间不断切换并静候Beacon帧的到来(注意国家码的匹配性,否则设备永远也找不到对应的SSID),所收到的任何赖都会被暂存起来,以便取出传送这些帧的BSS的相关数据。Beacon在设计上是为了让工作站知道加入某个基本服务集(basic service set,简称BSS)所需要的参数以便进行通信(简单地说,路由AP热点会在特定信道周期广播Beacon报文,工作站轮询侦听周围信道,就能接收到相应的Beacon报文,解析出相应的SSID以及其他一些重要信息)

2)主动扫描

在主动扫描(active scanning)中,工作站扮演着比较积极的角色。在每个信道上,工作站都会发出Probe Request帧来请求某个特定网络予以响应。主动扫描是主动试图寻找网络,而不是听候网络声明本身的存在,使用主动扫描的工作站将会以如下的过程书描信道列表所列的每个信道:

  • 跳至某个信道,然后等候来帧指示(indication of an incoming frame)或者等到ProbeDelay定时器超时。如果在这个信道收得到帧,就证明该信道有人使用,因此可以加以探测。此定时器可用来防止某个闲置信道让整个过程停止,因为工作站不会一直等候帧的到来(人生智慧:先不主动问,先打听下有没有这回事,听到一些闲言碎语,可以正式去问下)
  • 利用基本的DCF访问过程取得媒介使用权,然后送出一个Probe Request帧(这个响应需要经过竞争,很多人都会忽略这个问题)
  • 至少等候一段最短的信道时间(即MinChanneTime),如果媒介并不忙碌,表示没有网络存在,因此可以跳至下个信道。如果在MinChanneTime这段期间媒介非常忙碌,就继续等候一段时间,直到最长的信道时间(即MaxChannelTime)超时,然后处理任何的Probe Response帧

当网络收到搜寻其所属的扩展服务集的Probe Request (探查请求),就会发出ProbeResponse (探查响应)帧。在Probe Request帧中可以使用broadcast SSID,如此一来,该区所有的802.11网络都会以Probe Response加以响应。每个BSS中必须至少有一个工作站负责响应Probe Request,传送上一个Beacon帧的工作站也必须负责传送必要的Probe Response帧。在infrastructure (基础结构型)网络里,是由接入点负责传送Beacon帧,因此它也必须负责响应以Probe Request在该区搜寻网络的工作站。在IBSS (独立基本服务集)中,工作站彼此轮流负责传送Beacon帧,因此负责传送Probe Response的工作站会经常改变。Probe Response属于单播(unicast)管理帧,因此必须符合MAC的肯定确认(positive acknowledgment)规范。单一Probe Request导致多个Probe Response被传送的情况十分常见。扫描过程的目的在于找出工作站可以加入的所有基本服务区域,因此一个broadcast (广播式) ProbeRequest会收到范围内所有接入点的响应。各独立型BSS之间如果互相重叠,也会予以响应。

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3)扫描报告

扫描结束后会产生一份扫描报告。这份报告列出了该次扫描所发现的所有BSS及其相关参数。进行扫描的工作站可以利用这份完整的参数列表来加入(join)其所发现的任何网络。除了BSSID, SSID以及BSSType,还包括:

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4)加入网络

扫描结果汇总之后,工作站可以选择其中一个BSS加入,包括匹配PHY参数、身份认证等一些列动作

 

通过以上4个步骤,应该对扫描过程有了较深的了解,再提一个发散问题:隐藏SSID是如何被工作站发现并连接的?

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