浅谈Wi-Fi连接过程背后的原理

概述

Wi-Fi是无线局域网的一个标准，它依赖无线电来传输信号，但无线电本身是开放的，不能像有线网络那样谁都可以任意的连接使用。Wi-Fi定义了连接的过程分下面三部分：

1 扫描

就是发现Wi-Fi热点(或无线路由器)的的存在

2 认证

通过身份认证才能连接。

3 关联

把AP热点和终端进行连接。

扫描过程

Wi-Fi的扫描分为被动扫描和主动扫描两种

1 被动扫描

这时候是无线网络终端(手机或电脑)处于接收状态，扫描所有的可用无线信道，就像打开收音机旋转调谐旋钮一样，接收不同信道的无线AP发送的beacon信令

被动扫描

如上图所示，电脑在网络下，会受到不同的AP(无线路由器)发来的beacon信号，在beacon信号里面有路由器的SSID(Wi-Fi名称)信息，这时候，手机或电脑上的Wi-Fi栏内就会显示出对应的Wi-Fi名称来了。

上图是在电脑上抓的beacon报文，第一列是无线路由器的mac地址，可以看到有很多不同的无线路由器在附近。每个beacon报文里面包含了SSID的消息。

beacon的发送是有间隔的，一般默认是100ms，就是0.1s，但有时候也会设置比较长的时间。这时候就要等待很久才能发现附近的无线路由器。

2.主动扫描

主动扫描就是无线终端(手机或电脑等)主动去发送探测帧，等待附近的无线AP响应探测帧。

主动扫描

上图就是显示电脑主动发送探测帧(prob request)，这时候无线路由器就会回应探测帧(prob response)

主动扫描会迅速的发现附近的路由器，相对扫描接受要快的多。

认证

这一步是要监测客户端的合法性，现在的Wi-Fi协议有链路认证和接入认证两种，链路认证和接入认证相当于两道门，检测接入的用户是否是合法的。

上图就是现在Wi-F支持的认证方式，WEP是淘汰的技术，现在主要使用的是WPA2-psk(家庭或小型场所)WPA2-802.1x (企业版)

关联

关联就是把客户端和无线AP联系起来，相当于最后发一个通行证。客户端发送assoc requese，AP返回asso response。

如上图所示，关联过程结束基本就是正常的通信了。

上述过程仅仅是早期的标准，由于早期设计的认证是链路认证，有着不能克服的缺点，后来又设计了WPA认证方式，WPA认证是在关联结束过程之后，才做的认证，所以叫接入认证。举个例子，用网线上网，第一步是把网线接到交换机上，这一步是链路认证，没有网管是不会给你接入的。但网线连接上了仅仅是相当于网卡灯亮了，电脑分配了IP地址，关联到网络了。但还需要使用用户名和密码拨号上网，这时候就是相当于接入认证了。