wifi網路接入原理（上）——掃描Scanning
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對於低頭黨來說，在使用WIFI功能時，經常性的操作是開啟手機上的WIFI裝置，搜尋到心目中的熱點，輸入密碼，聯網成功，各種低頭上網。。。這個看似簡單的過程，背後卻是隱藏著大量的無線通訊技術。用幾個專業術語來表示這個過程，分別是：掃描（Scanning）、認證（Authentication）、關聯（Association）。下面用一張圖來表示這個過程。
圖1 WIFI接入網路過程
現在讓我們來分析一下這個過程的工作原理。
相對移動電子產品來說，WIFI的功耗會比較大。因此，上層應用程式都會有一個開關，用於開啟和關閉WIFI功能。個人認為，最好的電源管理設計是上層應用程式的開關可操作WIFI硬體模組的電源的通斷。當用戶在手機上點選開啟WIFI時，WIFI模組通電執行起來，當然也會相應載入WIFI的驅動程式。
開啟完成後，我們可以看到手機上顯示搜尋到附近的WIFI熱點，這個搜尋過程的工作原理是怎樣的呢？用一個無線通訊專業術語來表示：掃描（Scanning）。
掃描的目的是什麼？就是要找到一個無線網路，然後加入到該網路中。
要加入一個無線網路，那麼我們需要找到它的網路名稱，即SSID。這個SSID其實是接入點（Access Point）迴應工作站掃描時所帶的引數，還有其它的網路引數，包括BSSID（可理解為接入點的MAC地址）、訊號強度、加密和認證方式等。
掃描型別分兩種，一種是主動掃描（active scanning），另一種是被動掃描（passivescanning）。
1、 主動掃描（activescanning）
我們先來說說主動掃描。即我們的手機（工作站STA）以主動的方式，在每個通道上發出Probe Request幀，請求某個特定無線網路予以迴應。主動掃描是主動尋找網路，而不是靜候無線網路宣告本身的存在。使用主動掃描的工作站將會以如下的程式掃描通道表所列的頻道：
（1）跳至某個通道，然後等候來幀指示（indicationof an incoming frame）或者等到ProbeDelay定時器超時。如果在這個通道收到幀，就證明該通道有使用者在使用，因此可以加以探測。而ProbeDelay定時器可用來防止某個閒置通道讓整個過程停止，因為工作站不會一直等待幀的到來。
（2）利用基本的DCF訪問過程取得媒介使用權，然後送出一個Probe Request幀。
（3）至少等候一段最短的通道時間（即MinChannelTime）。
a.如果媒介並不忙碌，表示沒有網路存在，因此可以跳至下個通道。
b.如果在MinChannelTime這段期間媒介非常忙碌，就繼續等候一段時間，直到最長的通道時間（即MaxChannelTime）超時，然後處理任何的Probe Response幀。
大家可能會發現當手機進行WIFI熱點搜尋時，有時時間會比較長，原因是你處在的區域存在多個接入點（AP），當手機發出Probe Request幀時，多個接入點（AP）通過競爭視窗（congestionwindow）迴應Probe Response幀，而這個競爭過程受限於最長的通道時間（即MaxChannelTime）。
當無線網路收到搜尋其所屬的擴充套件服務集（ESS）的Probe Request時，就會發出Probe Response幀。若要找到附近所有的無線網路，那麼Probe Request幀可使用broadcastSSID，如此一來，該區所有的802.11無線網路都會以Probe Response加以迴應。
2、 被動掃描（passivescanning）
現在大部分移動電子產品都是採用被動掃描（passive scanning）的方式，原因是掃描過程中不需要傳送任何訊號，可以省電。在被動掃描中，工作站會在通道列表（channel list）所列的各個通道之間不斷切換，並靜候Beacon幀的到來。所收到的任何幀都會被暫存起來，以便取出傳送這些幀的BSS 的相關資料。
在被動掃描的過程中，工作站會在通道間不斷切換，並且會記錄來自所收到的任何Beacon的資訊。Beacon在設計上是為了讓工作站知道加入某個基本服務集（Basic Service Set，簡稱 BSS）所需要的引數以便進行通訊。在下圖中，通過監聽來自前三個接入點的Beacon幀，移動式工作站以被動掃描找出該區所有BSS。如果該工作站並未收到來自第四個接入點的Beacon，就會彙報目前只發現的三個BSS。
圖2 被動掃描
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對於低頭黨來說，在使用WIFI功能時，經常性的操作是開啟手機上的WIFI裝置，搜尋到心目中的熱點，輸入密碼，聯網成功，各種低頭上網。。。這個看似簡單的過程，背後卻是隱藏著大量的無線通訊技術。用幾個專業術語來表示這個過程，分別是：掃描（Scanning）、認證（Authentication）、關聯（Association）。下面用一張圖來表示這個過程。
圖1 WIFI接入網路過程
現在讓我們來分析一下這個過程的工作原理。
相對移動電子產品來說，WIFI的功耗會比較大。因此，上層應用程式都會有一個開關，用於開啟和關閉WIFI功能。個人認為，最好的電源管理設計是上層應用程式的開關可操作WIFI硬體模組的電源的通斷。當用戶在手機上點選開啟WIFI時，WIFI模組通電執行起來，當然也會相應載入WIFI的驅動程式。
開啟完成後，我們可以看到手機上顯示搜尋到附近的WIFI熱點，這個搜尋過程的工作原理是怎樣的呢？用一個無線通訊專業術語來表示：掃描（Scanning）。
掃描的目的是什麼？就是要找到一個無線網路，然後加入到該網路中。
要加入一個無線網路，那麼我們需要找到它的網路名稱，即SSID。這個SSID其實是接入點（Access Point）迴應工作站掃描時所帶的引數，還有其它的網路引數，包括BSSID（可理解為接入點的MAC地址）、訊號強度、加密和認證方式等。
掃描型別分兩種，一種是主動掃描（active scanning），另一種是被動掃描（passivescanning）。
1、 主動掃描（activescanning）
我們先來說說主動掃描。即我們的手機（工作站STA）以主動的方式，在每個通道上發出Probe Request幀，請求某個特定無線網路予以迴應。主動掃描是主動尋找網路，而不是靜候無線網路宣告本身的存在。使用主動掃描的工作站將會以如下的程式掃描通道表所列的頻道：
（1）跳至某個通道，然後等候來幀指示（indicationof an incoming frame）或者等到ProbeDelay定時器超時。如果在這個通道收到幀，就證明該通道有使用者在使用，因此可以加以探測。而ProbeDelay定時器可用來防止某個閒置通道讓整個過程停止，因為工作站不會一直等待幀的到來。
（2）利用基本的DCF訪問過程取得媒介使用權，然後送出一個Probe Request幀。
（3）至少等候一段最短的通道時間（即MinChannelTime）。
a.如果媒介並不忙碌，表示沒有網路存在，因此可以跳至下個通道。
b.如果在MinChannelTime這段期間媒介非常忙碌，就繼續等候一段時間，直到最長的通道時間（即MaxChannelTime）超時，然後處理任何的Probe Response幀。
大家可能會發現當手機進行WIFI熱點搜尋時，有時時間會比較長，原因是你處在的區域存在多個接入點（AP），當手機發出Probe Request幀時，多個接入點（AP）通過競爭視窗（congestionwindow）迴應Probe Response幀，而這個競爭過程受限於最長的通道時間（即MaxChannelTime）。
當無線網路收到搜尋其所屬的擴充套件服務集（ESS）的Probe Request時，就會發出Probe Response幀。若要找到附近所有的無線網路，那麼Probe Request幀可使用broadcastSSID，如此一來，該區所有的802.11無線網路都會以Probe Response加以迴應。
2、 被動掃描（passivescanning）
現在大部分移動電子產品都是採用被動掃描（passive scanning）的方式，原因是掃描過程中不需要傳送任何訊號，可以省電。在被動掃描中，工作站會在通道列表（channel list）所列的各個通道之間不斷切換，並靜候Beacon幀的到來。所收到的任何幀都會被暫存起來，以便取出傳送這些幀的BSS 的相關資料。
在被動掃描的過程中，工作站會在通道間不斷切換，並且會記錄來自所收到的任何Beacon的資訊。Beacon在設計上是為了讓工作站知道加入某個基本服務集（Basic Service Set，簡稱 BSS）所需要的引數以便進行通訊。在下圖中，通過監聽來自前三個接入點的Beacon幀，移動式工作站以被動掃描找出該區所有BSS。如果該工作站並未收到來自第四個接入點的Beacon，就會彙報目前只發現的三個BSS。圖2 被動掃描
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