连接WiFi的过程

连接3步骤：

扫描 Scanning（Probe Request、Probe Response）

认证（Authentication）

关联（Association Request、Association Response）

（1）扫描阶段 (Scanning) ，设备通过扫描找到可用的无线接入点 (Access Point, AP) ，从而选择合适的 AP 进行连接。WiFi 标准中定义了两种主要的扫描方式：主动扫描 (Active Scanning) 和被动扫描 (Passive Scanning) 。

(a) 主动扫描 (Active Scanning)

终端设备（用户的wifi设备）会主动向周围的无线信道发送探测请求 (Probe Request) ，并等待 AP 发送探测响应 (Probe Response) 。快速发现周围的 WiFi 网络，尤其是在设备不知道有哪些网络可用的情况下（wifi列表可见ssid）。 主动扫描的过程分为以下几个步骤：

探测请求 (Probe Request) 设备依次切换到不同的信道 ，发送探测请求帧 (Probe Request) 。这个探测请求可以是针对所有网络的广播（ SSID = NULL），也可以是针对特定 SSID 的单播（在设备上手动填写ssid（ SSID = 指定字符）的情况）。

探测请求(Probe Request)的主要内容包括：

SSID (可以是具体的SSID，也可以是广播请求)

支持的速率

扩展功能信息 (如支持的安全协议)

探测响应 (Probe Response)

AP在接收到探测请求后，会返回探测响应帧 (Probe Response) 。这个响应帧包含AP的详细信息，例如：

SSID (网络名称)

BSSID (AP的MAC地址)

信道号

支持的速率

安全协议信息 (如WPA/WPA2/WPA3)

网络容量和设备数量

其他可能的扩展功能 (如QoS、WMM等)

(b) 被动扫描 (Passive Scanning)

终端设备通过监听特定信道上的信标帧 (Beacon Frame)，从中获取 AP 的信息。信标帧是 AP 定期广播的一种特殊的管理帧，所有设备只需监听信道即可获知周围可用的网络。

信标帧 (Beacon Frame)

AP 会定期 (通常是100ms)在指定信道上广播信标帧。信标帧包含了AP的关键信息，包括：

SSID

BSSID (AP的MAC地址)

支持的传输速率

信道号

安全信息 (如WPA/WPA2/WPA3)

网络时间戳 (用于同步设备的时钟)

其他可能的功能 (如WMM、HT Capabilities、VHT Capabilities等)

监听信道

被动扫描的过程：

终端设备依次切换到不同的信道，并在每个信道上监听信标帧。每个信道可能包含多个 AP 的信标帧。通过这些信标帧，设备可以了解哪些 AP 在附近可用，并获取相关的配置信息。 

(2) 认证阶段 (Authentication)

认证是sta和 AP 之间相互确认身份的过程。在传统的 WiFi 认证中，有两种方式：

开放系统认证 (Open System Authentication)：这是最简单的方式，不需要设备和AP之间进行任何密钥交换，所有请求都会通过。

共享密钥认证 (Shared Key Authentication)：设备和 AP 会通过 WEP (Wired Equivalent Privacy) 密钥进行加密认证。这种方式现已很少使用，因为 WEP 的安全性较差，已被更强的 WPA/WPA2/WPA 3等认证方式取代，结合了 PSK (Pre-Shared Key) 或企业级的 RADIUS 认证服务器来提升安全性。

(3) 关联阶段(Association)

(a)关联请求 (Association Request)

在认证通过后，WiFi终端设备会发送一个关联请求帧 (Association Request)，请求与 AP 建立正式的连接。这个关联请求帧携带了设备的详细信息，以便 AP 了解设备的能力，并确定双方能否以最佳方式进行通信。

关联请求帧的主要字段包括：

SSID：所请求连接的网络名称。

支持的速率集 (Supported Rates Set)：设备所支持的传输速率，AP可以根据这些速率来选择合适的通信速率。

扩展速率集 (Extended Supported Rates)：用于支持更高的传输速率 (例如802.11n/ac/ax)。

信道信息：设备希望使用的信道以及相关的频段信息。

安全信息：包括设备支持的加密和认证协议 (如WPA2/WPA3等)。

能力信息 (Capability Information)：设备的其他功能，如是否支持QoS (Quality of Service)、电源管理等。

HT/VHT Capabilities：如果设备支持802.11n (HT, High Throughput) 或802.11ac/ax (VHT, Very High Throughput)，它会在关联请求中包含这些信息，以允许AP使用更高效的技术来优化传输性能 (如 MIMO、多信道聚合等)。

(b)关联响应 (Association Response)

AP 接收到设备的关联请求帧后，会检查设备的请求信息，评估其是否能够接受设备的连接。通常，AP 会基于设备的能力和当前网络的负载情况作出决定。然后，AP 会通过 关联响应帧 (Association Response) 来通知设备是否成功关联。

关联响应帧包括以下重要信息：

状态码 (Status Code)：指示关联是否成功。如果状态码为0，表示关联成功；否则，设备需要重新尝试。

关联标识符 (Association ID, AID) 每个成功关联的设备会被 AP 分配一个唯一的 AID，用于区分不同的设备。在后续通信中，AP 使用 AID 来管理每个设备。

支持的速率信息：AP 会在响应中确认双方支持的最高传输速率，这些速率会成为后续通信中的基准。

可能的信道信息：如果 AP 支持多信道传输或设备的请求中包含特定信道要求，AP 会在响应中确认所选择的信道。

(c) 关联成功后的状态

一旦设备收到关联成功的响应帧，它就会正式成为 AP 的一部分，并可以开始通过AP 访问网络资源。关联成功后的状态有以下几个关键点：

设备获得AID：设备的 AID 可以用于 AP 管理关联设备的无线资源，例如通过AID 来识别哪些设备可以发送或接收数据。

资源分配：AP 可能根据网络条件和设备的能力，分配特定的无线资源 (如信道带宽、时隙等)。

准备数据传输：关联完成后，设备与 AP 之间的通信变为数据帧传输，设备可以通过 AP 接入互联网或本地网络资源。

(d) 关联失败的情况

关联过程并非总是成功的，可能的失败原因包括：

AP 超载：如果 AP 已经连接了过多的设备，它可能会拒绝新的关联请求，通常会返回一个“超载”状态码。

信道不匹配：设备请求使用的信道可能不在 AP 当前支持的信道范围内。

安全协议不兼容：如果设备和 AP 使用不同的安全协议 (例如设备只支持 WPA， 而 AP 要求 WPA2 或 WPA3)，关联将会失败。

信号质量差：如果设备距离 AP 太远，信号质量过差，AP 可能无法维持稳定的连接，从而拒绝关联请求。