wifi漫游（Roaming）802.11kvr 全协议梳理

概念

无线漫游是指无线设备（如手机这种station）在移动过程中，能够自动从当前连接的无线AP切换到另一个信号更强的AP。
切换过程中，用户感知的网络连接未中断，切换后IP地址不变，我们也可以称之为无缝隙的wifi切换。

我们这里不考虑使用AC+AP的方案，先基于基础漫游版本

漫游软件框架

无线漫游示意图

简单点比喻：在使用手机通过的过程中，随着手机的位移，连接到了信号更好的基站，此时通话继续进行，并未感觉到基站变化带来的卡顿

为什么需要无线漫游？

解决单一路由器信号覆盖不足：因为单个无线路由器信号范围有限，穿墙后衰减严重，通过多个接入点，可实现全屋或大面积区域覆盖
保障移动设备体验：如果没有漫游，手机从客厅走到卧室，可能会一直连着客厅的弱信号，导致网速极慢、卡顿，直至彻底断开后重新搜索连接，导致体验差

漫游使用到了那些技术协议

漫游的关键技术：802.11k/v/r 协议

802.11k/v/r三协议的作用与功能：

802.11k（邻居报告）：帮助设备提前了解周围有哪些可用的接入点，也就是提供邻居AP列表，缩短扫描时间
802.11v（网络辅助）：当设备连接信号过差时，网络可主动引导它切换到更优的接入点，解决终端设备的"粘滞"问题
802.11r（快速BSS切换）：相当关键，简化了设备在新接入点上的认证过程，大幅缩短切换时间（从数百毫秒降至几十毫秒），对于网络通话、视频会议等对延迟敏感的应用尤为重要

我们再换个方式理解如上三个协议：

11k协议通过收集网络中的ap信号强度、信噪比及干扰等细腻系，帮助设备判断何时需要切换
11v协议提供了无线网络管理功能，协调漫游切换过程，使得设备可以漫游到目的优选AP
11r协议实现了快速BSS切换，简化了认证过程，相当于提升了连接速度

三个协议组合，解决了：触发切换漫游困难 、切换AP后连接wifi慢 、切换AP选择慢的问题

802.11k

802.11k协议是IEEE 802.11无线局域网标准中的一个重要补充，全称为"无线资源测量协议" (Radio Resource Measurement， RRM)

作用

目标是在解决传统Wi-Fi网络中设备对周围环境"视而不见"的问题，通过让AP和客户端共享无线环境信息，从而优化网络性能，提升漫游体验

如何查看ap是否支持11K协议

beacon帧过滤：

wlan.fc.type_subtype == 0x08

查看Neighbor Report位是否被置为 1，如果为1，则说明该AP明确支持802.11k协议

Probe Response帧过滤：wlan.fc.type_subtype == 0x05

除了信标帧，AP也也在探测响应（Probe Response）声明此能力

如何查看无线终端是否支持11K协议

在Reassociation Request帧：（wlan.fc.type_subtype == 0x02）

明确表示该设备实现了802.11k协议
支持详情
或者看association Request（wlan.fc.type_subtype == 0x00）帧：

协议交互

因为我们讨论的是漫游模式，所以我们在这里说明的是漫游场景下的交互

协议(Action Code)类型

必须知道11K的RRM（无线电资源测量）帧有哪些类型，才能在后面的例程中走下去

协议交互方向

11K协议中，邻居请求报告 的交互方向是双向的，也就是说既可以ap主动请求，也可以被请求

但在漫游中交互方向是客户端请求、AP响应的模式

邻居报告请求流程：

客户端请求（wlan.fixed.category_code == 5 and wlan.fixed.action_code == 4）
客户端主动向当前连接的AP发送一个邻居报告请求帧
AP响应（wlan.fixed.category_code == 5 and wlan.fixed.action_code == 5）
AP 收到请求后，会根据自身存储的邻居信息（比如周围其他 AP 的信道、BSSID 等），回复邻居报告响应帧，这个帧中，会包含一个或者多个ap信息的列表

客户端在漫游前主动获取无线AP信息报告，通过这个报告，客户端在信号变弱时，就知道应该优先尝试切换到哪个 AP，而无需浪费时间去扫描所有信道

802.11v

全称为"无线网络管理"（Wireless Network Management，WNM）协议
不同的action code代表了不同的功能场景：
Action code功能列举如下

包含了哪些主要功能呢？

802.11v协议的核心就是这两大功能：网络引导漫游（BTM）和增强的省电管理

这里我们不讨论省电管理，因为我们讨论的是漫游模式，所以我们在这里说明的是漫游场景下的交互

在漫游功能中的作用

AP可以主动建议或要求终端漫游到特定的目标AP，11v协议中的BTM帧，更是解决了传统wifi漫游中终端"粘滞"在弱信号AP上的问题

如何查看ap是否支持11K协议

Extended Capabilities字段下可以看到BSS Transition support值是否被置为1
过滤条件：wlan.fc.type_subtype == 0x05

如何查看无线终端是否支持11V协议

在Reassociation Request帧（wlan.fc.type_subtype == 0x0002）或者看associationRequest帧（wlan.fc.type_subtype == 0x0000）中的ExtendedCapabilities字段下可以看到BSS Transition support的值

BTM协议交互

先给出交互流程（只能此方向）

BTM Request只能AP发出（wlan.fixed.category_code == 10 and wlan.fixed.action_code == 7）
BTM Response只能STA发出（wlan.fixed.category_code == 10 and wlan.fixed.action_code == 8）

802.11r

协议全称：快速漫游协议（Fast Roaming），或者称为"快速BSS转换"协议

主要目的

非常明确：大幅缩短无线终端在漫游过程中的认证延迟

效果：

其作用是将漫游切换时间从传统的几百毫秒 缩短到50毫秒以内，从而让用户几乎无法察觉的"无缝"体验

如何加速漫游切换的？

终端切换到新AP时，要重新进行完整的身份认证和密钥协商（四次handshake），这个过程通常耗时数百毫秒，是造成漫游卡顿的主要原因，802.11r协议则通过"提前握手"的机制加速了这一环节，看起来就像无需认证和握手一样

快速漫游类型

这里有两种实现方式：

Over-the-Air
Over-the-DS

Over-the-Air (OTA)，这是最常见、效率也更高的方式，STA直接与目标AP通信，跳过标准流程中耗时的重认证环节

如何查看ap是否支持11R协议

支持802.11r的AP，会在其发出的Beacon（wlan.fc.type_subtype == 0x08）帧或Probe Response帧中宣告这一能力（Mobility Domain）
或看AP回复 FT Authentication Response（wlan.fc.type_subtype == 0x0b）是否带FT

如何查看无线终端是否支持11R协议

Reassociation Request帧(wlan.fc.type_subtype == 0x02)应该带有Fast BSS Transition字段
FT Authentication Request（wlan.fc.type_subtype == 0x0b）中应该带有Fast BSS Transition字段

11v协议交互

Over-the-Air
Over-the-DS

从上面3协议的介绍，如果需要高体验的漫游，上述协议缺一不可

以RRM帧为例的帧发送进行流程梳理

从以前的文章中可以看出

所以会进行hostapd 初始化控制接口
控制接口的初始化函数，核心作用是创建一个通信通道，让外部程序（如 hostapd_cli、wpa_cli ）能够与正在运行的 hostapd 进程进行交互
hostapd 控制接口的核心处理函数，每当通过控制接口发送命令时，这个函数就会被调用来处理命令
负责识别客户端发送的命令，调用相应的处理函数
构造并发送 802.11k 的 Radio Measurement Request 帧（信标测量请求）给指定的客户端
函数是hostapd中驱动层发送 Action 帧的封装函数，作用是统一处理 Action 帧的发送逻辑，特别是处理 Public

Action 帧的 BSSID 特殊规则
hostapd 中 nl80211 驱动接口的函数指针表，是hostapd与底层wifi驱动之间的回调
nl80211 驱动中向内核发送 NL80211_CMD_FRAME 命令的核心函数。它的作用是通过 netlink 向 Linux 内核发送 802.11 帧
调用到内核代码：
Linux内核cfg80211子系统中处理 NL80211_CMD_FRAME 命令函数，负责调用驱动层的mgmt_tx回调函数
驱动代码：
最终调用到驱动的管理帧发送函数

疑问

准确判断一个设备（AP或终端）是否支持802.11r协议？
Tag: Fast BSS Transition是核心证据，而Fast BSS Transition over DS: 0x1是一个重要的子功能标志，所以最好以Fast BSS Transition为标志判断11r支持情况
若成功快速漫游，抓包中可以看到四次握手阶段吗？
不能