mac80211分析

文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第1页,共13页mac80211源码分析1.概述2.体系结构3.代码结构4.数据结构5.主要流程6.切换点7.主要函数8.速率控制1.1概述mac80211：是一个Linux内核子系统，是驱动开发者可用于为SoftMAC无线设备写驱动的框架。mac80211在内核空间实现STA模式，在用户空间实现AP模式（hostapd）。cfg80211：用于对无线设备进行配置管理，与FullMAC，mac80211和nl80211一起工作。nl80211：用于对无线设备进行配置管理，它是一个基本Netlink的用户态协议。MLME：即MAC(MediaAccessControl)LayerManagementEntity，它管理物理层MAC状态机。SoftMAC：其MLME由软件实现，mac80211为SoftMAC实现提供了一个API。即：SoftMAC设备允许对硬件执行更好地控制，允许用软件实现对802.11的帧管理，包括解析和产生802.11无线帧。目前大多数802.11设备为SoftMAC，而FullMAC设备较少。FullMAC：其MLME由硬件管理，当写FullMAC无线驱动时，不需要使用mac80211。wpa_supplicant：是用户空间一个应用程序，主要发起MLME命令，然后处理相关结果。hostpad：是用户空间一个应用程序，主要实现station接入认证管理。1.2体系结构HOSTAPD:文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第2页,共13页WPAD:图2-1系统框架1.3代码结构(/net/mac80211/)ieee80211_i.h（主要数据结构）文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第3页,共13页main.c（主函数入口）iface.c（虚拟接口处理）key.c,key.h（密钥管理）sta_info.c,sta_info.h（用户管理）pm.c（功率管理）rate.c,rate.h（速率控制函数）rc80211*（速率控制算法）rx.c（帧接收路径代码）tx.c（帧发送路径代码）scan.c（软件扫描代码）mlme.c（station/managed模式MLME）ibss.c（IBSSMLME）cfg.c,cfg.h,wext.c（配置入口代码）aes*,tkip*,wep*,michael*,wpa*（WPA/RSN/WEP代码）wme.c,wme.h（QoS代码）util.c（公共函数）1.4数据结构ieee80211_local/ieee80211_hw每个数据结构代表一个无线设备（ieee80211_hw嵌入到ieee80211_local）ieee80211_hw是ieee80211_local在驱动中的可见部分包含无线设备的所有操作信息sta_info/ieee80211_sta代表每一个station可能是mesh，IBSS，AP，WDSieee80211_sta是驱动可见部分ieee80211_conf硬件配置当前信道是最重要的字段硬件特殊参数ieee80211_bss_confBSS配置多BSSes类型（IBSS/AP/managed）包含比如基础速率位图perBSSparametersincasehardwaresupportscreating/associatingwithmultipleBSSes文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第4页,共13页ieee80211_key/ieee80211_key_conf代表加密/解密密钥ieee80211_key_conf提供给驱动用于硬件加速ieee80211_key包含book-keeping和软件解密状态ieee80211_tx_info大部分复杂数据结构skb内部控制缓冲区(cb)经历三个阶段：1、由mac80211初始化；2、由驱动使用；3、由发送状态通告使用ieee80211_rx_status包含接收帧状态驱动通过接收帧传给mac80211ieee80211_sub_if_data/ieee80211_vif包含每个虚拟接口信息ieee80211_vifispassedtodriverforthosevirtualinterfacesthedriverknowsabout(nomonitor,VLAN)包含的sub-structures取决于模式1.5主要流程配置所有发起来自用户空间（wext或者nl80211）managed和IBSS模式：触发状态机（基于workqueue）有些操作或多或少直接通过驱动传递（比如信道设置）接收路径ieee80211_tasklet_handler,响应中断，在下半部tasklet处理数据，通过函数ieee80211_rx()接收帧调用ieee80211_rx_monitor()拷贝帧传递给所有监听接口调用invoke_rx_handlers()处理帧如果是数据帧，转换成802.3帧格式，传递给上层协议栈ieee80211_deliver_skb(rx.c中)netif_receive_skb上送网络。如果是管理帧/控制帧，传递给MLME接收处理钩子（invoke_rx_handlers）文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第5页,共13页ieee80211_rx_h_passive_scanieee80211_rx_h_checkieee80211_rx_h_decryptieee80211_rx_h_check_more_dataieee80211_rx_h_sta_processieee80211_rx_h_defragmentieee80211_rx_h_ps_pollieee80211_rx_h_michael_mic_verifyieee80211_rx_h_remove_qos_controlieee80211_rx_h_amsduieee80211_rx_h_mesh_fwdingieee80211_rx_h_dataieee80211_rx_h_ctrlieee80211_rx_h_actionieee80211_rx_h_mgmt发送路径帧传递给ieee80211_subif_start_xmit()把帧转换成802.11格式，丢弃发给未认证工作站的单播包，除了来自本地的EAPOL帧如果是MONITOR接口，在帧头部增加radiotap信息调用invoke_tx_handlers()处理帧调用drv_tx()，把帧传递给驱动发送处理钩子（invoke_tx_handlers）ieee80211_tx_h_dynamic_psieee80211_tx_h_check_associeee80211_tx_h_ps_bufieee80211_tx_h_select_keyieee80211_tx_h_staieee80211_tx_h_rate_ctrlieee80211_tx_h_michael_mic_addieee80211_tx_h_sequenceieee80211_tx_h_fragmentieee80211_tx_h_statsieee80211_tx_h_encryptieee80211_tx_h_calculate_durationmangement/MLME状态机运行依赖于用户请求标准方法如下：文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第6页,共13页proberequest/responseauthrequest/responseassocrequest/responsenotificationrequest/responseIBSS尝试寻找IBSS加入IBSS或者创建IBSS如果没有配对，则周期性地尝试寻找IBSS并加入创建接口路径创建接口由用户空间通过nl80211发起分配网络设备空间（包含sdata对象空间）初始化网络设备初始化sdata对象（包括设备类型，接口类型，设备操作函数等等）注册网络设备把sdata对象加入local-interfaces删除接口路径删除接口由用户空间通过nl80211发起把sdata对象从local-interfaces移除移除网络设备创建station路径创建station由用户空间通过nl80211发起分配sta_info对象空间初始化sta_info对象（包括侦听间隔，支持速率集等等）初始化sta_info对象的速率控制对象把sta_info对象加入local-sta_pending_list调用local-ops-sta_add通知驱动创建station把sta_info对象加入local-sta_list删除station路径删除station由用户空间通过nl80211发起删除sta_info对象的key对象把sta_info对象从local-sta_pending_list移除调用local-ops-sta_remove通知驱动移除station删除sta_info对象的速率控制对象把sta_info对象从local-sta_list移除文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第7页,共13页扫描请求路径扫描请求由用户空间通过nl80211发起如果支持硬件扫描，调用local-ops-hw_scan()执行硬件扫描否则，调用ieee80211_start_sw_scan()执行软件扫描延时唤醒ieee80211_scan_work()扫描状态机路径如果存在硬件扫描请求，调用drv_hw_scan()进行扫描，如果失败，调用ieee80211_scan_completed()完成扫描如果存在扫描请求，同时未进行扫描，调用__ieee80211_start_scan()进行软件扫描，如果失败，调用ieee80211_scan_completed()完成扫描根据next_scan_state调用相应的处理函数如果next_delay==0，则继续根据next_scan_state调用相应的处理函数延时唤醒ieee80211_scan_work()管理报文接收文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第8页,共13页对于管理帧，通常是ieee80211_rx_handlers调用ieee80211_rx_h_mgmt，然后用wq的方式调用ieee80211_iface_work进一步调用ieee80211_sta_rx_queued_mgmt去处理。Beacon响应流程文档名称文档密级2007-04-27H3C机密，未经许可不得扩散第9页,共13页认证和关联wpa_s-drv_flags&WPA_DRIVER_FLAGS_SME1.true):sme_authenticate-wpa_driver_nl80211_authenticate...-cfg80211_mlme_auth2.false):wpa_drv_associate-wpa_driver_nl80211_connect...-cfg80211_mlme_auth上线过程流程：1.nl80211_connect2.cfg80211_connect（afterscanandhavebbs）3.cfg80211_conn_do_work4.__cfg80211_mlme_auth5.rdev-ops-auth(&rdev-wiphy,dev,&req);6.CallBackbyrxirq：7.ieee80