hostapd源代碼分析（三）：管理幀的收發和處理

這篇文章我來講解一下hostapd是如何處理IEEE 802.11管理幀的。我們知道，hostapd主要負責管理工作站（station）認證和接入。因此，它只處理管理幀(Management Frame)，並不處理數據幀。802.11的管理幀主要有信標幀(beacon)、探測請求幀（probe request)、探測迴應幀（probe response）、請求認證幀（authentication request）、認證迴應幀（authentication response）、請求關聯幀（association request）和關聯迴應幀（association response）等。hostapd在初始化的階段，會將無線網卡轉換爲AP模式，並且建立監視接口（Monitor Interface，一般是mon.wlan0），這個監視接口主要負責接收802.11管理幀。內核收到管理幀後，就會把它送回用戶空間的hostapd來處理。

一、建立監視接口

基於nl80211驅動的hostapd在初始化的時候，會調用位於src/driver/driver_nl80211.c的nl80211_create_monitor_interface來建立監視接口。

drv->monitor_ifidx = nl80211_create_iface(drv, buf, NL80211_IFTYPE_MONITOR, NULL, 0, NULL, NULL, 0); //通過Netlink通知內核新建一個監視接口

監視接口建立以後，通過socket來接收原始幀，並把socket註冊到event loop中（關於event loop，請參考《hostapd源代碼分析（二）：》）

//建立原始套接字
drv->monitor_sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
...
//把原始套接字的描述符和回調函數handle_monitor_read註冊到event loop
if (eloop_register_read_sock(drv->monitor_sock, handle_monitor_read, drv, NULL)) {
    wpa_printf(MSG_INFO, "nl80211: Could not register monitor read socket");
    goto error;
}

二、接收和處理管理幀

當原始套接字接收到802.11管理幀後，會調用handle_monitor_read來進一步處理。handle_monitor_read中，會根據Rx或者Tx標誌來調用handle_frame或者handle_tx_callback函數來處理。根據我的理解和分析，一般handle_frame處理“請求”幀，比如probe request幀，authentication request幀，等等；handle_tx_callback一般用來處理“迴應”幀，比如，authentication response幀，association response幀等。handle_monitor_read函數的部分代碼如下。

len = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0); //讀取從原始套接字接收的幀
...
while (1) {
    ret = ieee80211_radiotap_iterator_next(&iter); //抽取radiotap報頭
    if (ret == -ENOENT)
        break;
    if (ret) {
        wpa_printf(MSG_INFO, "nl80211: received invalid radiotap frame (%d)", ret);
        return;
    }
    switch (iter.this_arg_index) {
    case IEEE80211_RADIOTAP_FLAGS:
        if (*iter.this_arg & IEEE80211_RADIOTAP_F_FCS)
            len -= 4;
        break;
    case IEEE80211_RADIOTAP_RX_FLAGS: //接收(Rx)幀（一般是“請求幀”）
        rxflags = 1;
        break;
    case IEEE80211_RADIOTAP_TX_FLAGS: //發送(Tx)幀（一般是“迴應幀”）
        injected = 1;
        failed = le_to_host16((*(uint16_t *) iter.this_arg)) & IEEE80211_RADIOTAP_F_TX_FAIL;
        break;
    case IEEE80211_RADIOTAP_DATA_RETRIES:
        break;
    case IEEE80211_RADIOTAP_CHANNEL:
        /* TODO: convert from freq/flags to channel number */
        break;
    case IEEE80211_RADIOTAP_RATE:
        datarate = *iter.this_arg * 5;
        break;
    case IEEE80211_RADIOTAP_DBM_ANTSIGNAL:
        ssi_signal = (s8) *iter.this_arg;
        break;
    }
}

if (rxflags && injected)
     return;

if (!injected)
    handle_frame(drv, buf + iter._max_length, len - iter._max_length, datarate, ssi_signal); //處理“請求幀”
else
    handle_tx_callback(drv->ctx, buf + iter._max_length, len - iter._max_length, !failed); //處理“發送幀”
}

然後，進入handle_frame後，再調用wpa_supplicant_event（位於src/ap/drv_callbacks.c）來進一步處理。對於“請求幀”，會調用hostapd_mgmt_rx（位於src/ap/drv_callbacks.c）。hostapd_mgmt_rx的代碼如下：

static int hostapd_mgmt_rx(struct hostapd_data *hapd, struct rx_mgmt *rx_mgmt)
{
    struct hostapd_iface *iface = hapd->iface;
    const struct ieee80211_hdr *hdr;
    const u8 *bssid;
    struct hostapd_frame_info fi;
    int ret;

    hdr = (const struct ieee80211_hdr *) rx_mgmt->frame;
    bssid = get_hdr_bssid(hdr, rx_mgmt->frame_len); //獲取該幀所屬的BSSID
    if (bssid == NULL)
        return 0;

    hapd = get_hapd_bssid(iface, bssid); //根據BSSID獲取相應的BSS
    if (hapd == NULL) { //相應的BSS不存在，則拋棄不處理。
        u16 fc;
        fc = le_to_host16(hdr->frame_control);

        /*
         * Drop frames to unknown BSSIDs except for Beacon frames which
         * could be used to update neighbor information.
         */
        if (WLAN_FC_GET_TYPE(fc) == WLAN_FC_TYPE_MGMT &&
            WLAN_FC_GET_STYPE(fc) == WLAN_FC_STYPE_BEACON)
            hapd = iface->bss[0];
        else
            return 0;
    }

    os_memset(&fi, 0, sizeof(fi));
    fi.datarate = rx_mgmt->datarate;
    fi.ssi_signal = rx_mgmt->ssi_signal;

    if (hapd == HAPD_BROADCAST) { //廣播幀
        size_t i;
        ret = 0;
                //將廣播幀發送給每一個BSS
        for (i = 0; i < iface->num_bss; i++) {
            /* if bss is set, driver will call this function for
             * each bss individually. */
            if (rx_mgmt->drv_priv &&
                (iface->bss[i]->drv_priv != rx_mgmt->drv_priv))
                continue;

            if (ieee802_11_mgmt(iface->bss[i], rx_mgmt->frame,
                        rx_mgmt->frame_len, &fi) > 0)
                ret = 1;
        }
    } else //單播幀
        ret = ieee802_11_mgmt(hapd, rx_mgmt->frame, rx_mgmt->frame_len,
                      &fi);

    random_add_randomness(&fi, sizeof(fi));

    return ret;
}

接下來，繼續調用ieee802_11_mgmt（位於src/ap/ieee80211.c），根據具體的幀來執行相應的操作。