hostapd源代码分析（一）：网络接口和BSS的初始化

      最近在做一个基于OpenFlow 协议的无线AP 的项目，于是就分析了hostapd 的源代码，并在原有的基础上添加上我们的代码。经过近半个月的调试和分析，算是基本上搞清楚了hostapd 的运作机制。鉴于网上对于hostapd 的具体资料甚是稀少，所以笔者在此整理学习笔记并在网上与各位读者分享，希望能对读者们有帮助。如果有分析不恰当或者错误的地方，也欢迎各位指正。另外，本文是在读者已经具有IEEE
802.11 和良好C 语言的基础的假设上写的，因此，本文将直奔主题，对于IEEE 802.11 和C 代码细节将不再赘述。  

        还有，笔者在分析hostapd 源代码的时候，hostapd/supplicant 开发文档也提供了大量的有用信息，各位读者也可以参考。（http://w1.fi/wpa_supplicant/devel/）

一、几个重要的数据结构

        此次分析hostapd 源代码，发现了其中出现频率最高的两个数据结构——struct hostapd_iface 和struct hostapd_data。其实很简单，hostapd_iface 结构体描述了一个物理接口（比如wlan0），hostapd_data 则描述一个BSS。这两个数据结构几乎贯穿所有的源代码，所以一定要搞清楚这两个数据结构。

•  struct hostapd_iface (src/ap/hostapd.h)。在这个数据结构中，主要有以下字段：
  •  struct hostapd_config： 保存对网络接口的配置（从配置文件hostapd.conf中加载）
  •  sizt_t num_bss： 此接口下辖的BSS 个数
  •  struct hostapd_data **bss：BSS 列表，描述各BSS 的配置

•  struct hostapd_data (src/ap/hostapd.h)。在这个数据结构中，主要有以下字段：
  •  struct hostapd_bss_config *conf：保存BSS 的配置信息（从配置文件hostapd.conf 中加载）
  •  u8 own_addr[ETH_ALEN]：表示此BSS 的BSSID （ETH_ALEN 为6，u8 其实是unsigned char）
  •  struct wpa_driver_ops *driver：指向一组驱动程序接口，用来和内核交互。（这里是用的nl80211）

说到这里，也许有人会问，实际源文件中有数十个字段，难道只知道这些就足够了吗？我的答案是肯定的——是的，只需要知道这么多。

二、hostapd 初始化

         首先，我们打开hostapd/main.c，并找到主程序入口main()。直接跳转到大概659 行。看到如下代码：

 for (i = 0; i < interfaces.count; i++) {
     interfaces.iface[i] = hostapd_interface_init(&interfaces,argv[optind + i],debug);
     if (!interfaces.iface[i]) {
         wpa_printf(MSG_ERROR, "Failed to initialize interface");
         goto out;
     }
 }

很明显， 这是对每个网络接口（ 或者干脆叫物理网卡也行） 的初始化。然后找到hostapd_interface_init 的定义（大概从main.c 的第234 行开始），我们看到了如下的一句话：

 iface = hostapd_init(interfaces, config_fname);

嗯，看来，真正的初始化工作是在hostapd_init 函数中进行，并返回一个描述网络接口的结构体（struct hostapd_iface）。然后我们再深一层的挖掘，找到hostapd_init 的定义（从src/ap/hostapd.c 的第1416 行起）。我们先看那句

 conf = interfaces->config_read_cb(hapd_iface->config_file);

这个其实就是读取hostapd 的配置文件hostapd.conf 中的配置信息，并保存到hostapd_conf的结构体中去。之后紧接着就是为每个BSS 分配内存空间：

 hapd_iface->num_bss = conf->num_bss; //从配置信息中获取BSS 的个数
 hapd_iface->bss = os_calloc(conf->num_bss, sizeof(struct hostapd_data *)); //分配BSS 列表空间
 if (hapd_iface->bss == NULL) //内存空间分配失败
     goto fail;
 for (i = 0; i < conf->num_bss; i++) {
     hapd = hapd_iface->bss[i] = hostapd_alloc_bss_data(hapd_iface, conf, conf->bss[i]); //初始化每个BSS 数据结构
     if (hapd == NULL) //内存空间分配失败
         goto fail;
     hapd->msg_ctx = hapd; //这句不知道啥意思，不过也无妨
 }

OK，到这里，网络接口和每个BSS 的基本初始化（即为它们分配内存）的工作结束了。回到main，跳转到第715 行，我们看到了这句话：

 if (hostapd_driver_init(interfaces.iface[i])|| hostapd_setup_interface(interfaces.iface[i]))
     goto out;

从字面上理解，那就是“初始化每个网络接口的驱动程序”和“设置每个网络接口”。好吧，我们先看hostapd_driver_init 函数是如何定义的。最关键的是在第185 行到第204 行。代码如下：

 params.bssid = b; //BSSID
 params.ifname = hapd->conf->iface; //网络接口名称（比如wlan0）
 params.ssid = hapd->conf->ssid.ssid; //SSID
 params.ssid_len = hapd->conf->ssid.ssid_len; //SSID 长度
 …………（这部分不重要。好吧，我承认我也不清楚是干嘛的……）
 params.own_addr = hapd->own_addr; //网络接口的MAC 地址
 hapd->drv_priv = hapd->driver->hapd_init(hapd, ¶ms); //将以上参数传递给驱动程序

那么，问题来了，hapd_init 是怎么定义的呢？由于笔者分析的hostapd 是基于nl80211 的，所以hapd_init 指向nl80211 的初始化函数i802_init（定义在src/drivers/nl80211_driver.c 中，本文只分析hostapd 在用户空间的工作原理，至于内核空间是如何工作的，不在本文讨论之列。有兴趣的读者可以查找有关Netlink 和mac80211 的资料。笔者以后也会推出关于mac80211 的学习笔记）。好了，驱动程序初始化完了，下面我们看如何设置每个网络接口。hostapd_setup_interface 函数定义在src/ap/hostapd.c，打开这个文件，跳到大概1315 行，里面就一句setup_interface……好吧，找到大概第1040 行，就是这个函数的定义。里面有一段话是这么说的：

 /*
  * Make sure that all BSSes get configured with a pointer to the same
  * driver interface.
  */
 for (i = 1; i < iface->num_bss; i++) {
     iface->bss[i]->driver = hapd->driver;
     iface->bss[i]->drv_priv = hapd->drv_priv;
 }

还好有注释，就是确保每个BSS 都使用和物理网卡（我喜欢称呼BSS 为虚拟网卡）同一套驱动程序接口。然后直接看return 吧，哎？怎么又有个setup_interface2？好吧，去看
看setup_interface2 是怎么回事……找到大概第1113 行，就是它的定义了。这里面主要是设置网卡的硬件模式（ a,g,n 等等）， 再看return ， 我去， 咋还有个hostapd_setup_interface_complete 呢？（ 程序作者真磨叽） 好吧，既然说了complete，那应该就是最后一步了吧？那我就硬着头皮继续看看——跳到大概1162 行，就找到了它的定义。这个过程里面主要是设置网卡的信道，速率（根据硬件模式），RTS 参数等等。最后通过hostapd_setup_bss 函数配置每个BSS 。那我们就再看看
hostapd_setup_bss 是怎么个回事吧（ 无语） — — 再跳到大概687 行， 就找到了hostapd_setup_bss 的定义。这个函数需要两个参数，第一个是hostapd_data 结构
体，描述一个BSS 的配置信息，第二个参数first 则用来表示这个BSS 是否为第一个BSS（通常，第一个BSS 就是wlan0）。先看第一部分代码：

 if (!first || first == -1) { //此BSS 不是第一个BSS 的情况
     if (hostapd_mac_comp_empty(conf->bssid) == 0) { //配置文件没有为此BSS 指定BSSID
         /* Allocate the next available BSSID. */
         do {
             //将上一个BSS 的BSSID 增加1 做为这个BSS 的BSSID，并且反复这一步骤直到不与其他BSSID 重复为止
             inc_byte_array(hapd->own_addr, ETH_ALEN);
         } while (mac_in_conf(hapd->iconf, hapd->own_addr));
     } else { //配置文件已经为此BSS 指定BSSID 的情况
         /* Allocate the configured BSSID. */
         os_memcpy(hapd->own_addr, conf->bssid, ETH_ALEN);
         if (hostapd_mac_comp(hapd->own_addr, hapd->iface->bss[0]->own_addr) ==0) {
             wpa_printf(MSG_ERROR, "BSS '%s' may not have "
                 "BSSID set to the MAC address of "
                 "the radio", conf->iface);
             return -1;
         }
     }
     hapd->interface_added = 1; //不知道干嘛的
     //在内核中为此BSS 创建一个interface（比如wlan0_0）
     if (hostapd_if_add(hapd->iface->bss[0], WPA_IF_AP_BSS,
             conf->iface, hapd->own_addr, hapd, &hapd->drv_priv, force_ifname, if_addr,
             conf->bridge[0] ? conf->bridge : NULL, first == -1)) {
         wpa_printf(MSG_ERROR, "Failed to add BSS (BSSID="
             MACSTR ")", MAC2STR(hapd->own_addr));
         hapd->interface_added = 0;
         return -1;
     }
 }

再看第二部分：

 …… //此部分是对这个BSS 的加密方式，SSID 等参数的设置
 //将这个BSS 的interface 激活。（假设这个BSS 的interface 为wlan0_0 的话，那么这句话的意思就相当于在终端下执行“ifconfig wlan0_0 up”命令）
 if (hapd->driver && hapd->driver->set_operstate)
     hapd->driver->set_operstate(hapd->drv_priv, 1);
 return 0;

啊，终于是return 0 了。好了，重新回到main。至此，网络接口和每个BSS 的初始化工作完成了。

未完待续……下一篇将详细讲解hostapd的工作机制。