hostapd源代码分析(三):管理帧的收发和处理

这篇文章我来讲解一下hostapd是如何处理IEEE 802.11管理帧的。我们知道,hostapd主要负责管理工作站(station)认证和接入。因此,它只处理管理帧(Management Frame),并不处理数据帧。802.11的管理帧主要有信标帧(beacon)、探测请求帧(probe request)、探测回应帧(probe response)、请求认证帧(authentication request)、认证回应帧(authentication response)、请求关联帧(association request)和关联回应帧(association response)等。hostapd在初始化的阶段,会将无线网卡转换为AP模式,并且建立监视接口(Monitor Interface,一般是mon.wlan0),这个监视接口主要负责接收802.11管理帧。内核收到管理帧后,就会把它送回用户空间的hostapd来处理。


一、建立监视接口


基于nl80211驱动的hostapd在初始化的时候,会调用位于src/driver/driver_nl80211.c的nl80211_create_monitor_interface来建立监视接口。

[cpp]  view plain copy
  1. drv->monitor_ifidx = nl80211_create_iface(drv, buf, NL80211_IFTYPE_MONITOR, NULL, 0, NULL, NULL, 0); //通过Netlink通知内核新建一个监视接口  
监视接口建立以后,通过socket来接收原始帧,并把socket注册到event loop中(关于event loop,请参考《hostapd源代码分析(二):》)

[cpp]  view plain copy
  1. //建立原始套接字  
  2. drv->monitor_sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));  
  3. ...  
  4. //把原始套接字的描述符和回调函数handle_monitor_read注册到event loop  
  5. if (eloop_register_read_sock(drv->monitor_sock, handle_monitor_read, drv, NULL)) {  
  6.     wpa_printf(MSG_INFO, "nl80211: Could not register monitor read socket");  
  7.     goto error;  
  8. }  


二、接收和处理管理帧


当原始套接字接收到802.11管理帧后,会调用handle_monitor_read来进一步处理。handle_monitor_read中,会根据Rx或者Tx标志来调用handle_frame或者handle_tx_callback函数来处理。根据我的理解和分析,一般handle_frame处理“请求”帧,比如probe request帧,authentication request帧,等等;handle_tx_callback一般用来处理“回应”帧,比如,authentication response帧,association response帧等。handle_monitor_read函数的部分代码如下。

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  1. len = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0); //读取从原始套接字接收的帧  
  2. ...  
  3. while (1) {  
  4.     ret = ieee80211_radiotap_iterator_next(&iter); //抽取radiotap报头  
  5.     if (ret == -ENOENT)  
  6.         break;  
  7.     if (ret) {  
  8.         wpa_printf(MSG_INFO, "nl80211: received invalid radiotap frame (%d)", ret);  
  9.         return;  
  10.     }  
  11.     switch (iter.this_arg_index) {  
  12.     case IEEE80211_RADIOTAP_FLAGS:  
  13.         if (*iter.this_arg & IEEE80211_RADIOTAP_F_FCS)  
  14.             len -= 4;  
  15.         break;  
  16.     case IEEE80211_RADIOTAP_RX_FLAGS: //接收(Rx)帧(一般是“请求帧”)  
  17.         rxflags = 1;  
  18.         break;  
  19.     case IEEE80211_RADIOTAP_TX_FLAGS: //发送(Tx)帧(一般是“回应帧”)  
  20.         injected = 1;  
  21.         failed = le_to_host16((*(uint16_t *) iter.this_arg)) & IEEE80211_RADIOTAP_F_TX_FAIL;  
  22.         break;  
  23.     case IEEE80211_RADIOTAP_DATA_RETRIES:  
  24.         break;  
  25.     case IEEE80211_RADIOTAP_CHANNEL:  
  26.         /* TODO: convert from freq/flags to channel number */  
  27.         break;  
  28.     case IEEE80211_RADIOTAP_RATE:  
  29.         datarate = *iter.this_arg * 5;  
  30.         break;  
  31.     case IEEE80211_RADIOTAP_DBM_ANTSIGNAL:  
  32.         ssi_signal = (s8) *iter.this_arg;  
  33.         break;  
  34.     }  
  35. }  
  36.   
  37. if (rxflags && injected)  
  38.      return;  
  39.   
  40. if (!injected)  
  41.     handle_frame(drv, buf + iter._max_length, len - iter._max_length, datarate, ssi_signal); //处理“请求帧”  
  42. else  
  43.     handle_tx_callback(drv->ctx, buf + iter._max_length, len - iter._max_length, !failed); //处理“发送帧”  
  44. }  

然后,进入handle_frame后,再调用wpa_supplicant_event(位于src/ap/drv_callbacks.c)来进一步处理。对于“请求帧”,会调用hostapd_mgmt_rx(位于src/ap/drv_callbacks.c)。hostapd_mgmt_rx的代码如下:

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  1. static int hostapd_mgmt_rx(struct hostapd_data *hapd, struct rx_mgmt *rx_mgmt)  
  2. {  
  3.     struct hostapd_iface *iface = hapd->iface;  
  4.     const struct ieee80211_hdr *hdr;  
  5.     const u8 *bssid;  
  6.     struct hostapd_frame_info fi;  
  7.     int ret;  
  8.   
  9.     hdr = (const struct ieee80211_hdr *) rx_mgmt->frame;  
  10.     bssid = get_hdr_bssid(hdr, rx_mgmt->frame_len); //获取该帧所属的BSSID  
  11.     if (bssid == NULL)  
  12.         return 0;  
  13.   
  14.     hapd = get_hapd_bssid(iface, bssid); //根据BSSID获取相应的BSS  
  15.     if (hapd == NULL) { //相应的BSS不存在,则抛弃不处理。  
  16.         u16 fc;  
  17.         fc = le_to_host16(hdr->frame_control);  
  18.   
  19.         /* 
  20.          * Drop frames to unknown BSSIDs except for Beacon frames which 
  21.          * could be used to update neighbor information. 
  22.          */  
  23.         if (WLAN_FC_GET_TYPE(fc) == WLAN_FC_TYPE_MGMT &&  
  24.             WLAN_FC_GET_STYPE(fc) == WLAN_FC_STYPE_BEACON)  
  25.             hapd = iface->bss[0];  
  26.         else  
  27.             return 0;  
  28.     }  
  29.   
  30.     os_memset(&fi, 0, sizeof(fi));  
  31.     fi.datarate = rx_mgmt->datarate;  
  32.     fi.ssi_signal = rx_mgmt->ssi_signal;  
  33.   
  34.     if (hapd == HAPD_BROADCAST) { //广播帧  
  35.         size_t i;  
  36.         ret = 0;  
  37.                 //将广播帧发送给每一个BSS  
  38.         for (i = 0; i < iface->num_bss; i++) {  
  39.             /* if bss is set, driver will call this function for 
  40.              * each bss individually. */  
  41.             if (rx_mgmt->drv_priv &&  
  42.                 (iface->bss[i]->drv_priv != rx_mgmt->drv_priv))  
  43.                 continue;  
  44.   
  45.             if (ieee802_11_mgmt(iface->bss[i], rx_mgmt->frame,  
  46.                         rx_mgmt->frame_len, &fi) > 0)  
  47.                 ret = 1;  
  48.         }  
  49.     } else //单播帧  
  50.         ret = ieee802_11_mgmt(hapd, rx_mgmt->frame, rx_mgmt->frame_len,  
  51.                       &fi);  
  52.   
  53.     random_add_randomness(&fi, sizeof(fi));  
  54.   
  55.     return ret;  
  56. }  
接下来,继续调用ieee802_11_mgmt(位于src/ap/ieee80211.c),根据具体的帧来执行相应的操作。


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