hostapd源代碼分析（一）：網絡接口和BSS的初始化

【轉】hostapd源代碼分析（一）：網絡接口和BSS的初始化

原文鏈接：http://blog.csdn.net/qq_21949217/article/details/46004349

 　　最近在做一個基於OpenFlow 協議的無線AP 的項目，於是就分析了hostapd 的源代碼，並在原有的基礎上添加上我們的代碼。經過近半個月的調試和分析，算是基本上搞清楚了hostapd 的運作機制。鑒於網上對於hostapd 的具體資料甚是稀少，所以筆者在此整理學習筆記並在網上與各位讀者分享，希望能對讀者們有幫助。如果有分析不恰當或者錯誤的地方，也歡迎各位指正。另外，本文是在讀者已經具有IEEE 802.11 和良好C 語言的基礎的假設上寫的，因此，本文將直奔主題，對於IEEE 802.11 和C 代碼細節將不再贅述。  

       還有，筆者在分析hostapd 源代碼的時候，hostapd/supplicant 開發文檔也提供了大量的有用信息，各位讀者也可以參考。（http://w1.fi/wpa_supplicant/devel/）

一、幾個重要的數據結構

        此次分析hostapd 源代碼，發現了其中出現頻率最高的兩個數據結構——struct hostapd_iface 和struct hostapd_data。其實很簡單，hostapd_iface 結構體描述了一個物理接口（比如wlan0），hostapd_data 則描述一個BSS。這兩個數據結構幾乎貫穿所有的源代碼，所以一定要搞清楚這兩個數據結構。

• struct hostapd_iface (src/ap/hostapd.h)。在這個數據結構中，主要有以下字段：
  •  struct hostapd_config： 保存對網絡接口的配置（從配置文件hostapd.conf中加載）
  •  sizt_t num_bss： 此接口下轄的BSS 個數
  • struct hostapd_data **bss：BSS 列表，描述各BSS 的配置
• struct hostapd_data (src/ap/hostapd.h)。在這個數據結構中，主要有以下字段：
  • struct hostapd_bss_config *conf：保存BSS 的配置信息（從配置文件hostapd.conf 中加載）
  •  u8 own_addr[ETH_ALEN]：表示此BSS 的BSSID （ETH_ALEN 為6，u8 其實是unsigned char）
  • struct wpa_driver_ops *driver：指向一組驅動程序接口，用來和內核交互。（這里是用的nl80211）　　

　　說到這里，也許有人會問，實際源文件中有數十個字段，難道只知道這些就足夠了嗎？我的答案是肯定的——是的，只需要知道這么多。

二、hostapd 初始化

 　　首先，我們打開hostapd/main.c，並找到主程序入口main()。直接跳轉到大概659 行。看到如下代碼：

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;  
    }  
}  

　　很明顯， 這是對每個網絡接口（ 或者干脆叫物理網卡也行） 的初始化。然后找到hostapd_interface_init 的定義（大概從main.c 的第234 行開始），我們看到了如下的一句話：

iface = hostapd_init(interfaces, config_fname);  

　　嗯，看來，真正的初始化工作是在hostapd_init 函數中進行，並返回一個描述網絡接口的結構體（struct hostapd_iface）。然后我們再深一層的挖掘，找到hostapd_init 的定義（從src/ap/hostapd.c 的第1416 行起）。我們先看那句

conf = interfaces->config_read_cb(hapd_iface->config_file);</span>  

　　這個其實就是讀取hostapd 的配置文件hostapd.conf 中的配置信息，並保存到hostapd_conf的結構體中去。之后緊接着就是為每個BSS 分配內存空間：

hapd_iface->num_bss = conf->num_bss; //從配置信息中獲取BSS 的個數  
hapd_iface->bss = os_calloc(conf->num_bss, sizeof(struct hostapd_data *)); //分配BSS 列表空間  
if (hapd_iface->bss == NULL) //內存空間分配失敗  
    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]); //初始化每個BSS 數據結構  
    if (hapd == NULL) //內存空間分配失敗  
        goto fail;  
    hapd->msg_ctx = hapd; //這句不知道啥意思，不過也無妨  
} 

OK，到這里，網絡接口和每個BSS 的基本初始化（即為它們分配內存）的工作結束了。回到main，跳轉到第715 行，我們看到了這句話：

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

從字面上理解，那就是“初始化每個網絡接口的驅動程序”和“設置每個網絡接口”。好吧，我們先看hostapd_driver_init 函數是如何定義的。最關鍵的是在第185 行到第204 行。代碼如下：

params.bssid = b; //BSSID  
params.ifname = hapd->conf->iface; //網絡接口名稱（比如wlan0）  
params.ssid = hapd->conf->ssid.ssid; //SSID  
params.ssid_len = hapd->conf->ssid.ssid_len; //SSID 長度  
…………（這部分不重要。好吧，我承認我也不清楚是干嘛的……）  
params.own_addr = hapd->own_addr; //網絡接口的MAC 地址  
hapd->drv_priv = hapd->driver->hapd_init(hapd, &params); //將以上參數傳遞給驅動程序  

那么，問題來了，hapd_init 是怎么定義的呢？由於筆者分析的hostapd 是基於nl80211 的，所以hapd_init 指向nl80211 的初始化函數i802_init（定義在src/drivers/nl80211_driver.c 中，本文只分析hostapd 在用戶空間的工作原理，至於內核空間是如何工作的，不在本文討論之列。有興趣的讀者可以查找有關Netlink 和mac80211 的資料。筆者以后也會推出關於mac80211 的學習筆記）。好了，驅動程序初始化完了，下面我們看如何設置每個網絡接口。hostapd_setup_interface 函數定義在src/ap/hostapd.c，打開這個文件，跳到大概1315 行，里面就一句setup_interface……好吧，找到大概第1040 行，就是這個函數的定義。里面有一段話是這么說的：

/* 
 * 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;  
}  

還好有注釋，就是確保每個BSS 都使用和物理網卡（我喜歡稱呼BSS 為虛擬網卡）同一套驅動程序接口。然后直接看return 吧，哎？怎么又有個setup_interface2？好吧，去看看setup_interface2 是怎么回事……找到大概第1113 行，就是它的定義了。這里面主要是設置網卡的硬件模式（ a,g,n 等等）， 再看return ， 我去， 咋還有個hostapd_setup_interface_complete 呢？（ 程序作者真磨嘰） 好吧，既然說了complete，那應該就是最后一步了吧？那我就硬着頭皮繼續看看——跳到大概1162 行，就找到了它的定義。這個過程里面主要是設置網卡的信道，速率（根據硬件模式），RTS 參數等等。最后通過hostapd_setup_bss 函數配置每個BSS 。那我們就再看看hostapd_setup_bss 是怎么個回事吧（ 無語） — — 再跳到大概687 行， 就找到了hostapd_setup_bss 的定義。這個函數需要兩個參數，第一個是hostapd_data 結構體，描述一個BSS 的配置信息，第二個參數first 則用來表示這個BSS 是否為第一個BSS（通常，第一個BSS 就是wlan0）。先看第一部分代碼：

if (!first || first == -1) { //此BSS 不是第一個BSS 的情況  
    if (hostapd_mac_comp_empty(conf->bssid) == 0) { //配置文件沒有為此BSS 指定BSSID  
        /* Allocate the next available BSSID. */  
        do {  
            //將上一個BSS 的BSSID 增加1 做為這個BSS 的BSSID，並且反復這一步驟直到不與其他BSSID 重復為止  
            inc_byte_array(hapd->own_addr, ETH_ALEN);  
        } while (mac_in_conf(hapd->iconf, hapd->own_addr));  
    } else { //配置文件已經為此BSS 指定BSSID 的情況  
        /* 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  
    //在內核中為此BSS 創建一個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：

…… //此部分是對這個BSS 的加密方式，SSID 等參數的設置  
//將這個BSS 的interface 激活。（假設這個BSS 的interface 為wlan0_0 的話，那么這句話的意思就相當於在終端下執行“ifconfig wlan0_0 up”命令）  
if (hapd->driver && hapd->driver->set_operstate)  
    hapd->driver->set_operstate(hapd->drv_priv, 1);  
return 0;  

啊，終於是return 0 了。好了，重新回到main。至此，網絡接口和每個BSS 的初始化工作完成了。

未完待續……下一篇將詳細講解hostapd的工作機制。