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。

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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）：》）

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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。