hostapd源代码分析（一）：网络接口和BSS的初始化

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原文连接：http://blog.csdn.net/qq_21949217/article/details/46004349

 　　最近在作一个基于OpenFlow 协议的无线AP 的项目，因而就分析了hostapd 的源代码，并在原有的基础上添加上咱们的代码。通过近半个月的调试和分析，算是基本上搞清楚了hostapd 的运做机制。鉴于网上对于hostapd 的具体资料甚是稀少，因此笔者在此整理学习笔记并在网上与各位读者分享，但愿能对读者们有帮助。若是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备IEEE 802.11 和良好C 语言的基础的假设上写的，所以，本文将直奔主题，对于IEEE 802.11 和C 代码细节将再也不赘述。  

       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，各位读者也能够参考。（http://w1.fi/wpa_supplicant/devel/）

1、几个重要的数据结构

        这次分析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（好比wlan0），hostapd_data 则描述一个BSS。这两个数据结构几乎贯穿全部的源代码，因此必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，主要有如下字段：
  •  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，主要有如下字段：
  • 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 实际上是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？个人答案是确定的——是的，只须要知道这么多。

2、hostapd 初始化

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

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， 这是对每一个网络接口（ 或者干脆叫物理网卡也行） 的初始化。而后找到hostapd_interface_init 的定义（大概从main.c 的第234 行开始），咱们看到了以下的一句话：

iface = hostapd_init(interfaces, config_fname);  

　　嗯，看来，真正的初始化工做是在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）。而后咱们再深一层的挖掘，找到hostapd_init 的定义（从src/ap/hostapd.c 的第1416 行起）。咱们先看那句

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

　　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。以后紧接着就是为每一个BSS 分配内存空间：

 1 hapd_iface->num_bss = conf->num_bss; //从配置信息中获取BSS 的个数  
 2 hapd_iface->bss = os_calloc(conf->num_bss, sizeof(struct hostapd_data *)); //分配BSS 列表空间  
 3 if (hapd_iface->bss == NULL) //内存空间分配失败  
 4     goto fail;  
 5 for (i = 0; i < conf->num_bss; i++) {  
 6     hapd = hapd_iface->bss[i] = hostapd_alloc_bss_data(hapd_iface, conf, conf->bss[i]); //初始化每一个BSS 数据结构  
 7     if (hapd == NULL) //内存空间分配失败  
 8         goto fail;  
 9     hapd->msg_ctx = hapd; //这句不知道啥意思，不过也无妨  
10 } 

OK，到这里，网络接口和每一个BSS 的基本初始化（即为它们分配内存）的工做结束了。回到main，跳转到第715 行，咱们看到了这句话：

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

从字面上理解，那就是“初始化每一个网络接口的驱动程序”和“设置每一个网络接口”。好吧，咱们先看hostapd_driver_init 函数是如何定义的。最关键的是在第185 行到第204 行。代码以下：

params.bssid = b; //BSSID  
params.ifname = hapd->conf->iface; //网络接口名称（好比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，我认可我也不清楚是干吗的……）  
params.own_addr = hapd->own_addr; //网络接口的MAC 地址  
hapd->drv_priv = hapd->driver->hapd_init(hapd, &params); //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？因为笔者分析的hostapd 是基于nl80211 的，因此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 在用户空间的工做原理，至于内核空间是如何工做的，不在本文讨论之列。有兴趣的读者能够查找有关Netlink 和mac80211 的资料。笔者之后也会推出关于mac80211 的学习笔记）。好了，驱动程序初始化完了，下面咱们看如何设置每一个网络接口。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：

1 /* 
2  * Make sure that all BSSes get configured with a pointer to the same 
3  * driver interface. 
4  */  
5 for (i = 1; i < iface->num_bss; i++) {  
6     iface->bss[i]->driver = hapd->driver;  
7     iface->bss[i]->drv_priv = hapd->drv_priv;  
8 }  

还好有注释，就是确保每一个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。而后直接看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？（ 程序做者真磨叽） 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。最后经过hostapd_setup_bss 函数配置每一个BSS 。那咱们就再看看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。这个函数须要两个参数，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（一般，第一个BSS 就是wlan0）。先看第一部分代码：

 1 if (!first || first == -1) { //此BSS 不是第一个BSS 的状况  
 2     if (hostapd_mac_comp_empty(conf->bssid) == 0) { //配置文件没有为此BSS 指定BSSID  
 3         /* Allocate the next available BSSID. */  
 4         do {  
 5             //将上一个BSS 的BSSID 增长1 作为这个BSS 的BSSID，而且反复这一步骤直到不与其余BSSID 重复为止  
 6             inc_byte_array(hapd->own_addr, ETH_ALEN);  
 7         } while (mac_in_conf(hapd->iconf, hapd->own_addr));  
 8     } else { //配置文件已经为此BSS 指定BSSID 的状况  
 9         /* Allocate the configured BSSID. */  
10         os_memcpy(hapd->own_addr, conf->bssid, ETH_ALEN);  
11         if (hostapd_mac_comp(hapd->own_addr, hapd->iface->bss[0]->own_addr) ==0) {  
12             wpa_printf(MSG_ERROR, "BSS '%s' may not have "  
13                 "BSSID set to the MAC address of "  
14                 "the radio", conf->iface);  
15             return -1;  
16         }  
17     }   
18     hapd->interface_added = 1; //不知道干吗的  
19     //在内核中为此BSS 建立一个interface（好比wlan0_0）  
20     if (hostapd_if_add(hapd->iface->bss[0], WPA_IF_AP_BSS,  
21             conf->iface, hapd->own_addr, hapd, &hapd->drv_priv, force_ifname, if_addr,  
22             conf->bridge[0] ? conf->bridge : NULL, first == -1)) {  
23         wpa_printf(MSG_ERROR, "Failed to add BSS (BSSID="  
24             MACSTR ")", MAC2STR(hapd->own_addr));  
25         hapd->interface_added = 0;  
26         return -1;  
27     }  
28 }  

再看第二部分：

1 …… //此部分是对这个BSS 的加密方式，SSID 等参数的设置  
2 //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至关于在终端下执行“ifconfig wlan0_0 up”命令）  
3 if (hapd->driver && hapd->driver->set_operstate)  
4     hapd->driver->set_operstate(hapd->drv_priv, 1);  
5 return 0;  

啊，终因而return 0 了。好了，从新回到main。至此，网络接口和每一个BSS 的初始化工做完成了。

未完待续……下一篇将详细讲解hostapd的工做机制。