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mac80211詳解

來源:千鋒教育
發布人:xqq
時間: 2023-11-21 03:39:03 1700509143

一、mac80211簡介

mac80211是Linux內核提供的一個完整的IEEE 802.11協議棧實現,它是Linux內核嵌入式系統中Wi-Fi無線網絡實現的必要組件。它提供了一個統一的接口讓上層應用和驅動程序使用,使得Wi-Fi無線網絡的實現更容易。它的核心部分包含了從數據鏈路層到物理層的基本功能,例如IEEE 802.11的接口、幀形成、發送、接收、解析、真實模擬和虛擬化等功能。它對DRIVER進行了重大改進,從而更有效地支持各種Wi-Fi芯片和無線設備,因此被廣泛應用于Linux內核的Wi-Fi驅動程序中。

二、mac80211特點

mac80211的主要特點如下:

1、統一的上層或用戶空間API接口

這意味著無論是使用工具還是從上層網絡功能實現或用戶空間,都是對相同的接口進行編程,這樣在不同的設備和應用程序之間切換時,避免了諸如改編碼和編譯不兼容等問題。

2、內核態和用戶態支持

mac80211允許以一種與其他Linux內核網絡協議一樣的方式使用它們,它還允許某些獨特的外部用戶空間資源,如wireshark,與設備驅動交互。此外,mac80211也允許用戶空間程序直接與無線網絡設備進行通信,從而提供了一種更靈活的操作方式。

3、軟件定義的無線紅色

mac80211提供一條分層架構,使得對一個給定的Wi-Fi設備編寫用戶空間程序,需要嵌入的代碼更少,更靈活。因此,通過一個Wi-Fi卡和mac80211,可以快速實現軟件定義的無線紅色。

4、高度可重用性的代碼庫

mac80211是一個高度可重用的重要代碼庫。許多與無線網絡協作相關的必要開發工作都可以在mac80211的框架、API接口和內部結構上直接實現,特別是針對最新的Wi-Fi硬件。

三、mac80211架構模型

mac80211的整體架構分為用戶空間、內核空間、硬件空間三個部分。

![mac80211架構模型圖](https://i.imgur.com/swBbLZt.png)

如上圖,在用戶空間,主要運行網絡管理程序如wpa_supplicant和network-manager(以及其他工具),用戶程序將與內核接口進行API,則渲染mac80211到內核空間的無線網絡請求,并處理從內核返回的請求。

內核空間包含了ioctl、IEEE80211堆棧、DRIVER和設備,它提供了一種以模塊化方式實現、可配置的協議棧。其中,DRIVER用于處理Wi-Fi設備與投遞來自用戶/網絡空間的數據包之間的交互;IEEE80211堆棧定義了整個無線協議和將在此處執行的各種操作(如數據包收發、網絡接口操作、事件處理等);字驅動程序增加了硬件層,負責實際的通信并與MAC層進行交互。所有這些組件都能實現開放式結構,用于滿足應用程序、網絡協議和驅動程序等各種需求。

硬件空間包括Wi-Fi芯片和無線適配器驅動程序(如acx)。無線適配器只是處理數據包的硬件,并負責與mac80211進行交互,以在內核空間中完成過程。

四、mac80211實例代碼


/* 初始化mac80211 */
static int __init ieee80211_init(void)
{
    int err;

    ieee80211_bss_init();
    ieee80211_sta_init();
    ieee80211_crypto_init();
    ieee80211_mesh_init();
    ieee80211_scan_init();
    ieee80211_p2p_init();
    ieee80211_hw_core_init();
    ieee80211_rate_control_register_algs();
    ieee80211_led_init();
    ieee80211_vif_init();
    ieee80211_key_mgmt_register_algs();

    err = ieee80211_register_hw(&led80211_hw);
    if (err)
        goto out_key_mgmt;
    err = ieee80211_register_hw(&rtl8xxxu_hw);
    if (err)
        goto out_key_mgmt;
    ...
}


/* 驅動發布數據報文 */
static netdev_tx_t rtl8xxxu_start_xmit(struct sk_buff *skb,
                    struct net_device *dev)
{
    struct ieee80211_hw *hw = priv->hw;
    struct rtl8xxxu_priv *priv = wdev_priv(wdev);
    struct ieee80211_tx_info *info = IEEE80211_SKB_CB(skb);
    struct ieee80211_tx_control ctrl = {
        .sta = info->control.sta,
        .vif = info->control.vif,
        .duration = info->control.duration
    };
    struct packet_type pt;

    /* 設置數據幀數據 */
    set_tx_desc(priv, skb, &ctrl, tx_desc);

    pt.func = rtl8xxxu_rx_packet;
    pt.type = cpu_to_le16(ETH_P_ALL);
    err = rtl8xxxu_write(skb);
    if (err < 0) {
        dev_kfree_skb(skb);
        return NETDEV_TX_OK;
    }
    ieee80211_tx_status_irqsafe(hw, skb);
    return NETDEV_TX_OK;
}

五、總結

本文簡單介紹了mac80211的特點和架構,并提供了相應的代碼實例,以幫助讀者快速了解和使用mac80211。mac80211的重要性在于它為Linux內核提供了一套完整的Wi-Fi無線網絡實現,為嵌入式系統的Wi-Fi應用提供了充足的自由,為新一代軟件無線電網絡提供了良好的基礎。

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