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Linux Wlan 无线网络驱动开发-scan协议全流程详解

news 2025/7/26 20:25:42

任务

  • 下面我们将用应用层下发 iwlist wlan1 scan 来进行扫描协议（管理帧）的学习

扫描协议标准（有点枯燥）

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如下是翻译
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实战内容分为三个内容流程

  1. 无线驱动注册相关流程
  2. iwlist工具调用扫描发送 probe req流程
  3. probe req发出后，接收到probe rsp后的列表返回
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三种类型包明确
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扫描类型

802.11 定义了两种扫描方式

  • 主动扫描（Active Scanning）
    设备发送 Probe Request 帧（探测请求），附近的 AP（接入点）收到后回复 Probe Response（探测响应）
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  • 被动扫描（Passive Scanning）
    设备仅监听 AP 定期广播的 Beacon 帧（信标帧），不主动发送请求
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那我们现在只考虑主动扫描（Active Scanning）的情况

无线wifi的扫描在不同操作系统的分布

在 Linux 和 FreeBSD 操作系统中，Wi-Fi 扫描功能 的实现归属于不同的子系统，但都遵循 IEEE 802.11 协议

  • Linux 系统中的 Wi-Fi 扫描 归属组件：cfg80211 + mac80211
  • FreeBSD 系统中的 Wi-Fi 扫描 归属组件：net80211
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无线wifi的扫描也算无线协议的一部分吗？

  • 对，wifi扫描（Scanning）是 IEEE 802.11无线协议的核心功能之一，属于无线网络通信的标准流程。它的主要作用是帮助无线设备（如手机、笔记本电脑）发现周围的可用网络，并获取关键参数（如信道、信号强度、安全方式等），以便后续的连接或优化

基础概念

  • 驱动路径：linux-5.10.x/drivers/net/wireless
  • 驱动包含文件夹
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    core：驱动核心实现，实现802.11帧构造/解析、加密算法、硬件抽象接口等等
    include：头文件集合，包含公共API、硬件寄存器、协议定义等等
    os_dep：操作系统适配层，包含Linux设备注册（register_netdev）、ioctl命令转换等等
    phl：协议硬件抽象层（PHY & MAC High Layer）等等
    platform：平台相关代码包含SoC集成、电源管理、外设控制：SDIO/USB接口等等
    profiling：性能分析工具
    script： 构建与自动化脚本
调用链

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前面已经有了基础的观念框架，下面我们就开始实战分析

协议分析（包含驱动注册和初始化流程，但是只关注wifi扫描协议相关流程）

驱动和数据包处理函数注册

  1. 初始化 PCIe 无线网卡驱动，注册必要的内核接口和资源
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  2. 设备探测
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  3. 包含硬件初始化和数据包处理
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  4. 核心接收数据包处理函数 rtw_core_rx_process
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  5. 对管理帧进行处理
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  6. 管理帧（Management Frame）分发器函数 mgt_dispatcher，主要用于处理接收到的 Wi-Fi 管理帧
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iwlist wlan1 scan 命令下发 ioctl 流程

  1. 为设备对象分配并注册 OS 层网络设备及相关结构
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  2. cfg80211 资源分配
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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  3. 默认使用驱动常规的cfg80211操作集
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  4. 注册的ioctl扫描函数
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  5. 扫描操作回调函数集合，调用到驱动扫描
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  6. 构造并发送 Probe Request（探测请求帧）
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  7. 发送帧
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_issue_probereq 的核心作用是根据扫描需求构造符合 802.11 规范的 Probe Request 帧，并通过硬件发送，我们这里对扫描协议进行详细的解释

int _issue_probereq(_adapter *padapter, const NDIS_802_11_SSID *pssid, const u8 *da, u8 ch, bool append_wps, int wait_ack)//构造并发送 Probe Request 帧
{int ret = _FAIL;struct xmit_frame		*pmgntframe;// 管理帧发送结构体（存储帧数据和属性struct pkt_attrib		*pattrib;// 帧属性（长度、序列号、速率等）unsigned char			*pframe;// 帧数据缓冲区指针struct rtw_ieee80211_hdr	*pwlanhdr;// 802.11帧头结构体unsigned short		*fctrl;unsigned char			*mac;unsigned char			bssrate[NumRates];struct xmit_priv		*pxmitpriv = &(padapter->xmitpriv);struct mlme_priv *pmlmepriv = &(padapter->mlmepriv);struct mlme_ext_priv	*pmlmeext = &(padapter->mlmeextpriv);int	bssrate_len = 0;u8	bc_addr[] = {0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff};
#ifdef CONFIG_RTW_CFGVENDOR_RANDOM_MAC_OUIstruct rtw_wdev_priv *pwdev_priv = adapter_wdev_data(padapter);
#endif#ifdef CONFIG_PROBEREQ_ADD_HT_VHT_HEu8 *p;_adapter *pri_adapter = GET_PRIMARY_ADAPTER(padapter);struct mlme_ext_priv	*pri_pmlmeext = &(pri_adapter->mlmeextpriv);struct mlme_ext_info	*pri_pmlmeinfo = &(pri_pmlmeext->mlmext_info);WLAN_BSSID_EX *pri_cur_network = &(pri_pmlmeinfo->network);u8 *ie = pri_cur_network->IEs;uint ie_len = 0;
#endif// 检查射频是否被信道等待阻塞（如DFS信道检测中，需等待完成才能发送）if (rtw_rfctl_is_tx_blocked_by_ch_waiting(adapter_to_rfctl(padapter)))//检查射频状态----如果射频处于信道等待状态（如 DFS 信道检测），则直接退出goto exit;pmgntframe = alloc_mgtxmitframe(pxmitpriv);//分配管理帧内存----分配一个管理帧（mgntframe）缓冲区，用于构造 Probe Requestif (pmgntframe == NULL)goto exit;/* update attribute */pattrib = &pmgntframe->attrib;// 获取帧属性结构体（存储长度、序列号等）if (update_mgntframe_attrib(padapter, pattrib) != _SUCCESS) {// 更新管理帧属性（如设置发送速率、优先级等）rtw_free_xmitframe(&padapter->xmitpriv, pmgntframe);goto exit;}_rtw_memset(pmgntframe->buf_addr, 0, WLANHDR_OFFSET + TXDESC_OFFSET);// 初始化帧缓冲区（帧头+数据区域）pframe = (u8 *)(pmgntframe->buf_addr) + TXDESC_OFFSET;// 定位帧数据起始位置（跳过硬件描述符区域）pwlanhdr = (struct rtw_ieee80211_hdr *)pframe;// 802.11帧头指针// 确定源MAC地址（正常使用适配器MAC，特殊场景下使用随机MAC）
#ifdef CONFIG_RTW_CFGVENDOR_RANDOM_MAC_OUI// 如果启用随机MAC且处于未关联状态，使用PNO（主动扫描）的随机MACif ((pwdev_priv->pno_mac_addr[0] != 0xFF)&& (MLME_IS_STA(padapter))&& (check_fwstate(&padapter->mlmepriv, WIFI_ASOC_STATE) == _FALSE))mac = pwdev_priv->pno_mac_addr;else
#endifmac = adapter_mac_addr(padapter);// 默认使用适配器自身MACfctrl = &(pwlanhdr->frame_ctl);*(fctrl) = 0;/*11 管理帧通常使用 “3 地址格式”：addr1（DA，目的地址）、addr2（SA，源地址）、addr3（BSSID，基本服务集标识）*/// 设置目的地址（DA）和BSSID（A3）if (da) {/*	unicast probe request frame */_rtw_memcpy(pwlanhdr->addr1, da, ETH_ALEN);// DA = 目标AP的MAC_rtw_memcpy(pwlanhdr->addr3, da, ETH_ALEN);// BSSID = 目标AP的MAC} else {/*	broadcast probe request frame */_rtw_memcpy(pwlanhdr->addr1, bc_addr, ETH_ALEN);// DA = 广播地址_rtw_memcpy(pwlanhdr->addr3, bc_addr, ETH_ALEN);// BSSID = 广播地址}_rtw_memcpy(pwlanhdr->addr2, mac, ETH_ALEN);#ifdef CONFIG_RTW_CFGVENDOR_RANDOM_MAC_OUI// 设置序列号（避免重复帧，确保AP正确处理）if ((pwdev_priv->pno_mac_addr[0] != 0xFF)&& (MLME_IS_STA(padapter))&& (check_fwstate(&padapter->mlmepriv, WIFI_ASOC_STATE) == _FALSE)) {
#ifdef CONFIG_RTW_DEBUGRTW_DBG("%s pno_scan_seq_num: %d\n", __func__,pwdev_priv->pno_scan_seq_num);
#endifSetSeqNum(pwlanhdr, pwdev_priv->pno_scan_seq_num);pattrib->seqnum = pwdev_priv->pno_scan_seq_num;pattrib->qos_en = 1;pwdev_priv->pno_scan_seq_num++;// 序列号自增} else
#endif{SetSeqNum(pwlanhdr, pmlmeext->mgnt_seq);// 使用MLME层的管理帧序列号pmlmeext->mgnt_seq++;// 序列号自增}set_frame_sub_type(pframe, WIFI_PROBEREQ);//将帧类型设为 Probe Request（子类型 0x04）printk("---------将帧类型设为 Probe Request（子类型 0x04）[%d][%s]------\n",__LINE__,__FUNCTION__);pframe += sizeof(struct rtw_ieee80211_hdr_3addr);pattrib->pktlen = sizeof(struct rtw_ieee80211_hdr_3addr);if (pssid && !MLME_IS_MESH(padapter))//SSID IE（标识探测的网络名称）,SSID IE 是核心 IE：携带目标网络名称（SSID）时，只有对应 AP 会回应；不携带时，所有 AP 都会回应pframe = rtw_set_ie(pframe, _SSID_IE_, pssid->SsidLength, pssid->Ssid, &(pattrib->pktlen)); // 携带指定SSID（如用户输入的网络名称），用于探测特定网络elsepframe = rtw_set_ie(pframe, _SSID_IE_, 0, NULL, &(pattrib->pktlen));// 不携带SSID（长度0），用于探测所有可用网络（AP会回应自身SSID）get_rate_set(padapter, bssrate, &bssrate_len);// 获取适配器支持的速率集/*AP 需要知道 STA 支持的速率，才能选择合适的速率回应（Probe Response）*/if (bssrate_len > 8) {// 支持速率超过8个时，分“支持速率IE”和“扩展支持速率IE”发送（802.11规范限制）pframe = rtw_set_ie(pframe, _SUPPORTEDRATES_IE_ , 8, bssrate, &(pattrib->pktlen));pframe = rtw_set_ie(pframe, _EXT_SUPPORTEDRATES_IE_ , (bssrate_len - 8), (bssrate + 8), &(pattrib->pktlen));} elsepframe = rtw_set_ie(pframe, _SUPPORTEDRATES_IE_ , bssrate_len , bssrate, &(pattrib->pktlen));if (ch) // 若指定了信道（如当前扫描的信道），添加DS设置IE,_DSSET_IE_（DS Parameter Set IE）携带当前信道号，AP 可确认 STA 在正确信道上pframe = rtw_set_ie(pframe, _DSSET_IE_, 1, &ch, &pattrib->pktlen);#ifdef CONFIG_RTW_MESHif (MLME_IS_MESH(padapter)) {if (pssid)pframe = rtw_set_ie_mesh_id(pframe, &pattrib->pktlen, pssid->Ssid, pssid->SsidLength);elsepframe = rtw_set_ie_mesh_id(pframe, &pattrib->pktlen, NULL, 0);}
#endifif (append_wps) {/* add wps_ie for wps2.0 */if (pmlmepriv->wps_probe_req_ie_len > 0 && pmlmepriv->wps_probe_req_ie) {_rtw_memcpy(pframe, pmlmepriv->wps_probe_req_ie, pmlmepriv->wps_probe_req_ie_len);pframe += pmlmepriv->wps_probe_req_ie_len;pattrib->pktlen += pmlmepriv->wps_probe_req_ie_len;/* pmlmepriv->wps_probe_req_ie_len = 0 ; */ /* reset to zero */}}#ifdef CONFIG_PROBEREQ_ADD_HT_VHT_HE//条件编译/* Parsing HT CAP IE */// 从主适配器获取当前网络的IE信息，添加到探测帧中p = rtw_get_ie(ie + _BEACON_IE_OFFSET_, EID_HTCapability, &ie_len, (pri_cur_network->IELength - _BEACON_IE_OFFSET_));if (p && ie_len > 0) {pframe = rtw_set_ie(pframe, _HT_CAPABILITY_IE_, ie_len, p+2, &(pattrib->pktlen));}/* Parsing HT INFO IE */// 从主适配器获取当前网络的IE信息，添加到探测帧中p = rtw_get_ie(ie + _BEACON_IE_OFFSET_, EID_HTInfo, &ie_len, (pri_cur_network->IELength - _BEACON_IE_OFFSET_));if (p && ie_len > 0) {pframe = rtw_set_ie(pframe, _HT_ADD_INFO_IE_, ie_len, p+2, &(pattrib->pktlen));}/* Parsing VHT CAP IE */p = rtw_get_ie(ie + _BEACON_IE_OFFSET_, EID_VHTCapability, &ie_len, (pri_cur_network->IELength - _BEACON_IE_OFFSET_));if (p && ie_len > 0) {pframe = rtw_set_ie(pframe, EID_VHTCapability, ie_len, p+2, &(pattrib->pktlen));}/* Parsing VHT OP IE */p = rtw_get_ie(ie + _BEACON_IE_OFFSET_, EID_VHTOperation, &ie_len, (pri_cur_network->IELength - _BEACON_IE_OFFSET_));if (p && ie_len > 0) {pframe = rtw_set_ie(pframe, EID_VHTOperation, ie_len, p+2, &(pattrib->pktlen));}/* Parsing HE CAP&OP IE */p = rtw_get_ie(ie + _BEACON_IE_OFFSET_, _HE_CAPABILITY_IE_, &ie_len, (pri_cur_network->IELength - _BEACON_IE_OFFSET_));if (p && ie_len > 0) {pframe = rtw_set_ie(pframe, _HE_CAPABILITY_IE_, ie_len, p+2, &(pattrib->pktlen));p += (ie_len+2);p = rtw_get_ie(p, _HE_CAPABILITY_IE_, &ie_len, (pri_cur_network->IELength - _BEACON_IE_OFFSET_ - (ie_len + 2)));if (p && ie_len > 0) {pframe = rtw_set_ie(pframe, _HE_CAPABILITY_IE_, ie_len, p+2, &(pattrib->pktlen));}}
#endif#ifdef CONFIG_APPEND_VENDOR_IE_ENABLE// 添加厂商自定义IE（如驱动特定的扩展信息）pattrib->pktlen += rtw_build_vendor_ie(padapter , &pframe , WIFI_PROBEREQ_VENDOR_IE_BIT);
#endifpattrib->last_txcmdsz = pattrib->pktlen;if (wait_ack){ret = dump_mgntframe_and_wait_ack(padapter, pmgntframe);}else {dump_mgntframe(padapter, pmgntframe);// 发送管理帧的核心函数，主要功能是将构造好的管理帧（如 Probe Request、Beacon、Association Request 等）提交到硬件队列并触发发送ret = _SUCCESS;}#ifdef CTC_WIFI_DIAGctcwifi_diag_log(padapter, pwlanhdr->addr1/*da*/, 1, "Probe Request", (unsigned char *)pwlanhdr, pattrib->pktlen);
#endifexit:return ret;
}

ioctl 下发probe req后接收 probe rsp包流程

  1. 在MLME STA模式下的处理函数表中，已经注册了对probe rsp的接收函数
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  2. 将扫描到的无线网络（BSS）信息封装为 “扫描事件（Survey Event）” 并向上层报告
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  3. 从信标帧（Beacon）和探测请求 / 响应帧（Probe request/response frames）中收集基本服务集（BSS）信息
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  4. 将网络信息添加到扫描结果列表
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  5. 负责维护扫描到的网络列表并处理网络信息更新
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  6. 当新扫描到一个无线网络（target）时，检查该网络是否已存在于队列中；若存在则更新其信息（如信号强度、IE
    元素），若不存在则添加到队列
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  7. 更新网络信息（信号、IE、时间戳等）到队列
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  8. ioctl转化模块扫描队列结果，当用户执行 iwlist wlan1 scan 等命令时，该函数会将驱动内部维护的扫描网络队列（scanned_queue）中的信息转换为用户空间可识别的格式，最终展示为用户可见的 WiFi 列表
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  9. 获取当前遍历的网络，将网络信息转换为用户空间格式（如iwlist可解析的字符串）
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  10. 结果显示
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希望这个实例demo能够抛砖引玉，让读者能够自行探索有趣的无线网络驱动，并加入其中的开发应用

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！

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http://www.dtcms.com/a/296475.html

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