http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/9271515
1. 基本概念
• cfg80211: 用于對無線裝置進行配置管理。與FullMAC, mac80211和nl80211一起工作。(Kernel态)
• mac80211: 是一個driver開發者可用于為SoftMAC無線裝置寫驅動的架構 (Kernel态)。
• nl80211: 用于對無線裝置進行配置管理，它是一個基本Netlink的使用者态協定(User态)
• WNIC : Wireless Network Interface Controller， 它總是指望硬體執行協定(如IEEE802.11)描述的功能。
• MLME: 即MAC(Media Access Control ) Layer Management Entity，它管理實體層MAC狀态機。
• SoftMAC: 其MLME由軟體實作，mac80211為SoftMAC實作提供了一個driver API。 即：SoftMAC裝置允許對硬體執行更好地控制，允許用軟體實作對802.11的幀管理，包括解析和産生802.11無線幀。目前大多數802.11裝置為SoftMAC,而FullMAC裝置較少。
• FullMAC: 其MLME由硬體管理，當寫FullMAC無線驅動時，不需要使用mac80211。
• wpa_supplicant: 是使用者空間一個應用程式，主要發起MLME指令，然後處理相關結果。
•
2. cfg80211
cfg80211是Linux 802.11配置API。cfg80211用于代碼wext(Wireless-Extensions)，nl80211用于配置一個cfg80211裝置，且用于kernel與userspace間的通信。wext現處理維護狀态，沒有新的功能被增加，隻是修改bug。如果需要通過wext操作，則需要定義CONFIG_CFG80211_WEXT。
cfg80211 and nl80211: 基于消息機制，使用netlink接口
wext: 基于ioctl機制
• struct ieee80211_hw: 表示硬體資訊和狀态
• ieee80211_alloc_hw：每個driver調用ieee80211_alloc_hw配置設定ieee80211_hw，且以ieee80211_ops為參數
• ieee80211_register_hw：每個driver調用ieee80211_register_hw建立wlan0和 wmaster0，并進行各種初始化。
• struct ieee80211_ops：每個driver實作它的成員函數，且它的成員函數都以struct ieee80211_hw做為第一個參數。在struct ieee80211_ops中定義了24個方法，以下7個方法必須實作：
tx，start，stop，add_interface，remove_interface，config和configure_filter。
3. mac80211
它是一個driver開發者可用于為SoftMAC無線裝置寫驅動的架構，mac80211為SoftMAC裝置實作了cfg80211回調函數，且mac80211通過cfg80211實作了向網絡子系統注冊和配置。配置由cfg80211通過nl80211和wext實作。
mac80211在體系結構中的位置如下圖所示：
4. socket
http://wireless.kernel.org/en/developers/Documentation/
IEEE802.11協定基礎知識
http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/9306961
1. 802.11管理功能–使用者接入過程
STA (工作站）啟動初始化、開始正式使用、AP 傳送資料幀之前，要經過三個階段才能接入:
(1) 掃描(SCAN)
(2) 認證(Authentication)
(3) 關聯(Association)
1.1 802.11管理–掃描(SCAN)
1) 若無線站點 STA 設成 Ad-hoc (無AP)模式：
STA先尋找是否已有 IBSS（與STA所屬相同的SSID）存在，如有，則參加（join）；若無, 則會自己建立一個IBSS，等其他站來 join。
2) 若無線站點 STA 設成 Infrastructure (有AP)模式：
--主動掃描方式 (特點：能迅速找到)
•依次在每個信道上發送Probe request封包，從Probe Response中擷取BSS的基本資訊， Probe Response包含的資訊和Beacon幀類似
-- 被動掃描方式 (特點：找到時間較長，但STA節電)
• 通過偵聽AP定期發送的Beacon幀來發現網絡， Beacon幀中包含該AP所屬的BSS的基本資訊以及AP的基本能力級，包括： BSSID（AP的MAC位址）、 SSID、支援的速率、支援的認證方式，加密算法、 Beacons幀發送間隔，使用的信道等 • 當未發現包含期望的SSID的BSS時，STA可以工作于IBSS狀态
1.2 802.11管理功能–認證(Authentication)
802.11支援兩種基本的認證方式: • Open-system Authentication 1) 等同于不需要認證，沒有任何安全防護能力 2) 通過其他方式來保證使用者接入網絡的安全性，例如Address filter、使用者封包中的SSID
• Shared－Key Authentication 1) 采用WEP加密算法 2) Attacker可以通過監聽AP發送的明文Challenge text和STA回複的密文Challenge text計算出WEP KEY
另外， STA可以通過Deauthentication來終結認證關系。
1.3 802.11管理功能–關聯(Association)
1) Association
• STA通過Association和一個AP建立關聯，後續的資料封包的收發隻能和建立Association關系的AP進行 2) Reassociation • STA在從一個老的AP移動到新AP時通過Reassociation和新AP建立關聯 • Reassociation前必須經曆Authentication過程 3) Deassociation • STA通過Deassociation和AP解除關聯關系
2. 802.11相關協定
3. 802.11幀格式
3.1 802.11 MAC Header（MAC頭）
• Frame Control（幀控制域）
• Duration/ID（持續時間/辨別）
• Address（位址域）
• Sequence Control（序列控制域）
3.1.1 Frame Control（幀控制域）
• Protocol Version（協定版本）：通常為0；
• Type（類型域）和Subtype（子類型域）：共同指出幀的類型；
• To DS：表明該幀是BSS向DS發送的幀；
• From DS：表明該幀是DS向BSS發送的幀；
• More Frag：用于說明長幀被分段的情況，是否還有其它的幀；
• Retry（重傳域）：用于幀的重傳，接收STA利用該域消除重傳幀；
• Pwr Mgt（能量管理域）：1：STA處于power_save模式；0：處于active模式；
• More Data（更多資料域）：1：至少還有一個資料幀要發送給STA ；
• Protected Frame： 1：幀體部分包含被密鑰套處理過的資料；否則：0；
• Order（序号域）：1：長幀分段傳送采用嚴格編号方式；否則：0。
3.1.2 Duration/ID（持續時間/辨別）
表明該幀和它的确認幀将會占用信道多長時間；對于幀控制域子類型為：Power Save-Poll的幀，該域表示了STA的連接配接身份（AID, Association Indentification）。
3.1.3 Address（位址域）
Address（位址域）：源位址（SA）、目的位址（DA）、傳輸工作站位址（TA）、接收工作站位址（RA），SA與DA必不可少，後兩個隻對跨BSS的通信有用，而目的位址可以為單點傳播位址（Unicast address）、多點傳播位址（Multicast address）、廣播位址（Broadcast address）。
3.1.4 Sequence Control（序列控制域）
Sequence Control（序列控制域）：由代表MSDU（MAC Server Data Unit）或者MMSDU（MAC Management Server Data Unit）的12位序列号（Sequence Number）和表示MSDU和MMSDU的每一個片段的編号的4位片段号組成（Fragment Number）。
3.2 Frame Body（幀體部分）
包含資訊根據幀的類型有所不同，主要封裝的是上層的資料單元，長度為0~2312個位元組，可以推出，802.11幀最大長度為：2346個位元組；
3.3 FCS（校驗域）
包含32位循環備援碼。
3.4 位址格式
1) 方案一：
A和B 在同一個IBSS，A->B (Ad hoc無線自組網中的資料幀的位址格式)。
2) 方案二：
從AP發出的無線資料幀中的位址格式。
3) 方案三：
發到AP的無線資料幀中的位址格式。
4) 方案四：
通過無線分布系統傳輸的無線資料幀中的位址格式。
4. WLAN拓撲結構
WLAN有以下三種網絡拓撲結構：
1) 獨立基本服務集(Independent BSS, IBSS)網絡(也叫ad-hoc網絡)；
2) 基本服務集(Basic Service Set, BSS)網絡；
3) 擴充服務集(Extent Service Set, ESS)網絡。
其各自的特點如下所示：
4.1 IBSS-無AP
也叫Ad Hoc 網(無線自組網):IBSS (Independent BSS，獨立基本服務集)，無AP，站點間直接通信。
4.2 BSS-有AP
又名Infrastructured網(基礎設施網)：有AP(Access Point, 接入點)，無線站點通信首先要經過AP。
4.3 ESS-有AP和DS
ESS:屬 Infrastructured 網 ( DS:配置設定系統，AP：接入點， SSID：ESS擴充服務集辨別符。一個移動節點使用某 ESS 的 SSID 加入到該擴充服務集中，一旦加入ESS，移動節點便可實作從該ESS的一個BSS到另一個BSS的漫遊)
5. 802.11幀類型
針對幀的不同功能，可将802.11中的MAC幀細分為以下3類：
• 資料幀：用于在競争期和非競争期傳輸資料；
• 控制幀：用于競争期間的握手通信和正向确認(RTS信道預約、CTS預約成功、ACK等)、結束非競争期等，為資料幀的發送提供輔助功能；
• 管理幀：主要用于STA與AP之間協商、關系的控制，如關聯、認證、同步等。
Frame Control（幀控制域）中的Type（類型域）和Subtype（子類型域）共同指出幀的類型，當Type的B3B2位為00時，該幀為管理幀；為01時，該幀為控制幀；為10時，該幀為資料幀。而Subtype進一步判斷幀類型，如管理幀裡頭細分為關聯和認證幀
5.1 管理幀 (Management Frame)
| Type | SubType | FrameType |
| 00 | 0000 | Association request (連接配接請求) |
| 00 | 0001 | Association response (連接配接響應) |
| 00 | 0010 | Reassociation request（重連接配接請求） |
| 00 | 0011 | Reassociation response（重連接配接聯響應） |
| 00 | 0100 | Probe request（探測請求） |
| 00 | 0101 | Probe response（探測響應） |
| 00 | 1000 | Beacon（信标，被動掃描時AP 發出，notify） |
| 00 | 1001 | ATIM（通知傳輸訓示消息） |
| 00 | 1010 | Disassociation（解除連接配接，notify） |
| 00 | 1011 | Authentication（身份驗證） |
| 00 | 1100 | Deauthentication（解除認證，notify） |
| 00 | 1101～1111 | Reserved（保留，未使用） |
ATIM：Announcement Traffic Indication Message，ATIM僅在ATIM視窗期間傳送，ATIM沒有負載。
5.2 控制幀 (Control Frame)
| Type | Subtype | Frametype |
| 01 | 1010 | Power Save（PS）- Poll（省電－輪詢） |
| 01 | 1011 | RTS（請求發送，即: Request To Send ，預約信道，幀長20位元組） |
| 01 | 1100 | CTS（清除發送，即:Clear To Send ，同意預約，幀長14位元組） |
| 01 | 1101 | ACK（确認） |
| 01 | 1110 | CF-End（無競争周期結束） |
| 01 | 1111 | CF-End（無競争周期結束）＋CF-ACK（無競争周期确認） |
RTS和CTS用于信道預約，CF-End+CF_ACK和ACK用于确認正确接收到幀。
1) ACK幀
5.3 資料幀 (Data Frame)
| Type | Subtype | Frametype |
| 10 | 0000 | Data（資料） |
| 10 | 0001 | Data+CF-ACK |
| 10 | 0010 | Data+CF-Poll |
| 10 | 0011 | Data+CF-ACK+CF-Poll |
| 10 | 0100 | Null data（無資料：未傳送資料） |
| 10 | 0101 | CF-ACK（未傳送資料） |
| 10 | 0110 | CF-Poll（未傳送資料） |
| 10 | 0111 | Data+CF-ACK+CF-Poll |
| 10 | 1000 | Qos Data |
| 10 | 1001 | Qos Data + CF-ACK |
| 10 | 1010 | Qos Data + CF-Poll |
| 10 | 1011 | Qos Data + CF-ACK+ CF-Poll |
| 10 | 1100 | QoS Null（未傳送資料） |
| 10 | 1101 | QoS CF-ACK（未傳送資料） |
| 10 | 1110 | QoS CF-Poll（未傳送資料） |
| 10 | 1111 | QoS CF-ACK+ CF-Poll（未傳送資料） |
Linux Wireless子系統初始化
http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/9300823
1. cfg80211_init
• cfg80211_wq工作隊列主要處理以下工作：
1) 清除：wireless_dev.cleanup_work
2) 掃描：cfg80211_registered_device.scan_done_wk
3) 事件：cfg80211_registered_device.event_work
• 注冊netlink,其名為："nl80211",其操作為：nl80211_ops
net/wireless/core.c
[cpp] view plain copy
- static int __init cfg80211_init(void)
- {
- int err;
- // 注冊網絡命名空間
- err = register_pernet_device(&cfg80211_pernet_ops);
- if (err)
- goto out_fail_pernet;
- // 注冊ieee80211_class類
- err = wiphy_sysfs_init();
- if (err)
- goto out_fail_sysfs;
- // 注冊網絡通知，以接收網絡事件
- err = register_netdevice_notifier(&cfg80211_netdev_notifier);
- if (err)
- goto out_fail_notifier;
- // 注冊netlink "nl80211",其操作為nl80211_ops
- err = nl80211_init();
- if (err)
- goto out_fail_nl80211;
- // 建立sys/class/ieee80211目錄
- ieee80211_debugfs_dir = debugfs_create_dir("ieee80211", NULL);
- err = regulatory_init();
- if (err)
- goto out_fail_reg;
- // 建立名為“cfg80211”的核心線程
- cfg80211_wq = create_singlethread_workqueue("cfg80211");
- if (!cfg80211_wq)
- goto out_fail_wq;
- return 0;
- out_fail_wq:
- regulatory_exit();
- out_fail_reg:
- debugfs_remove(ieee80211_debugfs_dir);
- out_fail_nl80211:
- unregister_netdevice_notifier(&cfg80211_netdev_notifier);
- out_fail_notifier:
- wiphy_sysfs_exit();
- out_fail_sysfs:
- unregister_pernet_device(&cfg80211_pernet_ops);
- out_fail_pernet:
- return err;
- }
- subsys_initcall(cfg80211_init);