http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/9271515
1. 基本概念
• cfg80211: 用于对无线设备进行配置管理。与FullMAC, mac80211和nl80211一起工作。(Kernel态)
• mac80211: 是一个driver开发者可用于为SoftMAC无线设备写驱动的框架 (Kernel态)。
• nl80211: 用于对无线设备进行配置管理，它是一个基本Netlink的用户态协议(User态)
• WNIC : Wireless Network Interface Controller， 它总是指望硬件执行协议(如IEEE802.11)描述的功能。
• MLME: 即MAC(Media Access Control ) Layer Management Entity，它管理物理层MAC状态机。
• SoftMAC: 其MLME由软件实现，mac80211为SoftMAC实现提供了一个driver API。 即：SoftMAC设备允许对硬件执行更好地控制，允许用软件实现对802.11的帧管理，包括解析和产生802.11无线帧。目前大多数802.11设备为SoftMAC,而FullMAC设备较少。
• FullMAC: 其MLME由硬件管理，当写FullMAC无线驱动时，不需要使用mac80211。
• wpa_supplicant: 是用户空间一个应用程序，主要发起MLME命令，然后处理相关结果。
•
2. cfg80211
cfg80211是Linux 802.11配置API。cfg80211用于代码wext(Wireless-Extensions)，nl80211用于配置一个cfg80211设备，且用于kernel与userspace间的通信。wext现处理维护状态，没有新的功能被增加，只是修改bug。如果需要通过wext操作，则需要定义CONFIG_CFG80211_WEXT。
cfg80211 and nl80211: 基于消息机制，使用netlink接口
wext: 基于ioctl机制
• struct ieee80211_hw: 表示硬件信息和状态
• ieee80211_alloc_hw：每个driver调用ieee80211_alloc_hw分配ieee80211_hw，且以ieee80211_ops为参数
• ieee80211_register_hw：每个driver调用ieee80211_register_hw创建wlan0和 wmaster0，并进行各种初始化。
• struct ieee80211_ops：每个driver实现它的成员函数，且它的成员函数都以struct ieee80211_hw做为第一个参数。在struct ieee80211_ops中定义了24个方法，以下7个方法必须实现：
tx，start，stop，add_interface，remove_interface，config和configure_filter。
3. mac80211
它是一个driver开发者可用于为SoftMAC无线设备写驱动的框架，mac80211为SoftMAC设备实现了cfg80211回调函数，且mac80211通过cfg80211实现了向网络子系统注册和配置。配置由cfg80211通过nl80211和wext实现。
mac80211在体系结构中的位置如下图所示：
4. socket
http://wireless.kernel.org/en/developers/Documentation/
IEEE802.11协议基础知识
http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/9306961
1. 802.11管理功能–用户接入过程
STA (工作站）启动初始化、开始正式使用、AP 传送数据幀之前，要经过三个阶段才能接入:
(1) 扫描(SCAN)
(2) 认证(Authentication)
(3) 关联(Association)
1.1 802.11管理–扫描(SCAN)
1) 若无线站点 STA 设成 Ad-hoc (无AP)模式：
STA先寻找是否已有 IBSS（与STA所属相同的SSID）存在，如有，则参加（join）；若无, 则会自己创建一个IBSS，等其他站来 join。
2) 若无线站点 STA 设成 Infrastructure (有AP)模式：
--主动扫描方式 (特点：能迅速找到)
•依次在每个信道上发送Probe request报文，从Probe Response中获取BSS的基本信息， Probe Response包含的信息和Beacon帧类似
-- 被动扫描方式 (特点：找到时间较长，但STA节电)
• 通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络， Beacon帧中包含该AP所属的BSS的基本信息以及AP的基本能力级，包括： BSSID（AP的MAC地址）、 SSID、支持的速率、支持的认证方式，加密算法、 Beacons帧发送间隔，使用的信道等 • 当未发现包含期望的SSID的BSS时，STA可以工作于IBSS状态
1.2 802.11管理功能–认证(Authentication)
802.11支持两种基本的认证方式: • Open-system Authentication 1) 等同于不需要认证，没有任何安全防护能力 2) 通过其他方式来保证用户接入网络的安全性，例如Address filter、用户报文中的SSID
• Shared－Key Authentication 1) 采用WEP加密算法 2) Attacker可以通过监听AP发送的明文Challenge text和STA回复的密文Challenge text计算出WEP KEY
另外， STA可以通过Deauthentication来终结认证关系。
1.3 802.11管理功能–关联(Association)
1) Association
• STA通过Association和一个AP建立关联，后续的数据报文的收发只能和建立Association关系的AP进行 2) Reassociation • STA在从一个老的AP移动到新AP时通过Reassociation和新AP建立关联 • Reassociation前必须经历Authentication过程 3) Deassociation • STA通过Deassociation和AP解除关联关系
2. 802.11相关协议
3. 802.11帧格式
3.1 802.11 MAC Header（MAC头）
• Frame Control（帧控制域）
• Duration/ID（持续时间/标识）
• Address（地址域）
• Sequence Control（序列控制域）
3.1.1 Frame Control（帧控制域）
• Protocol Version（协议版本）：通常为0；
• Type（类型域）和Subtype（子类型域）：共同指出帧的类型；
• To DS：表明该帧是BSS向DS发送的帧；
• From DS：表明该帧是DS向BSS发送的帧；
• More Frag：用于说明长帧被分段的情况，是否还有其它的帧；
• Retry（重传域）：用于帧的重传，接收STA利用该域消除重传帧；
• Pwr Mgt（能量管理域）：1：STA处于power_save模式；0：处于active模式；
• More Data（更多数据域）：1：至少还有一个数据帧要发送给STA ；
• Protected Frame： 1：帧体部分包含被密钥套处理过的数据；否则：0；
• Order（序号域）：1：长帧分段传送采用严格编号方式；否则：0。
3.1.2 Duration/ID（持续时间/标识）
表明该帧和它的确认帧将会占用信道多长时间；对于帧控制域子类型为：Power Save-Poll的帧，该域表示了STA的连接身份（AID, Association Indentification）。
3.1.3 Address（地址域）
Address（地址域）：源地址（SA）、目的地址（DA）、传输工作站地址（TA）、接收工作站地址（RA），SA与DA必不可少，后两个只对跨BSS的通信有用，而目的地址可以为单播地址（Unicast address）、多播地址（Multicast address）、广播地址（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的每一个片段的编号的4位片段号组成（Fragment Number）。
3.2 Frame Body（帧体部分）
包含信息根据帧的类型有所不同，主要封装的是上层的数据单元，长度为0~2312个字节，可以推出，802.11帧最大长度为：2346个字节；
3.3 FCS（校验域）
包含32位循环冗余码。
3.4 地址格式
1) 方案一：
A和B 在同一个IBSS，A->B (Ad hoc无线自组网中的数据帧的地址格式)。
2) 方案二：
从AP发出的无线数据帧中的地址格式。
3) 方案三：
发到AP的无线数据帧中的地址格式。
4) 方案四：
通过无线分布系统传输的无线数据帧中的地址格式。
4. WLAN拓扑结构
WLAN有以下三种网络拓扑结构：
1) 独立基本服务集(Independent BSS, IBSS)网络(也叫ad-hoc网络)；
2) 基本服务集(Basic Service Set, BSS)网络；
3) 扩展服务集(Extent Service Set, ESS)网络。
其各自的特点如下所示：
4.1 IBSS-无AP
也叫Ad Hoc 网(无线自组网):IBSS (Independent BSS，独立基本服务集)，无AP，站点间直接通信。
4.2 BSS-有AP
又名Infrastructured网(基础设施网)：有AP(Access Point, 接入点)，无线站点通信首先要经过AP。
4.3 ESS-有AP和DS
ESS:属 Infrastructured 网 ( DS:分配系统，AP：接入点， SSID：ESS扩展服务集标识符。一个移动节点使用某 ESS 的 SSID 加入到该扩展服务集中，一旦加入ESS，移动节点便可实现从该ESS的一个BSS到另一个BSS的漫游)
5. 802.11帧类型
针对帧的不同功能，可将802.11中的MAC帧细分为以下3类：
• 数据帧：用于在竞争期和非竞争期传输数据；
• 控制帧：用于竞争期间的握手通信和正向确认(RTS信道预约、CTS预约成功、ACK等)、结束非竞争期等，为数据帧的发送提供辅助功能；
• 管理帧：主要用于STA与AP之间协商、关系的控制，如关联、认证、同步等。
Frame Control（帧控制域）中的Type（类型域）和Subtype（子类型域）共同指出帧的类型，当Type的B3B2位为00时，该帧为管理帧；为01时，该帧为控制帧；为10时，该帧为数据帧。而Subtype进一步判断帧类型，如管理帧里头细分为关联和认证帧
5.1 管理帧 (Management Frame)
| Type | SubType | FrameType |
| 00 | 0000 | Association request (连接请求) |
| 00 | 0001 | Association response (连接响应) |
| 00 | 0010 | Reassociation request（重连接请求） |
| 00 | 0011 | Reassociation response（重连接联响应） |
| 00 | 0100 | Probe request（探测请求） |
| 00 | 0101 | Probe response（探测响应） |
| 00 | 1000 | Beacon（信标，被动扫描时AP 发出，notify） |
| 00 | 1001 | ATIM（通知传输指示消息） |
| 00 | 1010 | Disassociation（解除连接，notify） |
| 00 | 1011 | Authentication（身份验证） |
| 00 | 1100 | Deauthentication（解除认证，notify） |
| 00 | 1101～1111 | Reserved（保留，未使用） |
ATIM：Announcement Traffic Indication Message，ATIM仅在ATIM窗口期间传送，ATIM没有负载。
5.2 控制帧 (Control Frame)
| Type | Subtype | Frametype |
| 01 | 1010 | Power Save（PS）- Poll（省电－轮询） |
| 01 | 1011 | RTS（请求发送，即: Request To Send ，预约信道，帧长20字节） |
| 01 | 1100 | CTS（清除发送，即:Clear To Send ，同意预约，帧长14字节） |
| 01 | 1101 | ACK（确认） |
| 01 | 1110 | CF-End（无竞争周期结束） |
| 01 | 1111 | CF-End（无竞争周期结束）＋CF-ACK（无竞争周期确认） |
RTS和CTS用于信道预约，CF-End+CF_ACK和ACK用于确认正确接收到帧。
1) ACK帧
5.3 数据帧 (Data Frame)
| Type | Subtype | Frametype |
| 10 | 0000 | Data（数据） |
| 10 | 0001 | Data+CF-ACK |
| 10 | 0010 | Data+CF-Poll |
| 10 | 0011 | Data+CF-ACK+CF-Poll |
| 10 | 0100 | Null data（无数据：未传送数据） |
| 10 | 0101 | CF-ACK（未传送数据） |
| 10 | 0110 | CF-Poll（未传送数据） |
| 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（未传送数据） |
| 10 | 1101 | QoS CF-ACK（未传送数据） |
| 10 | 1110 | QoS CF-Poll（未传送数据） |
| 10 | 1111 | QoS CF-ACK+ CF-Poll（未传送数据） |
Linux Wireless子系统初始化
http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/9300823
1. cfg80211_init
• cfg80211_wq工作队列主要处理以下工作：
1) 清除：wireless_dev.cleanup_work
2) 扫描：cfg80211_registered_device.scan_done_wk
3) 事件：cfg80211_registered_device.event_work
• 注册netlink,其名为："nl80211",其操作为：nl80211_ops
net/wireless/core.c
[cpp] view plain copy
- static int __init cfg80211_init(void)
- {
- int err;
- // 注册网络命名空间
- err = register_pernet_device(&cfg80211_pernet_ops);
- if (err)
- goto out_fail_pernet;
- // 注册ieee80211_class类
- err = wiphy_sysfs_init();
- if (err)
- goto out_fail_sysfs;
- // 注册网络通知，以接收网络事件
- err = register_netdevice_notifier(&cfg80211_netdev_notifier);
- if (err)
- goto out_fail_notifier;
- // 注册netlink "nl80211",其操作为nl80211_ops
- err = nl80211_init();
- if (err)
- goto out_fail_nl80211;
- // 创建sys/class/ieee80211目录
- ieee80211_debugfs_dir = debugfs_create_dir("ieee80211", NULL);
- err = regulatory_init();
- if (err)
- goto out_fail_reg;
- // 创建名为“cfg80211”的内核线程
- 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);