浅谈 Linux 内核无线子系统

3. 数据路径与管理路径

4. 数据包是如何被发送？

5. 谈谈管理路径

6. 数据包又是如何被接收？

7. 总结一下

Linux 内核是如何实现无线网络接口呢？数据包是通过怎样的方式被发送和接收呢？
刚开始工作接触 Linux 无线网络时，我曾迷失在浩瀚的基础代码中，寻找具有介绍性的材料来回答如上面提到的那些高层次的问题。
跟踪探索了一段时间的源代码后，我写下了这篇总结，希望在 Linux 无线网络的工作原理上，读者能从这篇文章获得一个具有帮助性的概览。

1 全局概览

在开始探索 Linux 无线具体细节之前，让我们先来把握一下 Linux 无线子系统整体结构。如图1,展示了 Linux 无线子系统各个模块之间的抽象关系。

图一 Linux 无线网络结构示意图

图示中的虚线内展示的是内核空间的情况。用户空间的程序运行在最上层，而硬件相关的设备则在最下面。图示中左边为以太网设备，右边为 WiFi 设备。
正如图中看到的一样，存在着两种 WiFi 设备，具体是哪一类要看 IEEE802.11 标准的 MLME 如何实现。
如果直接通过硬件实现，那么设备就是硬 MAC （full MAC）设备;如果通过软件的方式实现，那么设备就是软 MAC （soft MAC）设备。现阶段大部分无线设备都是软件实现的软 MAC 设备。

通常我们把 Linux 内核无线子系统看成两大块： cfg80211 和 mac80211 ，它们连通内核其他模块和用户空间的应用程序。
特别指出， cfg80211 在内核空间提供配置管理服务，内核与应用层通过 nl80211 实现配置管理接口。需要记住的是，
硬 MAC 设备和软 MAC 设备都需要 cfg80211 才能工作。而 mac80211 只是一个驱动 API ，它只支持软件实现的软 MAC 设备。
接下来，我们主要关注软 MAC 设备。

Linux 内核无线子系统统一各种 WiFi 设备，并处理 OSI 模型中最底层的 MAC 、 PHY 两层。
若进一步划分， MAC 层可以分为 MAC 高层和 MAC 底层。前者负责管理 MAC 层无线网络的探测发现、身份认证、关联等;
后者实现 MAC 层如 ACK 等紧急操作。大部分情况下，硬件（如无线适配器）处理大部分的 PHY 层以及 MAC 底层操作。Linux 子系统实现大部分的 MAC 高层回调函数。

2 模块间接口

从图一中我们可以看出，各个模块之间分界线很清晰，并且模块间相互透明不可见。模块之间一般不会相互影响。
举个例子，我们在 WiFi 设备驱动做修改（如，打补丁、添加新的 WiFi 驱动等），这些变更并不会影响到 mac80211 模块，
所以我们根本不用改动 mac80211 的代码。再如，添加一个新的网络协议理论上是不用修改套接字层以及设备无关层代码。一般情况下，内核通过一系列的函数指针实现各层之间相互透明。
如下代码展示 rtl73usb 无线网卡驱动与 mac80211 的联系。

static const struct ieee80211_ops rt73usb_mac80211_ops = { .tx = rt2x00mac_tx, .start = rt2x00mac_start, .stop = rt2x00mac_stop, .add_interface = rt2x00mac_add_interface, .remove_interface = rt2x00mac_remove_interface, .config = rt2x00mac_config, .configure_filter = rt2x00mac_configure_filter, .set_tim = rt2x00mac_set_tim, .set_key = rt2x00mac_set_key, .sw_scan_start = rt2x00mac_sw_scan_start, .sw_scan_complete = rt2x00mac_sw_scan_complete, .get_stats = rt2x00mac_get_stats, .bss_info_changed = rt2x00mac_bss_info_changed, .conf_tx = rt73usb_conf_tx, .get_tsf = rt73usb_get_tsf, .rfkill_poll = rt2x00mac_rfkill_poll, .flush = rt2x00mac_flush, .set_antenna = rt2x00mac_set_antenna, .get_antenna = rt2x00mac_get_antenna, .get_ringparam = rt2x00mac_get_ringparam, .tx_frames_pending = rt2x00mac_tx_frames_pending, };

左侧是 mac80211 为 WiFi 驱动模块实现的 ieee80211_ops 结构体形式的回调接口，回调函数的具体内容由驱动层实现。
显然，不同设备相应驱动的实现不同。结构体 ieee80211_ops 负责将不同设备驱动实现的回调函数与 mac80211 提供的 API 映射绑定起来。
当驱动模块插入注册时，这些回调函数就被注册到 mac80211 里面（通过 ieee80211_alloc_hw 实现），接着 mac80211 就绑定了相应的回调函数，根本不用知道具体的名字，以及实现细节等。
完整定义的 ieee80211_ops 结构包含很多成员，但不是所有都必须要驱动层实现。一般而言，实现的前七个成员函数就足够了。但是，要想正确实现其他功能，某些相关的成员函数就需要被实现，就像上面的例子一样。

3 数据路径与管理路径