IEEE 802.11 无线网络接口的类型

by sven — on  ,  , 

###1. 物理网卡与虚拟网络接口

在linux中， 物理上的无线网卡使用 struct wiphy 来表示， 对应 “/sys/class/ieee80211/” 目录，一个无线 网卡可以支持多个虚拟网络接口， 虚拟网络接口使用 struct net_device 来表示， 对应”/sys/class/net/” 目录 (参照iw 中的phy和dev， 分别代表物理网卡和虚拟网络接口)

在ieee80211无线网络的结构中， STA具有不同的类型， 例如 AP， STA， AD-HOC 等， 称为无线网络接口的工作模式， 也被称为无线网络接口的类型

WNIC (Wireless Network Interface Controler) 可以在下述的模式中的一种中工作， 不同的模式决定了无线连接的主要功能， 若无线网络接口能够支持多个虚拟接口， 则无线网卡还可以同时工作在不同的模式

###2. STA

Station infrastructure mode

基本上所有的wifi driver都能支持这种模式， 因此也被称为default模式

在 使用WEXT的tool中(例如 iwconfig， iw)， STA 模式也被称为 managed 模式

###3. AP

AccessPoint infrastructure mode

在基础型网络结构中, AP作为网络中的master设备， 所有的STA要通过AP来交换数据

###4. MON

Monitor mode

Monitor mode是一种完全的被动模式，不发送任何帧， 并且所有接收到的帧都会发送到Host CPU， 不经过任何过滤， 通常用于抓取的sniffer log

使用mac80211, 可以为一个无线网络卡设置monitor模式， 作为正常模式(STA)的附加, 即2者共存， 当然， 不是所有的hardware都支持monitor模式， 也不是所有的hardware都支持monitor模式和正常模式共存

使用mac80211， 可以在monitor模式下发送数据包， 常用于数据帧注入，可用于在用户空间实现MLME

###5. IBSS

Idependent Basic Service Set mode , 也被称为 Ad-Hoc mode

Ad-Hoc 模式也被称为 IBBS (Independent Basic Service Set) 模式， 可用于建立一个无需AP的无线网络

###6. WDS

Wireless Distribution System mode

DS (Distribution System) 是给AP提供上行链接， WDS也是实现相同的目的， 只是是以无线的形式

在无线应用领域中， WDS都是帮助无线基站与无线基站之间进行联系通讯的系统

在家庭应用中， WDS的功能是充当无线网络的中继器，通过在无线路由器上开启WDS功能，让其可以延伸扩展无线信号，从而覆盖更广更大的范围

WDS 模式涉及到 4 address

###7. Mesh

Mesh 模式用于在多个设备之间建立智能路由， 实现互相通信

###8. P2P-Client

充当p2p模式中的 client

###9. P2P-Go

充当p2p模式中的group

###10. nl80211中的虚拟网络接口类型

enum nl80211_iftype {
	NL80211_IFTYPE_UNSPECIFIED,
	NL80211_IFTYPE_ADHOC,
	NL80211_IFTYPE_STATION,
	NL80211_IFTYPE_AP,
	NL80211_IFTYPE_AP_VLAN,	//必须绑定到一个NL80211_IFTYPE_AP类型的接口上
	NL80211_IFTYPE_WDS,
	NL80211_IFTYPE_MONITOR,
	NL80211_IFTYPE_MESH_POINT,
	NL80211_IFTYPE_P2P_CLIENT,
	NL80211_IFTYPE_P2P_GO,
	NL80211_IFTYPE_P2P_DEVICE,	//这不是一个netdev， 因此必须用NL80211_CMD_START_P2P_DEVICE
				//和NL80211_CMD_STOP_P2P_DEVICE来建立和销毁

	/* keep last */
	NUM_NL80211_IFTYPES,
	NL80211_IFTYPE_MAX = NUM_NL80211_IFTYPES - 1
};

从 NL80211_IFTYPE_ADHOC 到 NL80211_IFTYPE_P2P_DEVICE，和前述的无线网络接口的的类型相对应

###11. wiphy支持的接口类型

wiphy 标识一个物理无线网卡， 被依次命名为 phy0，phy1，……phyn， 使用iw 命令可以查看物理网卡支持的工作模式

# iw phy phy0  info
Wiphy phy0
max # scan SSIDs: 9
max scan IEs length: 255 bytes
Retry short limit: 7
Retry long limit: 4
Coverage class: 0 (up to 0m)
Device supports roaming.
......
Supported interface modes:
	* IBSS
	* managed
	* AP
	* P2P-client
	* P2P-GO
......

即该物理网卡支持 IBSS， STA， AP， P2P-Client， P2P-Go 这些工作模式

同样， iw 还能够查看一个无线网络接口的工作模式， 例如

# iw dev wlan0 info                                         
Interface wlan0
	ifindex 43
	wdev 0x700000001
	addr 00:0a:f5:0c:33:d8
	type managed
	wiphy 7

# iw dev p2p0 info                                            	
	Interface p2p0
	ifindex 44
	wdev 0x700000002
	addr 02:0a:f5:0c:33:d8
	ssid DIRECT-0Y-Android_c359
	type P2P-client
	wiphy 7

# iw dev p2p0 info                                            
	Interface p2p0
	ifindex 30
	wdev 0x2
	addr 1e:b7:2c:9e:1e:26
	ssid DIRECT-0Y-Android_c359
	type P2P-GO
	wiphy 0

###12. wiphy支持的接口类型组合

wiphy可以支持多个工作模式同时操作， 即一个物理无线网卡上可以支持多个虚拟网卡，受限于hw， fw， driver的实现， 不同的网卡能够支持的组合有所不同

nl80211中使用如下的数据结构来描述wiphy能够支持的接口类型组合：

struct ieee80211_iface_limit {
	u16 max;		//该类型接口的最大数目
	u16 types;	//接口的类型， 如果有多个不同类型的接口有总数限制， 则因该对这些类型做or操作
};

struct ieee80211_iface_combination {
	const struct ieee80211_iface_limit *limits;	// ieee80211_iface_limit 结构体的元素个数
	u32 num_different_channels;			// 可以同时工作的channel的数目
	u16 max_interfaces;			// 允许的接口数目的最大值
	u8 n_limits;				// limits 中 ieee80211_iface_limit 结构体的数目
	bool beacon_int_infra_match;		// STA模式和AP模式下的beacon interval是否要匹配
	u8 radar_detect_widths;			// 雷达探测所支持的chennel宽度的位图
};

相关的信息保存在 wiphy 结构体中

struct wiphy {
	......

	// 存放 ieee80211_iface_combination 结构体数组， 若wiphy支持多种不同的组合， 
	// 则需要使用多个 ieee80211_iface_combination ， 大部分情况下， 只支持一种组合
	const struct ieee80211_iface_combination *iface_combinations;	

	// iface_combinations 成员中 ieee80211_iface_combination 结构体的个数
	int n_iface_combinations;					
	....
}

例如：

struct ieee80211_iface_limit wlan_hdd_iface_limit[] = {
	{
		.max = 3,
		.types = BIT(NL80211_IFTYPE_STATION),
	},
	{
		.max = 1,
		.types = BIT(NL80211_IFTYPE_ADHOC) | BIT(NL80211_IFTYPE_AP),
	},
	{
		.max = 1,
		.types = BIT(NL80211_IFTYPE_P2P_GO) |
		BIT(NL80211_IFTYPE_P2P_CLIENT),
	},
};

struct ieee80211_iface_combination wlan_hdd_iface_combination = {
	.limits = wlan_hdd_iface_limit,
	.num_different_channels = 1,
	.max_interfaces = 3,
	.n_limits = ARRAY_SIZE(wlan_hdd_iface_limit),
	.beacon_int_infra_match = false,
};

即该wiphy最大支持

  • 3个STA类型的接口
  • 1个类型的 AD-HOC 或者 AP 类型的接口
  • 1个类型的 P2P-GO 或者 P2P-Client 类型的接口

当然， 该wiphy最大支持3个虚拟网络接口

使用iw tool能够查看wiphy 支持的接口组合

# iw phy phy7 info
Wiphy phy7
	......
	valid interface combinations:
		* #{ managed } <= 3, #{ IBSS, AP } <= 1, #{ P2P-client, P2P-GO } <= 1,
		  total <= 3, #channels <= 1

即最大支持3个 STA 接口， 最大支持1个IBSS接口或者AP接口， 最大支持1个 P2P-Go 接口或者 P2P-client 接口， 并且接口类型的总数最大为3个， 且只能工作在一个channel

###13. 使用iw添加网络接口

在支持多个虚拟网络接口的无线网卡上面， 可以使用 iw 来添加无线网络接口， iw可以用于添加如下类型的网络接口

  • monitor
  • managed
  • wds
  • mesh
  • ibss

例如：

iw phy phy0 interface add moni0 type monitor

iw phy phy0 interface add wlan10 type managed

// mesh id 为 “mymesh”
iw phy phy0 interface add mesh0 type mp mesh_id mymesh

iw phy phy0 interface add wds0 type wds

删除iw添加的网络接口则需要使用“iw dev xx del”， 例如

iw dev moni0 del
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实迷途其未远，觉今是而昨非