Linux Wlan 无线网络驱动开发-scan协议全流程详解

wifi chicken2025-07-28 16:33

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）


如下是翻译

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

三种类型包明确

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）

  • 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

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

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

    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

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


  2. 设备探测

  3. 包含硬件初始化和数据包处理

  4. 核心接收数据包处理函数 rtw_core_rx_process
  5. 对管理帧进行处理

  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

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
  2. cfg80211 资源分配

  3. 默认使用驱动常规的cfg80211操作集
  4. 注册的ioctl扫描函数



  5. 扫描操作回调函数集合，调用到驱动扫描


  6. 构造并发送 Probe Request（探测请求帧）
  7. 发送帧

_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

c 复制代码 
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_OUI
	struct rtw_wdev_priv *pwdev_priv = adapter_wdev_data(padapter);
#endif

#ifdef CONFIG_PROBEREQ_ADD_HT_VHT_HE
	u8 *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 Request
	if (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MAC
	if ((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
#endif
	mac = adapter_mac_addr(padapter);// 默认使用适配器自身MAC

	fctrl = &(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_DEBUG
		RTW_DBG("%s pno_scan_seq_num: %d\n", __func__,
			 pwdev_priv->pno_scan_seq_num);
#endif
		SetSeqNum(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
	else
		pframe = 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));
	} else
		pframe = 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_MESH
	if (MLME_IS_MESH(padapter)) {
		if (pssid)
			pframe = rtw_set_ie_mesh_id(pframe, &pattrib->pktlen, pssid->Ssid, pssid->SsidLength);
		else
			pframe = rtw_set_ie_mesh_id(pframe, &pattrib->pktlen, NULL, 0);
	}
#endif

	if (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);
#endif

	pattrib->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_DIAG
	ctcwifi_diag_log(padapter, pwlanhdr->addr1/*da*/, 1, "Probe Request", (unsigned char *)pwlanhdr, pattrib->pktlen);
#endif

exit:
	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


  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
  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


  4. 将网络信息添加到扫描结果列表

  5. 负责维护扫描到的网络列表并处理网络信息更新
  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
  7. 更新网络信息（信号、IE、时间戳等）到队列
  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

  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）
  10. 结果显示

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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