Linux之virt_wifi驱动

简介

A fake implementation of cfg80211_ops that can be tacked on to an ethernet net_device to make it appear as a wireless connection.

一种可附加到以太网网络设备上的虚假的 cfg80211_ops 实现，使其看起来像无线连接。

该模块通过实现 cfg80211 接口和网络设备操作，模拟了一个完整的无线网络接口，使其对上层表现为真实的 WiFi 设备，支持扫描、连接、数据传输等操作。

主要功能

其主要功能是：

模拟无线硬件： 在无需物理无线设备的情况下，提供虚拟的无线接口，在纯软件环境中模拟无线网络行为。
支持测试和容器化： 允许在虚拟环境中测试无线功能，或为容器提供隔离的无线网络接口。
协议栈兼容性： 通过 mac80211 框架提供标准的无线设备接口，支持标准工具（如 iw、wpa_supplicant）操作。

典型应用场景

开发与测试
- 驱动开发：在无物理硬件时模拟无线设备，测试 mac80211 驱动逻辑。
- 协议测试：验证无线协议（如 802.11 协议）的实现。
容器化网络
- Docker/Kubernetes：为容器分配独立的虚拟无线接口，实现网络隔离。
- 虚拟化环境：在虚拟机中提供无线功能，无需物理硬件。
网络监控
- 虚拟监控接口：创建 mon0 接口用于无线流量捕获（如 Wireshark 分析）。

主要代码

它依赖于 mac80211 子系统。

代码目录：drivers/net/wireless/virt_wifi.c
比较新的内核已经将virt_wifi驱动移到了virtual目录，和mac80211_hwsim驱动放在了一起。
drivers/net/wireless/virtual/virt_wifi.c

扩展：mac80211_hwsim驱动

以前记录的mac80211_hwsim驱动简单介绍:
https://z-dd.online/2024/11/12/Linux%E5%88%9B%E5%BB%BA%E8%99%9A%E6%8B%9FWLAN%E6%8E%A5%E5%8F%A3%E5%B9%B6%E6%B5%8B%E8%AF%95/

代码详细分析

以下是DeepSeek对 virt_wifi.c 代码的详细分析，涵盖其核心功能、实现逻辑和关键模块：

1. 模块概述

目的：在以太网设备上模拟无线网络接口（如 wlan0），使其对上层表现为真实的 WiFi 设备，支持扫描、连接、数据传输等操作。
适用场景：测试网络协议栈、容器/虚拟机网络隔离、无物理 WiFi 硬件的开发环境。

2. 核心数据结构

(1) `virt_wifi_wiphy_priv`

作用：存储与 wiphy（无线硬件抽象）相关的私有数据。
成员：
- scan_request：当前扫描请求。
- scan_result：延迟任务，模拟扫描结果。
- being_deleted：标记 wiphy 是否正在被销毁。

(2) `virt_wifi_netdev_priv`

作用：存储与虚拟网络设备相关的状态。
成员：
- lowerdev：底层以太网设备（真实数据传输的载体）。
- upperdev：虚拟无线设备（如 wlan0）。
- is_connected：标记是否连接到虚拟 AP。
- tx_packets/tx_failed：统计发送数据包数量。

3. 关键功能实现

(1) 模拟无线频段与速率

定义频段：
- 2.4GHz 和 5GHz 频段（band_2ghz 和 band_5ghz）。
- 支持 HT（802.11n）和 VHT（802.11ac）能力，包含 MCS 索引和信道宽度。
虚拟 BSS：通过 virt_wifi_inform_bss 生成固定 BSS（SSID VirtWifi，BSSID fake_router_bssid）。

(2) 扫描流程

触发扫描：用户空间发起扫描请求（如 iw dev wlan0 scan）。
模拟扫描结果：
- 延迟 2 秒后调用 virt_wifi_scan_result。
- 通过 cfg80211_inform_bss 上报虚拟 BSS。
- 调用 cfg80211_scan_done 通知扫描完成。

(3) 连接流程

发起连接：用户空间指定 SSID 和 BSSID（需匹配 VIRT_WIFI_SSID 和 fake_router_bssid）。
延迟连接完成：2 秒后调用 virt_wifi_connect_complete。
- 验证 SSID/BSSID 匹配性。
- 通过 cfg80211_connect_result 上报连接结果。
- 设置 netif_carrier_on 激活接口。

(4) 数据传输

发送路径（virt_wifi_start_xmit）：
- 若未连接，丢弃数据包并统计失败。
- 若已连接，将数据包转发到底层以太网设备（lowerdev）。
接收路径（virt_wifi_rx_handler）：
- 拦截底层设备的数据包。
- 若已连接，修改 skb->dev 为虚拟设备，模拟无线接收。

4. 内核接口与交互

(1) `cfg80211_ops` 实现

核心操作：
- scan：处理扫描请求。
- connect/disconnect：处理连接与断开。
- get_station/dump_station：返回模拟的站点统计信息（如信号强度、速率）。

(2) 网络设备操作

**virt_wifi_ops**：定义虚拟设备的 ndo_start_xmit（发送）、ndo_open（打开）、ndo_stop（关闭）等方法。
**rtnl_link_ops**：注册虚拟网络设备的创建（newlink）和销毁（dellink）逻辑。

5. 模块初始化与清理

初始化（virt_wifi_init_module）：
- 生成随机 MAC 地址作为虚拟 AP 的 BSSID。
- 注册网络设备通知器（virt_wifi_notifier）。
- 创建公共 wiphy 设备并注册 rtnl_link_ops。
清理（virt_wifi_cleanup_module）：
- 注销网络设备链接和 wiphy 设备。
- 取消所有未完成的扫描和连接任务。

6. 关键代码片段解析

(1) 虚拟 BSS 上报

static void virt_wifi_inform_bss(struct wiphy *wiphy) {
    // 生成固定 BSS 信息（SSID: VirtWifi，信号强度 -50dBm）
    cfg80211_inform_bss(wiphy, &channel_5ghz, CFG80211_BSS_FTYPE_PRESP,
                       fake_router_bssid, tsf, WLAN_CAPABILITY_ESS, 0,
                       (void *)&ssid, sizeof(ssid), DBM_TO_MBM(-50), GFP_KERNEL);
}

(2) 连接结果验证

static void virt_wifi_connect_complete(struct work_struct *work) {
    // 检查 SSID 和 BSSID 是否匹配预设值
    bool right_ssid = (priv->connect_requested_ssid_len == VIRT_WIFI_SSID_LEN) &&
                      !memcmp(priv->connect_requested_ssid, VIRT_WIFI_SSID,
                              priv->connect_requested_ssid_len);
    bool right_addr = ether_addr_equal(requested_bss, fake_router_bssid);

    if (!right_ssid || !right_addr)
        status = WLAN_STATUS_UNSPECIFIED_FAILURE;
    else
        priv->is_connected = true;
}

(3) 数据包接收处理

static rx_handler_result_t virt_wifi_rx_handler(struct sk_buff **pskb) {
    // 仅当连接成功时，将数据包传递给虚拟接口
    if (!priv->is_connected)
        return RX_HANDLER_PASS;

    skb->dev = priv->upperdev;
    return RX_HANDLER_ANOTHER;
}

7. 潜在限制与改进方向

(1) 限制

固定 SSID/BSSID：只能连接到预设的 VirtWifi 网络。
信号模拟简单：信号强度和速率固定，无法动态调整。
依赖底层设备：实际数据传输依赖以太网设备（lowerdev）。

(2) 改进方向

动态配置：允许用户空间设置 SSID/BSSID 和信号参数。
多虚拟 AP 支持：扩展以支持多个虚拟 AP 的扫描和连接。
增强加密支持：模拟 WPA2/WPA3 握手流程。