从QCA9880谈起，聊聊ath10k和hostapd的一些坑

1. 前言

前段时间给mini主机买了块3天线的网卡，QCA9880自带收发功放，开AP的效果比普通网卡好很多。于是对机箱做了些硬件改造，装上了三根天线。大概是下面这个样子：

但是在折腾AP的时候，还是遇到了一些问题。

2. 使用 5G 频段建立 AP

首先，我们需要安装非自由的firmware来使这块网卡正确工作

apt install firmware-atheros

1 2	apt install firmware-atheros

因为监管要求，各地区可用的wifi频段是不同的，5G频段的限制比2.4G严格许多。参考：Dynamic Frequency Selection (DFS)

大多数网卡都在芯片（EEPROM）里面存储了DFS设置，开源社区也为了做个遵纪守法的好青年，驱动程序也选择尊重DFS配置。但是代码终究是人写的，我们可以patch内核，来实现忽略DFS配置的目的。

下面是一份细致的操作步骤，不需要重新编译整个内核，注释里提供了相应的说明：

#!/bin/bash

# 首先下载和你当前内核版本对应的源码、头文件以及基本编译工具
apt install linux-source-4.18 build-essential linux-headers-`uname -r`

# 解压源码
cd /usr/src/
tar xvf linux-source-4.18.tar.xz
cd linux-source-4.18

# 下载ath10k的驱动patch（patch来源openwrt仓库，下面的链接是经过适配后的版本）
wget https://gist.github.com/renaudcerrato/02de8b2e8dc013bc71326defd2ef062c/raw/a2db325e520e6442c8c12f7599d64ac1b7596a3e/402-ath_regd_optional.patch

# patch代码
patch -p1 &lt; 402-ath_regd_optional.patch

# 拷贝内核配置文件及一些符号文件
cp /boot/config-`uname -r`  .config
cp /usr/src/linux-headers-`uname -r`/Module.symvers ./

# 开始编译（仅编译ath内核模块）
make oldconfig &amp;&amp; make prepare &amp;&amp; make scripts  
make -j4 M=drivers/net/wireless/ath

# 复制编译好的ko文件
cp drivers/net/wireless/ath/ath.ko /lib/modules/`uname -r`/kernel/drivers/net/wireless/ath/ath.ko

# 卸载旧内核模块，加载新模块，Done
depmod -a
modprobe -r ath &amp;&amp; modprobe ath  # you may need to unload ath10k_pci, ath10k_core..。etc.

#!/bin/bash

# 首先下载和你当前内核版本对应的源码、头文件以及基本编译工具

apt install linux-source-4.18 build-essential linux-headers-`uname -r`

# 解压源码

cd /usr/src/

tar xvf linux-source-4.18.tar.xz

cd linux-source-4.18

# 下载ath10k的驱动patch（patch来源openwrt仓库，下面的链接是经过适配后的版本）

wget https://gist.github.com/renaudcerrato/02de8b2e8dc013bc71326defd2ef062c/raw/a2db325e520e6442c8c12f7599d64ac1b7596a3e/402-ath_regd_optional.patch

# patch代码

patch -p1 < 402-ath_regd_optional.patch

# 拷贝内核配置文件及一些符号文件

cp /boot/config-`uname -r` .config

cp /usr/src/linux-headers-`uname -r`/Module.symvers ./

# 开始编译（仅编译ath内核模块）

make oldconfig && make prepare && make scripts

make -j4 M=drivers/net/wireless/ath

# 复制编译好的ko文件

cp drivers/net/wireless/ath/ath.ko /lib/modules/`uname -r`/kernel/drivers/net/wireless/ath/ath.ko

# 卸载旧内核模块，加载新模块，Done

depmod -a

modprobe -r ath && modprobe ath # you may need to unload ath10k_pci, ath10k_core..。etc.

3. hostapd 的参数配置

作为一款3x3的网卡，一堆牛逼的特性如果不开启的话，开AP的效果也是很糟糕的。在网络上搜索了半天，并各种参数搭配测试之后，这里给出一个QCA9880可用的hostapd配置文件。更多技术细节建议参考example文件里面的注释：zless /usr/share/doc/hostapd/examples/hostapd.conf.gz

interface=wlp1s0
driver=nl80211
hw_mode=a
channel=0          # 根据无线电环境自动选取合适的频道， 这里有试过指定channel，一直失败，暂未得解
max_num_sta=255


#Details for Connecting Clients via WPA2 TKIP
ssid=Test-AP
auth_algs=1
wpa=2
wpa_key_mgmt=WPA-PSK
wpa_pairwise=CCMP
rsn_pairwise=CCMP
wpa_passphrase=[your secret password]

#802.11d Regulatory Restrictions Designations for Which Frequencies and Channels are Legal
ieee80211d=1
country_code=US

#802.11n Configurations
ieee80211n=1
ht_capab=[LDPC][HT40+][SHORT-GI-20][SHORT-GI-40][TX-STBC][DSSS_CCK-40]

#802.11ac Configurations
ieee80211ac=1
vht_capab=[SHORT-GI-80][MAX-MPDU-11454][RXLDPC][TX-STBC-2BY1][MAX-A-MPDU-LEN-EXP3][RX-ANTENNA-PATTERN][TX-ANTENNA-PATTERN]
vht_oper_chwidth=1

#How Many Units of Time Between Beacon Transmissions
beacon_int=100
#Multiplier of How Many Units of Time Between Beacon Transmissions  
dtim_period=2
#(e.g. 100 milliseconds(ms) * 2 = 200 ms between beacons)

#Something About WMM Clients Needing this
wmm_enabled=1

###To Be Completely Honest-- I'm Not Entirely Certain What the Rest of this file does

#QoS Type of Traffic Management Based on Traffic Type

#Background
wmm_ac_bk_cwmin=4
wmm_ac_bk_cwmax=10
wmm_ac_bk_aifs=7
wmm_ac_bk_txop_limit=0
wmm_ac_bk_acm=0

#Best Effort
wmm_ac_be_aifs=3
wmm_ac_be_cwmin=4
wmm_ac_be_cwmax=10
wmm_ac_be_txop_limit=0
wmm_ac_be_acm=0

#Video
wmm_ac_vi_aifs=2
wmm_ac_vi_cwmin=3
wmm_ac_vi_cwmax=4
wmm_ac_vi_txop_limit=94
wmm_ac_vi_acm=0

#Voice
wmm_ac_vo_aifs=2
wmm_ac_vo_cwmin=2
wmm_ac_vo_cwmax=3
wmm_ac_vo_txop_limit=47
wmm_ac_vo_acm=0

interface=wlp1s0

driver=nl80211

hw_mode=a

channel=0 # 根据无线电环境自动选取合适的频道，这里有试过指定channel，一直失败，暂未得解

max_num_sta=255

#Details for Connecting Clients via WPA2 TKIP

ssid=Test-AP

auth_algs=1

wpa=2

wpa_key_mgmt=WPA-PSK

wpa_pairwise=CCMP

rsn_pairwise=CCMP

wpa_passphrase=[your secret password]

#802.11d Regulatory Restrictions Designations for Which Frequencies and Channels are Legal

ieee80211d=1

country_code=US

#802.11n Configurations

ieee80211n=1

ht_capab=[LDPC][HT40+][SHORT-GI-20][SHORT-GI-40][TX-STBC][DSSS_CCK-40]

#802.11ac Configurations

ieee80211ac=1

vht_capab=[SHORT-GI-80][MAX-MPDU-11454][RXLDPC][TX-STBC-2BY1][MAX-A-MPDU-LEN-EXP3][RX-ANTENNA-PATTERN][TX-ANTENNA-PATTERN]

vht_oper_chwidth=1

#How Many Units of Time Between Beacon Transmissions

beacon_int=100

#Multiplier of How Many Units of Time Between Beacon Transmissions

dtim_period=2

#(e.g. 100 milliseconds(ms) * 2 = 200 ms between beacons)

#Something About WMM Clients Needing this

wmm_enabled=1

###To Be Completely Honest-- I'm Not Entirely Certain What the Rest of this file does

#QoS Type of Traffic Management Based on Traffic Type

#Background

wmm_ac_bk_cwmin=4

wmm_ac_bk_cwmax=10

wmm_ac_bk_aifs=7

wmm_ac_bk_txop_limit=0

wmm_ac_bk_acm=0

#Best Effort

wmm_ac_be_aifs=3

wmm_ac_be_cwmin=4

wmm_ac_be_cwmax=10

wmm_ac_be_txop_limit=0

wmm_ac_be_acm=0

#Video

wmm_ac_vi_aifs=2

wmm_ac_vi_cwmin=3

wmm_ac_vi_cwmax=4

wmm_ac_vi_txop_limit=94

wmm_ac_vi_acm=0

#Voice

wmm_ac_vo_aifs=2

wmm_ac_vo_cwmin=2

wmm_ac_vo_cwmax=3

wmm_ac_vo_txop_limit=47

wmm_ac_vo_acm=0

4. ath10k 驱动的 TCP 速率控制问题

在上面的步骤都完成之后，成功开启了5G频段的wifi。通过iperf3进行网速测试，结果如下：

AP ==&gt; Client: 
    TCP: &lt;20Mbps
    UDP: 300~500 Mbps

Client ==&gt; AP:
    TCP: 400~500 Mbps
    UDP: &gt; 300 Mbps

AP ==> Client:

TCP: <20Mbps

UDP: 300~500 Mbps

Client ==> AP:

TCP: 400~500 Mbps

UDP: > 300 Mbps

（测试机为笔记本电脑自带的两天线Intel 8265）

这个问题困扰了我很久，只有AP向外发送TCP数据的时候，速度慢得不可理喻。然而将AP用作NAT网关，Client和“外网”设备的TCP连接速度双向均能达到较高的速度。仔细查看 iperf3 的输出，发现AP向外发送TCP数据包的时候，TCP窗口（window）非常小，怀疑是TCP拥塞控制算法的问题。但是换成BBR，或者使用iperf3指定windows大小都无功而返。

在不知道过了多少天之后，再次捡起了这个问题，在 Google 的帮助下找到了以下三资料：

Poor performance of Atheros QCA6174 802.11ac
mac80211: Adjust TSQ pacing shift
Throughput regression with 'tcp: refine TSO autosizing'

很显然，问题出在mac80211部分的代码上，而这个patch第一次出现在4.16-rc5的代码中，因此只需要简单地升级一下内核就完事了。（我使用的是debian stretch，安装了backports里面4.18版本的内核后确实解决了这个问题。至于上面第三个链接，作者在最后给出了另一种解决办法，我并没有仔细查阅并测试，不做更多讨论）

5. 参考资料