USB协议介绍二传输

传输
不像 RS-232 和其他类似的串口协议，USB 实际上由多层协议构造而成，不过大部分底层的协议都在 Controller 端上的硬件或者固件进行处理了，最终开发者所要关心的只有上层协议。
USB Packet
在 HCI 之下，实际传输的数据包称为 Packet，每次上层 USB 传输都会涉及到 2-3 次底层的 Packet 传输，分别是:
Token Packet: 总是由主机发起，指示一次新的传输或者事件
In: 告诉 USB 设备，主机我想要读点信息
Out: 告诉 USB 设备，主机我想要写点信息
Setup: 用于开始 Control Transfer

Data Packet: 可选，表示传输的数据，可以是主机发送到设备，也可以是设备发送到主机
Data0
Data1

Status Packet: 状态包，用于响应传输，以及提供纠错功能
Handshake Packets: ACK/NAK/STALL
Start of Frame Packets

Transfer
基于这些底层包，USB 协议定义了四种不同的传输类型，分别对应上节中的四种端点类型，分别是:
Control Transfers: 主要用来发送状态和命令，比如用来请求设备、配置等描述以及选择和设置指定的描述符。只有控制端点是双向的。
Interrupt Transfers: 由于 USB 协议是主机主导的，设备端的中断信息需要被及时响应，就要用到中断传输，其提供了有保证的延迟以及错误检测和重传功能。中断传输通常是非周期性的，并且传输过程保留部分带宽，常用于时间敏感的数据，比如键盘、鼠标等 HID 设备。
Isochronous Transfers: 等时传输，如其名字所言，该类传输是连续和周期性的，通常包含时间敏感的信息，比如音频或视频流。因此这类传输不保证到达，即没有 ACK 响应。
Bulk Transfers: 用于传输大块的突发数据(小块也可以)，不保留带宽。提供了错误校验(CRC16)和重传机制来保证传输数据的完整性。块传输只支持高速/全速模式。
这里以控制传输(Control Transfers)为例，来看看底层 Packet 如何组成一次完整的传输。控制传输实际上又可能最多包含三个阶段，每个阶段在应用层可以看成是一次 “USB 传输” (在Wireshark中占一行)，分别是:

Setup Stage: 主机发送到设备的请求，包含三次底层数据传输

Setup Token Packet: 指定地址和端点号(应为0)
Data0 Packet: 请求数据，假设是 8 字节的 Device Descriptor Request
ACK Handshake Packet: 设备的响应，不允许用 STALL 或者 NAK 来响应 Setup Packet

Data Stage: 可选阶段，包含一个或者多个 IN/OUT 传输，以 IN 为例，也包含三次传输
IN Token Packet: 表示主机端要从设备端读数据
Datax Packet: 如果上面 Setup Stage 是 Device Descriptor Request，这里返回 Device Descriptor Response (的前8字节，然后再根据实际长度再 IN 一次)。
ACK/STALL/NAK Status Packet

Status Stage: 报告本次请求的状态，底层也是三次传输，但是和方向有关:
如果在 Data Stage 发送的是 IN Token，则该阶段包括:
OUT Token
Data0 ZLP(zero length packet): 主机发送长度为0的数据
ACK/NACK/STALL: 设备返回给主机
如果在 Data Stage 发送的是 OUT Token，则该阶段包括:
IN Token
Data0 ZLP: 设备发送给主机，表示正常完成，否则发送 NACK/STALL
ACK: 如果是 ZLP，主机响应设备，双向确认

每个阶段的数据都有自己的格式，例如 Setup Stage 的 Request，即 Data0 部分发送的 8 字节数据结构如下:
struct usb_ctrlrequest {
__u8 bRequestType; // 对应 USB 协议中的 bmRequestType，包含请求的方向、类型和指定接受者
__u8 bRequest; // 决定所要执行的请求
__le16 wValue; // 请求参数
__le16 wIndex; // 同上
__le16 wLength; // 如果请求包含 Data Stage，则指定数据的长度
} attribute ((packed));

下面是一些标准请求的示例:
bmRequestType bRequest wValue wIndex wLength Data
1000 0000b GET_STATUS (0x00) Zero Zero Two Device Status
0000 0000b CLEAR_FEATURE (0x01) Feature Selector Zero Zero None
0000 0000b SET_FEATURE (0x03) Feature Selector Zero Zero None
0000 0000b SET_ADDRESS (0x05) Device Address Zero Zero None
1000 0000b GET_DESCRIPTOR (0x06) Descriptor Type & Index Zero or Language ID Descriptor Length Descriptor
0000 0000b SET_DESCRIPTOR (0x07) Descriptor Type & Index Zero or Language ID Descriptor Length Descriptor
1000 0000b GET_CONFIGURATION (0x08) Zero Zero 1 Configuration Value
0000 0000b SET_CONFIGURATION (0x09) Configuration Value Zero Zero None
ref: https://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb6.shtml
虽然 HCI 之下传输的数据包大部分情况下对应用开发者透明，但是了解底层协议发生了什么也有助于加深我们对 USB 的理解，后文中介绍 checkm8 漏洞时候就用到了相关知识。

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