第06章名字與地址轉(zhuǎn)換編程

第6章

名字與地址轉(zhuǎn)換編程知識點：

域名系統(tǒng)作用域名系統(tǒng)對應記錄從域名解析對應IP從IP解析對應域名現(xiàn)在的網(wǎng)絡都是使用名字來訪問服務器的，而不是使用地址來訪問。那它們是怎么轉(zhuǎn)換的呢？答案就是利用名字與地址的轉(zhuǎn)換函數(shù)實現(xiàn)的：gethostbyname和gethostbyaddr在主機名字與IP地址間進行轉(zhuǎn)換，getservbyname和getservbyport在服務名字和端口號間進行轉(zhuǎn)換，并且還要介紹兩個與協(xié)議無關的getaddrinfo和getnameinfo函數(shù)域名系統(tǒng)就是通常所說的DNS（DomainNameSystem）系統(tǒng)，而DNS系統(tǒng)主要用于主機名與IP地址間的映射，同時還可以通過主機名或主機地址獲取主機的相關信息。那么在DNS系統(tǒng)中是怎樣實現(xiàn)主機名與IP地址間的映射的呢？答案就是通過資源記錄來實現(xiàn)。在DNS中的條目稱為資源記錄RR（ResourceRecord），它們主要有以下幾類：（1）A。A記錄將一個域名地址對應一個32bit的IPv4地址。（2）AAAA。AAAA記錄（稱為“四A”記錄）將主機名映射為128位的IPv6地址。（3）NS。NS記錄用于指定一個域名服務器，它負責定義由哪個域名服務器負責管理維護本區(qū)域的記錄。（4）MX．MX記錄用于指定一臺主機的域名，所有發(fā)送到本域的電子郵件都由這臺主機接收。（5）PTR。PTR記錄（稱為“指針記錄”）將IP地址映射為主機名。（6）CNAME。CNAME代表CanonicalName（規(guī)范名字），作用是允許主機建立別名。名字解析過程應用程序代碼解析器代碼解析器配置文件函數(shù)調(diào)用函數(shù)返回本地名字服務器其他名字服務器UDP請求UDP應答應用進程gethostbyname()函數(shù)找主機名最基本的函數(shù)gethostbyname()，該函數(shù)執(zhí)行如果成功，它返回一個指向結(jié)構(gòu)hostent的指針，該結(jié)構(gòu)中包含了該主機的所有IPv4地址或IPv6地址；如果失敗返回空指針。#include<netdb.h> structhostent*gethostbyname(constchar*hostname);參數(shù)hostname是主機的域名地址，函數(shù)將查詢的結(jié)果作為參數(shù)返回。如果失敗返回空指針；如果成功此參數(shù)返回的非空指針指向如下的hostent結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)hostentstructhostent { char*h_name; /*主機的正式名稱*/ char**h_aliases; /*主機的別名列表*/ int h_addrtype; /*主機地址類型*/ int h_length；

/*主機地址長度*/ char**h_addr_list; *主機IP地址的列表*/ };#defineh_addrh_addr_list[0] /*在列表中的第一個地址*/gethostbyname返回的信息h_nameh_aliasesh_addrtypeh_lengthh_addr_listhostent{}正式主機名\0別名1\0別名2\0IP地址1IP地址2IP地址3NULLNULLAF_INETin_addr{}in_addr{}in_addr{}gethostbyname()函數(shù)是怎樣工作的原來gethostbyname函數(shù)首先在/etc/hosts文件中查找是否有匹配的主機名。如果沒有，則根據(jù)在域名解析配置文件/etc/resolv.conf中指定的本地域名服務器的地址向本地域名服務器發(fā)送地址解析請求。如果本地域名服務器能夠解析，則返回UDP數(shù)據(jù)包說明結(jié)果，否則本地域名服務器將向上一層的域名服務器發(fā)送域名解析請求。下面舉個例子來看看gethostbyname()函數(shù)#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#include<netdb.h>

main(intargc,constchar**argv){ulong_taddr;structhostent*hp;char**p;if(argc!=2){(void)printf("usage:%shost_name\n",argv[0]);exit(1);}hp=gethostbyname(argv[1]);if(hp==NULL){(void)printf("hostinformationfor%snotfound\n",argv[1]);exit(2);}for(p=hp->h_addr_list;*p!=0;p++){structin_addrin;char**q;(void)memcpy(&in.s_addr,*p,sizeof(in.s_addr));(void)printf("%s\t%s",inet_ntoa(in),hp->h_name);for(q=hp->h_aliases;*q!=0;q++)(void)printf("%s",*q);(void)putchar('\n');}exit(0);}RES_USE_INET6解析器選項解析器選項是用來通知解析器讓gethostbyname返回的是IPv6地址而不是IPv4地址。設置該選項的方法有以下3種：（1）應用程序可以設置此選項（2）如果環(huán)境變量RES_OPTIONS中含有串inet6，則此選項打開（3）在配置文件中如果包含“optionsinet6”時選項打開，但如果這樣設置了，則此選項影響主機上調(diào)用解析器函數(shù)的所有應用程序，因此這項技術要在結(jié)構(gòu)hostent中返回的IPv6地址可以被主機上的所有應用程序處理時才能使用。gethostbyname2函數(shù)對IPv6的支持gethostbyname2()函數(shù)，該函數(shù)有兩個參數(shù)，并允許指定地址族。#include<netdb．h>structhostent*gethostbyname2(constchar*hostname,intfamily)返回：若為非空指針，則表示成功；若為空指針，則表示出錯，同時設置h_errno。該函數(shù)的返回值與gethostbyname的返回值相同，為一個指向結(jié)構(gòu)hostent的指針。該函數(shù)的邏輯依賴于參數(shù)family和解析器選項RES_USE_INET6反向域名解析函數(shù)gethostbyaddr()gethostbyaddr()函數(shù)的作用是可以查詢指定的IP地址對應的主機域名地址。函數(shù)的形式如下：#include<netdb．h>structhostent*gethostbyaddr(constchar*addr,size_tlen,intfamily);返回：若為非空指針，則表示成功；若為空指針，則表示出錯，同時設置h_errno。該函數(shù)同樣返回一個指向結(jié)構(gòu)hostent的指針。而在參數(shù)中，參數(shù)addr不是char*類型，而是一個真正指向含有IPv4或IPv6地址的結(jié)構(gòu)in_addr或in6_addr的指針；len是此結(jié)構(gòu)的大小，對于IPv4地址為4，對于IPv6地址為16；參數(shù)family為AF_INET或AF_INET6。main(intargc,constchar**argv){ulong_taddr;structhostent*hp;char**p;if(argc!=2){printf("usage:%sIP-address\n",argv[0]);exit(1);}if(((addr=inet_addr(argv[1]))==-1){printf("IP-addressmustbeoftheforma.b.c.d\n");exit(1);}hp=gethostbyaddr((char*)&addr,sizeof(addr),AF_INET);if(hp==NULL){printf("hostinformationfor%snotfound\n",argv[1]);exit(1);}for(p=hp->h_addr_list;*p!=0;p++){structin_addrin;char**q;memcpy(&in.s_addr,*p,sizeof(in.s_addr));printf("%s\t%s",inet_ntoa(in),hp->h_name);for(q=hp->h_aliases;*q!=0;q++)printf("%s",*q);}exit(0);}[root@localhosttest]#./blocalhost.localdomainlocalhost地址轉(zhuǎn)換例子#include<netdb.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>intmain(intargc,char*argv[]){structsockaddr_inaddr;structhostent*he;char**alias;if(argc<2){printf("Usage:%sname|IP",argv[0]);exit(1);}地址轉(zhuǎn)換例子（cont.）

argv++;for(;*argv!=NULL;argv++){if(inet_aton(*argv,&addr.sin_addr)!=0){he=gethostbyaddr((char*)&addr,sizeof(addr),AF_INET);printf("addressinformationofIP%s:\n",*argv);}else{he=gethostbyname(*argv);printf("addressinformationofhost%s:\n",*argv);}if(he==NULL){printf("noaddressinformationof%s\n",*argv);continue;}地址轉(zhuǎn)換例子（cont.）

printf("Officaialhostname:%s\n",he->h_name);printf("namealiases:");for(alias=he->h_aliases;*alias!=NULL;alias++)printf("%s\n",*alias);printf("\nIPaddresses:");for(alias=he->h_addr_list;*alias!=NULL;alias++)printf("%s\n",inet_ntoa(*(structin_addr*)(*alias)));}}uname()函數(shù)該函數(shù)功能如同它的名字一樣，即返回當前主機的名字，它返回的信息比較完整。下一節(jié)將介紹返回主機名字的另一個函數(shù)，但它返回的信息就相對少些。經(jīng)常與函數(shù)gethostbyname()一起用來確定本地主機的IP地址。它的具體形式如下：#include<sys/utsname．h> intuname(structutsname*name);返回：若為非負值，則表示成功；若為-1，則表示出錯。uname函數(shù)該函數(shù)返回本機的名字，它不是解析器庫中的一部分，但它經(jīng)常與gethostbyname函數(shù)一起用來確定本地主機IP地址；函數(shù)的參數(shù)是“值－結(jié)果”參數(shù)，其類型如下：#defineUTS_NAMESIZE 16#defineUTS_NODESIZE 256structutsname{ charsysname[UTS_NAMESIZE]; /*nameofthisoperatingsystem*/ charnodename[UTS_NODESIZE]; /*主機的名字*/ charrelease[UTS_NAMESIZE]; /*O.S內(nèi)部版本*/ charversion[UTS_NAMESIZE]; /*O.S發(fā)行版本號*/ charmachine[UTS_NAMESIZE]; /*硬件版本*/}獲取本機IP地址#include<netdb.h>#include<sys/utsname.h>#include<netinet/in.h>#include<stdio.h>intmain(void){structhostent*he;structutsnamemyname;structin_addraddr;chartemp[100];if(uname(&myname)<0)return(0);獲取本機IP地址（續(xù)）

if((he=gethostbyname(myname.nodename))==NULL){perror("error.");exit(1);}printf("OSnameis%s\n",myname.sysname);printf("nodenameis%s\n",myname.nodename);printf("OSversionreleaseis%s\n",myname.release);printf(“hardwareversionis%s\n”,myname.version);printf("hardwaretypeis%s\n",myname.machine);memcpy(&addr,he->h_addr,sizeof(addr));printf("hostIPis%s\n",inet_ntoa(addr));return(0);}gethostname函數(shù)該函數(shù)同樣返回當前主機的名字，但返回信息比上節(jié)介紹的函數(shù)少，該函數(shù)形式如下：#include<unistd．h>int gethostname(char*name,size_tnamelen);返回：若為0，則表示成功；若為-1，則表示出錯。name是指向主機名存儲位置的指針，namelen是此數(shù)組的大小。如果有空間，主機名以空字符結(jié)束。主機名的最大長度通常是由頭文件<sys/param.h>定義的常值MAXHOSTNAMELEN。#include<unistd.h>intmain(){charbuf[100];size_tnamelen;namelen=sizeof(buf);gethostname(buf,namelen);printf("hostnameis%s\n",buf);}getservbyname和getservbyport函數(shù)函數(shù)getservbyname()可以通過服務名來獲取服務器端口號，函數(shù)的形式如下：#include<netdb．h>structservent*getservbyname(constchar*servname,constchar*protoname);返回：若為非空指針，則表示成功；若為空指針，則表示出錯。函數(shù)是getservbyport()函數(shù)，該函數(shù)的作用是通過端口號來獲取服務名，它是反向的查詢服務名稱，即功能與getservbyname()函數(shù)相反。下面就來看一下它的具體形式：#include<netdb．h>structservent*getservbyport(intport,constchar*protname);返回：若為非空指針，則表示成功；若為空指針，則表示出錯。獲取服務名字函數(shù)該函數(shù)根據(jù)服務器提供的服務名字獲取服務器的有關信息；在/etc/services文件中查找。參數(shù)servname指向服務的名字，如”domain”,”ftp”,”www”;函數(shù)返回的結(jié)構(gòu)如下：structservent{ char *s_name; /*officialservicename*/ char **s_aliases; /*aliaslist*/ int s_port; /*portnumber,net-byteorder*/ char *s_proto; /*protocoltouse*/}如：structservent*ptr;sptr=getservbyname(“FTP”,“TCP”);#include<netdb.h>intmain(){structservent*ptr;ptr=getservbyname("ssh",NULL);if(ptr==NULL){perror("error");exit(0);}printf("portis:%d",ntohs(ptr->s_port));}獲取服務名字函數(shù)（cont.）#include<netdb.h>structservent*getservbyport(intport,constchar*protoname);

返回：非空指針－成功；空指針－出錯。該函數(shù)根據(jù)端口號和可選的協(xié)議查找相應的服務；參數(shù)port必須為網(wǎng)絡字節(jié)序；如：structservent*sptr;sptr=getservbyport(htons(53),“UDP); /*DNSusingUDP*/sptr=getservbyport(htons(21),“TCP”); /*FTPusingTCP*/sptr=getservbyport(htons(21),NULL); /*FTPusingTCP*/sptr=getservbyport(htons(21),”UDP”); /*thiscallwillfail*/#include<netdb.h>#include<errno.h>#include<stdio.h>intmain(){structservent*srv;inti;for(i=1;i<100;i++){srv=getservbyport(htons(i),NULL);if(srv==NULL){printf("PORT%dnoservice\n",i);}elseprintf("PORT:%dservice:%s\n",i,srv->s_name);}}獲取套接字的地址信息#include<sys/socket.h>intgetsockname(intsockfd,structsockaddr*localaddr,socklen_t*len);intgetpeername(intsockfd,structsockaddr*peeraddr,socklen_t*len);

均返回：0－成功；-1－出錯getsockname函數(shù)返回套接字的本地地址；而后者返回套接字對應的遠程地址；一般在以下三中情況下調(diào)用這兩個函數(shù)：客戶機在connect后，用getsockname獲取系統(tǒng)選擇的ip和端口號；以INADDR_ANY調(diào)用bind的服務器，在接收到連接后（即accept后），調(diào)用getsockname獲取系統(tǒng)選擇的IP地址；服務器獲得連接后，并exec真正的程序后。只能用getpeername獲取客戶套接字地址；getaddrinfo、gai_strerror和host_serv函數(shù)getaddrinfo()函數(shù)在庫函數(shù)中隱藏了所有協(xié)議依賴性，因此應用程序只需要處理由getaddrinfo填寫的套接口地址結(jié)構(gòu)即可。該函數(shù)的形式如下：#include<netdb．h>intgetaddrinfo(constchar*hostname,constchar*service,conststructaddrinfo*hints,structaddrinfo**result);返回：若成功返回0，若出錯返回非0。getaddrinfo函數(shù)ai_family指定了地址族，可取值如下：

AF_INET

2

IPv4

AF_INET6

23

IPv6

AF_UNSPEC

0

協(xié)議無關#ai_socktype指定套接字的類型

SOCK_STREAM

1

流

SOCK_DGRAM

2

數(shù)據(jù)報在AF_INET通信域中套接字類型SOCK_STREAM的默認協(xié)議是TCP（傳輸控制協(xié)議）

在AF_INET通信域中套接字類型SOCK_DGRAM的默認協(xié)議是UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）getaddrinfo函數(shù)ai_flags指定了如何來處理地址和名字,可取值如下：

gai_strerror()函數(shù)，該函數(shù)返回的非零錯誤值的名字和含義如表6-2所示。gai_strerror()函數(shù)以這些值作為它的一個參數(shù)，返回指向?qū)某鲥e信息字符串的指針。該函數(shù)形式如下：# include<netdb．h> char*gai_strerror(interror);返回：一個指向描述出錯信息字符串的指針。填寫hints結(jié)構(gòu)的函數(shù)，即host_serv()函數(shù)，它以地址族和套接口類型作為參數(shù)，形式如下：#include"unp.h"structaddrinfo*host_serv(constchar*hostname,constchar*service,int

family,intsocktype);返回：若成功返回指向addrinfo結(jié)構(gòu)的指針，若出錯返回NULL。freeaddrinfo函數(shù)getaddrinfo()函數(shù)返回的存儲空間，包括addrinfo結(jié)構(gòu)、ai_addr結(jié)構(gòu)和ai_canonname字符串，都是用malloc動態(tài)獲取的。這些空間可調(diào)用freeadddrinfo()函數(shù)釋放。下面就來看一下這個函數(shù)。#include<netdb．H>voidfreeaddrinfo(structaddrinfo*ai);該函數(shù)的參數(shù)ai指向getaddrinfo返回的第一個addrinfo結(jié)構(gòu)，因此該鏈表中的所有結(jié)構(gòu)和這些結(jié)構(gòu)所指向的動態(tài)存儲空間都將被釋放。這樣可以通過它來回收資源，同時如果在getaddrinfo()函數(shù)中調(diào)用某個操作時失敗，也可以調(diào)用freeaddrinfo()函數(shù)來對錯誤進行處理。使用getaddrinfo的TCP和UDP有了host_serv()函數(shù)后，現(xiàn)在來看一下getaddrinfo在TCP中的應用，先從tcp_connect()函數(shù)著手，該函數(shù)執(zhí)行客戶程序的一般操作步驟是：創(chuàng)建一個TCP套接口并與服務器建立連接，它的形式如下：#include"unp.h"inttcp_connect(constchar*hostname,constchar*service);返回：若成功則返回已連接套接口的描述字，若出錯則不返回。#include"unp.h"

inttcp_connect(constchar*host,constchar*serv){intsockfd,n;structaddrinfohints,*res,*ressave;bzero(&hints,sizeof(structaddrinfo));hints.ai_family=AF_UNSPEC;hints.ai_socktype=SOCK_STREAM;if((n=getaddrinfo(host,serv,&hints,&res))!=0)err_quit("tcp_connecterrorfor%s,%s:%s",host,serv,gai_strerror(n));ressave=res;do{sockfd=socket(res->ai_family,res->ai_socktype,res->ai_protocol);if(sockfd<0)continue; /*ignorethisone*/if(connect(sockfd,res->ai_addr,res->ai_addrlen)==0)break; /*success*/Close(sockfd); /*ignorethisone*/}while((res=res->ai_next)!=NULL);if(res==NULL) /*errnosetfromfinalconnect()*/err_sys("tcp_connecterrorfor%s,%s",host,serv);freeaddrinfo(ressave);return(sockfd);}當用此函數(shù)時如果getaddrinfo()失敗，或所有connect()失敗，這個函數(shù)（以及在以下描述的給getaddrinfo()提供一些簡單接口的其他函數(shù)）將終止。只有在成功時這個函數(shù)才返回。接下來看一下另一個函數(shù)tcp_listen()，它是用來執(zhí)行TCP服務器程序的一般操作步驟，即創(chuàng)建一個TCP套接口，給它捆綁服務器的眾所周知端口，并允許接收外來的連接請求，該函數(shù)形式如下：#include"unp．H"inttcp_listen(constchar*hostname,constchar*service,socklen_t*lenptr);返回：若成功返回已連接套接口描述字，若出錯則不返回。#include"unp.h"

inttcp_listen(constchar*host,constchar*serv,socklen_t*addrlenp){intlistenfd,n;constinton=1;structaddrinfo hints,*res,*ressave;bzero(&hints,sizeof(structaddrinfo));hints.ai_flags=AI_PASSIVE;hints.ai_family=AF_UNSPEC;hints.ai_socktype=SOCK_STREAM;if((n=getaddrinfo(host,serv,&hints,&res))!=0)err_quit("tcp_listenerrorfor%s,%s:%s",host,serv,gai_strerror(n));ressave=res;do{listenfd=socket(res->ai_family,res->ai_socktype,res->ai_protocol);if(listenfd<0) continue; /*error,trynextone*/Setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on));if(bind(listenfd,res->ai_addr,res->ai_addrlen)==0)break; /*success*/Close(listenfd); /*binderror,closeandtrynextone*/}while((res=res->ai_next)!=NULL);if(res==NULL) /*errnofromfinalsocket()orbind()*/err_sys("tcp_listenerrorfor%s,%s",host,serv);Listen(listenfd,LISTENQ);if(addrlenp)*addrlenp=res->ai_addrlen; /*returnsizeofprotocoladdress*/freeaddrinfo(ressave);return(listenfd);}到現(xiàn)在為止，已用以上兩個函數(shù)的源碼介紹了getaddrinfo()函數(shù)在TCP中的一些應用，這將對理解getaddrinfo()函數(shù)有很大的幫助，但是這是在TCP中的應用，那么在UDP中又是怎樣的情況呢？同樣分別通過udp_client()、udp_connect()、udp_server()三個函數(shù)來解答這個問題。因為提供了一個創(chuàng)建未連接UDP套接口的客戶函數(shù)給getaddrinfo()，所以在UDP中getaddrinfo()函數(shù)的應用有所改變。而另一個函數(shù)udp_connect()則提供一個創(chuàng)建已連接UDP的套接口。首先來看一下udp_client()函數(shù)，該函數(shù)的作用是創(chuàng)建一個未連接UDP套接口，返回3項數(shù)據(jù)：第一，返回值是套接口描述字；第二，saptr是一個指向套接口地址結(jié)構(gòu)（由udp_client動態(tài)分配）的指針（由調(diào)用者聲明）的地址，在這個結(jié)構(gòu)中存放目的IP地址和端口號，用來調(diào)用sendto()，套接口地址結(jié)構(gòu)的大小在1enp指向的變量中返回；最后一個參數(shù)不能是空指針（tcp_listen的最后一個參數(shù)是允許的），因為套接口地址結(jié)構(gòu)的長度在調(diào)用函數(shù)sendto()和recvfrom()時都是需要的，該函數(shù)的形式如下：#include"unp.h"intudp_client(constchar*hostname,constchar*service,void**saptr,

socklen_t*lenp);返回：若成功返回未連接套接口的描述字，若出錯則不返回。#include"unp.h"

intudp_client(constchar*host,constchar*serv,void**saptr,socklen_t*lenp){intsockfd,n;structaddrinfo hints,*res,*ressave;bzero(&hints,sizeof(structaddrinfo));hints.ai_family=AF_UNSPEC;hints.ai_socktype=SOCK_DGRAM;if((n=getaddrinfo(host,serv,&hints,&res))!=0)err_quit("udp_clienterrorfor%s,%s:%s",host,serv,gai_strerror(n));ressave=res;do{sockfd=socket(res->ai_family,res->ai_socktype,res->ai_protocol);f(sockfd>=0)break; /*success*/}while((res=res->ai_next)!=NULL);if(res==NULL) /*errnosetfromfinalsocket()*/err_sys("udp_clienterrorfor%s,%s",host,serv);*saptr=Malloc(res->ai_addrlen);memcpy(*saptr,res->ai_addr,res->ai_addrlen);*lenp=res->ai_addrlen;freeaddrinfo(ressave);return(sockfd);}接下來看一下udp_connect()函數(shù)，該函數(shù)創(chuàng)建一個已連接UDP套接口，該函數(shù)形式如下：#include"unp.h"intudp_connect(constchar*hostname,constchar*service);返回：如果成功則返回套接口描述字，若出錯則不返回。當?shù)玫揭堰B接UDP套接口后，在udp_client()函數(shù)中所需的后兩個參數(shù)就不再需要了。用戶可以用write函數(shù)代替sendto函數(shù)，于是就不再需要返回套接口地址結(jié)構(gòu)和它的長度了。

intudp_connect(constchar*host,constchar*serv){intsockfd,n;structaddrinfohints,*res,*ressave;bzero(&hints,sizeof(structaddrinfo));hints.ai_family=AF_UNSPEC;hints.ai_socktype=SOCK_DGRAM;if((n=getaddrinfo(host,serv,&hints,&res))!=0)err_quit("udp_connecterrorfor%s,%s:%s",host,serv,gai_strerror(n));ressave=res;do{sockfd=socket(res->ai_family,res->ai_socktype,res->ai_protocol);if(sockfd<0)continue; /*ignorethisone*/if(connect(sockfd,res->ai_addr,res->ai_addrlen)==0)break; /*success*/Close(sockfd); /*ignorethisone*/}while((res=res->ai_next)!=NULL);if(r