UNP总结 Chapter 11 名字与地址转换

本章讲述在名字和数值地址间进行转换的函数：gethostbyname和gethostbyaddr在主机名字与IP地址间进行转换，getservbyname和getservbyport在服务器名字和端口号间进行转换。

1.域名系统

域名系统(Domain Name System，DNS)主要用于主机名与IP地址间的映射。主机名可以是简单名字，如solaris或bsdi，也可以是全限定域名FQDN(Fully Qualified Domain Name)，如solaris.kohala.com

1).资源记录

DNS中的条目称为资源记录RR(resource record)，一般感兴趣的有如下几个：

• A           A记录将主机名映射为32位的IPv4地址。
• AAAA     AAAA记录将主机名映射为128位的IPv6地址。
• PTR        PTR记录(称为"指针记录")将IP地址映射为主机名。对于IPv4地址，32位地址的四个字节顺序反转，每个字节都转换成他的十进制ASCII值(0~255)，然后附上in-addr.arpa，结果串用于PTR查询。对于IPv6地址，128位地址中的32个4位组顺序发转，每组被转换成相应的十六进制ASCII值(0~9, a~f)，并附上ip6.int。
• MX         MX记录指定一主机作为某主机的“邮件交换器”。
• CNAME   CNAME代表“canonical name(规范名字)”，其常见的用法是为常用服务如ftp和www指派一个CNAME记录。

2).解析器和名字服务器

组织运行一个或多个名字服务器(name server)， 它们通常就是所谓的BIND(Berkeley Internet Name Domain)程序。各种应用程序，如本书中我们编写的客户和服务器程序，通过调用称为解析器(resolver)的库中的函数来与DNS服务器联系。最常见的解析器函数是gethostbyname和gethostbyaddr。

2.gethostbyname函数

查找主机名最基本的函数是gethostbyname，如果调用成功，它就返回一个指向hostent的结构指针，该结构中含有所查找主机的所有IPv4地址，这个函数的局限是只能返回IPv4地址。

#include <netdb.h>
 
struct hostent *gethostbyname (const char *hostname);
//返回：若成功为非空指针，出错为NULL其设置h_error

本函数返回的空指针指向如下的hostent结构

struct hostent {
   char  *h_name;       /* official (canonical) name of host */
   char **h_aliases;    /* pointer to array of pointers to alias names */
   int    h_addrtype;   /* host address type: AF_INET */
   int    h_length;     /* length of address: 4 */
   char **h_addr_list;  /* ptr to array of ptrs with IPv4 addrs */
};

按照DNS的说法，gethostbyname执行的是对A记录查询。它只能返回IPv4地址

hostent结构如下所示

gethostbyname与我们所介绍的其他套接口函数不同之处在于：当发生错误时，他不设置errno，而是将全局整数h_errno设置为定义在头文件<netdb.h>中的下列常值中的一个：

• HOST_NOT_FOUND
• TRY_AGAIN
• NO_RECOVERTY
• NO_DATA(等同于NO_ADDRESS)

3.gethostbyaddr函数

gethostbyaddr函数试图有一个二进制的IP地址找到相应的主机名，与gethostbyname函数行为刚好相反

#include <netdb.h>
 
struct hostent *gethostbyaddr (const char *addr, socklen_t len, int family);
//返回：成功为空指针，出错为NULL并设置h_errno

本函数返回一个指向与之前所叙述一样的hostent结构的指针。

参数addr实际上不是char *类型，而是一个指向存放IPv4地址的某个in_addr结构的指针；len参数是这个结构的大小:地域IPv4地址为4，family参数为AF_INET

4.getservbyname和getservbyport函数

 1).像主机一样，服务也通常靠名字来认知，getservbyname函数用于根据给定名字查找相应服务，即：返回对应于给定服务名和协议名的相关服务信息(例如：端口号)

#include <netdb.h>

struct servent * getservbyname(const char * servname, const char * protoname);
 //返回： 非空指针-成功，空指针-出错

本函数返回的空指针指向如下的servent结构

struct servent {
  char   *s_name;      /* official service name */
  char  **s_aliases;   /* alias list */
  int     s-port;      /* port number, network-byte order */
  char   *s_proto;     /* protocol to use */
};

服务名servname必须指定，如果还指定了一个协议(即protoname为非空指针)，则结果表项也必须有匹配的协议。

servent结构中我们关心的主要字段是端口号。既然端口号是以网络字节序返回的，把它存储于套接口地址结构时绝对不能调用htons，对此函数的典型调用是：

struct servent *sptr;

sptr = getservbyname("domain", "udp"); /* DNS using UDP */
sptr = getservbyname("ftp", "tcp");    /* FTP using TCP */
sptr = getservbyname("ftp", NULL);     /* FTP using TCP */
sptr = getservbyname("ftp", "udp");    /* this call will fail */

2).函数getservbyport用于给定端口号和可选协议查找相应服务

#include <netdb.h>
 
struct servent *getservbyport (int port, const char *protoname);
//返回：成功非空指针，出错为NULL

port参数的值必须为网络字节序，本函数的典型调用如下：

struct servent *sptr;

sptr = getservbyport (htons (53), "udp"); /* DNS using UDP */
sptr = getservbyport (htons (21), "tcp"); /* FTP using TCP */
sptr = getservbyport (htons (21), NULL);  /* FTP using TCP */
sptr = getservbyport (htons (21), "udp"); /* this call will fail */

对于UDP，由于没有服务使用端口21，所以最后一个调用将失败。

5.getaddrinfo函数

getaddrinfo函数能够处理名字到地址以及服务到端口这两种转换，返回的是一个sockaddr结构而不是一个地址列表，这些sockaddr结构随后可由套接字函数直使用

#include <netdb.h>
 
int getaddrinfo (const char *hostname, const char *service, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **result) ;
 //返回：若成功为0，出错为非0(见后图11-7)

hostname参数是一个主机名或地址串，service参数是一个服务名或十进制端口字串，

本函数通过result指针参数返回一个指向addrinfo结构链表的指针，而addrinfo结构定义在头文件<netdb.h>

struct addrinfo {
   int          ai_flags;           /* AI_PASSIVE, AI_CANONNAME */
   int          ai_family;          /* AF_xxx */
   int          ai_socktype;        /* SOCK_xxx */
   int          ai_protocol;        /* 0 or IPPROTO_xxx for IPv4 and IPv6 */
   socklen_t    ai_addrlen;         /* length of ai_addr */
   char        *ai_canonname;       /* ptr to canonical name for host */
   struct sockaddr    *ai_addr;     /* ptr to socket address structure */
   struct addrinfo    *ai_next;     /* ptr to next structure in linked list */
};

同样，getaddrinfo函数的参数hints也为类型。hints参数可以的一个空指针，也可以指向addrinfo结构的指针，调用者可在这个结构中填入关于期望返回的信息类型的暗示。举例来说，如果指定的服务既支持TCP也支持UDP，那么调用者可以把hints结构中的ai_socktype成员设置成SOCK_DGRAM使得返回的仅仅是适用于数据报套接口的信息。

hints结构中调用者可以设置的成员有：

• ai_flags(零个或多个或在一起的AI_xxx值)
• ai_family(某个AF_xxx值)
• ai_socktype(某个SOCK_xxx值)
• ai_protocol

其中ai_flags成员可用的标志值及其含义 例如有 AI_PASSIVE(套接字将用于被动打开)，AI_CANONNAME(告知getaddrinfo函数返回主机的规范名字)等等

如果本函数返回成功，那么由result参数指向的变量已被填入一个指针，它指向的是由其中的ai_next成员串联起来的addrinfo结构链表。可以导致返回多个addrinfo结构的情形有以下2个：

• 如果与hostname参数关联的地址有多个，那么适用于所请求地址簇的每个地址都返回一个对应的结构。
• 如果service参数指定的服务支持多个套接口类型，那么每个套接口类型都可能返回一个对应的结构，具体取决于hints结构的ai_socktype成员。

我们必须先分配一个hints结构，把它清零后填写需要的字段，再调用getaddrinfo然后遍历一个链表逐个尝试每个返回地址。

实例程序：

struct addrinfo          hints, *res;

bzero(&hints, sizeof(hints) ) ;
hints.ai_flags = AI_CANONNAME;
hints.ai_family = AF_INET;

getaddrinfo("freebsd4", "domain", &hints, &res);

返回信息如下图：

--关于getaddrinfo如果用于IPv6，详见UNP

6.gai_strerror函数

下图给出了有getaddrinfo返回非0错误值的名字和含义

gai_strerror以这些值为它的参数，返回一个指向对应的出错信息串的指针

#include <netdb.h>
 
const char *gai_strerror (int error);
//返回错误描述消息字符串的指针

7.freeaddrinfo函数

函数getaddrinfo返回的所有存储空间通过调用freeaddrinfo返还给系统

#include <netdb.h>
 
void freeaddrinfo (struct addrinfo *ai);

ai应指向getaddrinfo返回的第一个addrinfo结构。在该链表中的所有结构，以及这些机构所指向的动态存储空间都将被释放。

只复制addrinfo结构，而不复制addrinfo结构所指向的其他结构，叫做浅拷贝或浅复制(shallow copy)。复制addrinfo结构，同时复制addrinfo结构所指向的其他结构，称为深拷贝或深复制(deep copy)。

8.getnameinfo函数

getnameinfo函数与getaddrinfo互补：它以一个套接口地址为参数，返回一个描述主机的字符串和一个描述服务的字符串。这个函数以一种独立于协议的方式提供这些信息

#include <netdb.h>
 
int getnameinfo (const struct sockaddr *sockaddr, socklen_t addrlen, char *host, socklen_t hostlen, 
                 char *serv, socklen_t servlen, int flags) ;
//成功为0，出错为非0(如gai_strerror函数中的表)

sockaddr指向包含协议地址的套接口地址结构，它将会被转换成可读的字符串，addrlen是结构的长度。这个结构和长度通常由accept, recvfrom, getsockname,getpeername返回

待返回的2个直观可读字符串由调用者预先分配存储空间，host和hostlen指定主机字串，serv和servlen指定服务字串。如果调用者不想返回主机字串或者服务字串，那就指定hostlen或者servlen为0.

sock_ntop和getnameinfo的差别在于，前者不涉及DNS，直接返回可输出的IP地址和端口号，后者通常试图给主机和服务的名字。

9.关于getaddrinfo的例子

这里仅给出tcp_listen函数，其余详见UNP

#include     "unp.h"

int
tcp_listen(const char *host, const char *serv, socklen_t *addrlenp)
{
    int      listenfd, n;
    const int on = 1;
    struct addrinfo hints, *res, *ressave;

    bzero(&hints, sizeof (struct addrinfo)) ;
    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_listen error for %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, try next one */

        Setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof (on) ) ;
        if (bind(listenfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) == 0)
            break;               /* success */
         Close (listenfd);        /* bind error, close and try next one */
     } while ( (res = res->ai_next) != NULL);
      if (res == NULL)            /* errno from final socket () or bind () */
         err_sys ("tcp_listen error for %s, %s", host, serv);
      Listen (listenfd, LISTENQ);
      if (addrlenp)
         *addrlenp = res->ai_addrlen;     /* return size of protocol address */
      freeaddrinfo (ressave);
      return (listenfd);
}