【TCP/IP】IP地址与域名之间的转换 - gethostbyname 和 gethostbyaddr函数

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域名系统

DNS服务器

IP地址和域名之间的转换

通过域名获取IP地址

通过IP地址获取域名

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域名系统

        域名系统（英文：Domain Name System，缩写：DNS）是互联网的一项服务。它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。

DNS服务器

        所有计算机中会保存记录默认DNS服务器的地址，通过默认DNS服务器便可得到相应域名的IP地址信息。在浏览器地址栏中输入域名后，浏览器会通过默认DNS服务器来获取该域名对应的IP地址信息，从而建立起与目标服务器之间的连接。

补充：

        在Linux系统中，有两条指令可以帮助我们查看DNS服务器地址及其对应的IP地址。

• ping：能够查看某一域名对应的IP地址
• nslookup：用于查询DNS的记录，查询域名解析是否正常，在网络故障时用来诊断网络问题

        计算机内置的默认DNS服务器并不知道网络上所有域名的IP地址。当默认DNS服务器无法解析时，则会询问其他DNS服务器，进行多次迭代直到查找到为止，最终把查询记录交还给用户。

        如上图，描述了在默认DNS服务器无法查找到目标域名IP地址时的更迭过程。不难看出，DNS是一种层次化管理的分布式数据库系统。

IP地址和域名之间的转换

        在之前，我们编写的程序都是以IP+端口号的形式来构建连接，然而这只限于IP地址较为固定的场景。当我们需要访问互联网中各类网页时，依靠输入IP地址和端口号这种方式将会显得十分笨拙。（试想如果IP地址发生变化，程序是否就得重新编写）那么，什么方法可以解决这个问题呢？

        域名相对于IP地址，变化更少且稳定，那么利用域名来编写程序便可使维护变得更加轻松。在网络编程中，也有一个合适的函数，能够帮助我们通过域名地址来解析出所需要的各类信息。

通过域名获取IP地址

        使用以下函数可以通过传递域名的字符串形式来获取IP地址。

#include 
struct hostent * gethostbyname(const char * hostname);

//成功时返回hostent结构体地址，失败时返回NULL指针

        通过gethostbyname函数，我们只需要传递域名的字符串，就可以得到域名对应的IP地址。但需要注意的是，返回的数据类型是一个结构体形式。该结构体定义如下：

/* Description of data base entry for a single host.  */
struct hostent
{
  char *h_name;			/* Official name of host.  */
  char **h_aliases;		/* Alias list.  */
  int h_addrtype;		/* Host address type.  */
  int h_length;			/* Length of address.  */
  char **h_addr_list;		/* List of addresses from name server.  */
#ifdef __USE_MISC
# define	h_addr	h_addr_list[0] /* Address, for backward compatibility.*/
#endif
};

        除了IP地址外，该结构体还带有其他信息。以下是对该结构体中各变量意义的描述：

h_name
用以保存官方域名

h_alìases
用以保存多个可能存在的域名

h_addrtype
用以保存在h_addr_list中IP地址对应的地址族信息。若是IPv4，则变量为AF_INET。
h_length
用以保存IP地址的长度 。若是IPv4地址(4个字节存储) ，则该值为4；IPv6时（16个字节存储），则值为16。

h_addr_list
用以保存多个可能存在的IP地址，变量以char *形式保存域名对应的IP地址 。

        结构体的抽象结构如下：

        让我们尝试一下利用gethostbyname（在netdb.h头文件中）函数来编写一个域名转IP的小程序。

demo_byname.cpp

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    struct hostent *host;
    std::string domainAddress;
    std::cout << "Please input a website addreess" << std::endl;
    std::cin >> domainAddress;

    host = gethostbyname(domainAddress.c_str());
    if (!host)
    {
        std::cout << "Get host error" << std::endl;
        return -1;
    }
    //输出官方域名
    std::cout << "Official name:" << host->h_name << std::endl;
    //输出其他可能存在的多个域名
    for (size_t i = 0; host->h_aliases[i]; i++)
    {
        std::cout << "Aliases " << i + 1 << ":" << host->h_aliases[i] << std::endl;
    }
    //输出地址族信息
    std::cout << "Address type: " << ((host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6") << std::endl;
    //输出可能存在的多个（域名）对应的IP地址
    for (size_t i = 0; host->h_addr_list[i]; i++)
    {
        std::cout << "IP Address " << i + 1 << ":" << inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]) << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出信息：

        需要注意的是，在h_addr_list这个变量中，虽然数据类型是字符串指针数组，但是元素的实际指向是in_addr结构体变量地址值而非字符串，如图所示。

        因此，在输出时，请根据需要将数据类型作相应的转换。

inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]);

        疑问：为什么hostent结构体中的成员h_addr_list指向的数组类型是char *，但其形式却是in_addr结构体？

        答：在C支持void *指针之前，在结构定义上，人们把char * 视作“通用指针”。而设计者在设计之初，并未只考虑IPv4，也考虑到了IPv6的格式。在创建结构体时，如果h_addrtype不是AF_INET(IPv4格式)，那么h_addr_list中将包含非struct in_addr的结构体类型，设计者为了使结构体具有通用性，用char * 来对这两种不同的结构形式做通用化，这样便免去了重新去设计新的结构体的繁琐过程。（事实也表明，设计者当时做对了，现在struct in_addr将在不久逐渐被IPv6地址所取代）

通过IP地址获取域名

        除了通过域名获取对应的IP地址外，我们也可以通过IP地址来获取域名。gethostbyaddr这个函数可以帮助我们通过传入含有IP地址信息的char *指针（为什么用char *以及涉及到的转换相信也不难理解了），来获取对应的hostent结构体。

#include 

struct hostent * gethostbyaddr(const char * addr , socklen_t len , int family);

//成功时返回hostent结构体变量地址值，失败时返回NULL指针。

/* 变量含义 */
//addr：含有IP地址信息的in_addr结构体指针。为了同时传递IPv4地址之外的其他信息，该变量的类型声明为char指针
//len：向第一个参数传递的地址信息的字节数，IPv4时为4，IPv6时为16
//family：传递地址族信息，IPv4时为AF_INET，IPv6时为AF_INET6

        编写一个demo来验证这个功能吧~

demo_byadd.cpp

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    struct hostent *host;
    std::string ipAddress;
    struct sockaddr_in addr;

    std::cout << "Please input a website IP addreess：" << std::endl;
    std::cin >> ipAddress;

    addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(ipAddress.c_str());
    //注意是在 .sin_addr 处转换为char *，以及注意上面是在 .s_addr 上赋值
    host = gethostbyaddr((char*)&addr.sin_addr,4,AF_INET);

    if (!host)
    {
        std::cout << "Get host error" << std::endl;
        return -1;
    }
 
    std::cout << "Official name:" << host->h_name << std::endl;

    for (size_t i = 0; host->h_aliases[i]; i++)
    {
        std::cout << "Aliases " << i + 1 << ":" << host->h_aliases[i] << std::endl;
    }
 
    std::cout << "Address type: " << ((host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6") << std::endl;

    for (size_t i = 0; host->h_addr_list[i]; i++)
    {
        std::cout << "IP Address " << i + 1 << ":" << inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]) << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出信息（通过ping 获取到的Google IP地址）：