“.NET 4.0 网络开发入门之旅系列文章”—— IP 知多少？（上）

“.NET 4.0 网络开发入门之旅系列文章”——

　　　　　　　　　　IP 知多少？（上）

 

注：

    这是一个针对网络开发领域初学者的系列文章，可作为《.NET 4.0 面向对象编程漫谈 》一书的扩充阅读，写作过程中我假设读者可以对照阅读此书的相关章节，不再浪费笔墨重复介绍相关的内容。

    对于其他类型的读者，除非您已经有相应的.NET 技术背景与一定的开发经验，否则，阅读中可能会遇到困难。

    我希望这系列文章能让读者领略到网络开发的魅力！

    另外，这些文章均为本人原创，请读者尊重作者的劳动，我允许大家出于知识共享的目的自由转载这些文章及相关示例，但未经本人许可，请不要用于商业盈利目的。

      本文如有错误，敬请回贴指正。

    谢谢大家！

 

                                                          金旭亮

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点击以下链接阅读本系列前面的文章：

 

1. 《“.NET 4.0 网络开发入门之旅系列文章” 开篇语—— 无网不胜》

 

 

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    互联网连接了不可计数的计算机，如何区分它们是一个必须认真考虑的问题，正如人使用“姓名”进行区分一样，每一台直接连上互联网的计算机也必须有一个唯一的标识，不然，在互联网上传播的信息，如何找到它预期的接收者？

1.       IPv4与IPv6

         IP地址正是用于区分直接连接在互联网上计算机的一种手段，当前广泛使用的IPv4中，使用4个字节来标识互联网主机，比如百度的IP地址就是：61.135.169.105，不允许两台直接连上互联网的计算机拥有相同的IP地址，否则，互联网就乱套了，这很容易理解。

         IPv4最大的问题是地址数有限，而互联网又要求所有连网主机都必须有不同的IP地址，在当前连上互联网的各种信息设备“爆炸”式增长的时代，地址很快就不够用了，为了节约，人们想出了种种变通的方法，最常见的就是NAT（Network Address Translation），一个子网内的计算机中，只能有少数几台（通常只有一台）可以直接连上互联网，不同子网范围内的主机IP地址可以重复，当子网内部的计算机需要访问互联网时，它们需要由本子网中直接连上互联网的计算机“转发”。

         看上去NAT虽然不错，可以解决IPv4地址不够用的问题，但它也有缺点：内网主机访问互联网很方便，当互联网上的主机要访问内网计算机就麻烦了，因为内网的计算机其IP地址并非“真正”的互联网地址，这样子的两台计算机连接必须借助于其他手段（比如由另一台专用计算机进行外网内网地址转换），很麻烦。

         最终的解决方案是IPv6，它把地址扩充为128位，采用16进制表达，一个例子如下：

    2001:db8:2000:240:290:27ff:fe24:c19f/64

    最后的“/64”表示前64为网络标识，剩余的64位（128-64=64）为主机标识。

    IPv6提供了“海量”的地址空间，使用它，所有互联的设备都可以拥有一个“全球”（甚至是“全太阳系”、“全银河系”）唯一的地址，NAT这种小聪明就不再需要了。

    尽管IPv6很好，但目前IPv4仍是主流，大量的网络应用软件都使用IPv4，我也不知道，IPv6要多久才能彻底地把IPv4送进技术发展史博物馆。

    其实在网络开发中，除了IPv4和IPv6，还有其他种类的地址。.NET基类库提供了一个AddressFamily枚举来列举这些“地址类型家族”：

 

public   enum  AddressFamily
{
        Unknown  =   - 1 ,   //  Unknown address family.
        Unspecified  =   0 ,  //  Unspecified address family.
        InterNetwork  =   2 ,  // Address for IP version 4.
        InterNetworkV6  =   23 ,  // Address for IP version 6.
        // ……
}

    AddressFamily定义了“一堆”枚举值，好多地址类型相信大多数人连听都没听说过，多用于特定的领域，还有些地址类型是“历史遗留问题”，在计算机网络早期发展史中出现，现在很少再用了，就留给有“考古”癖好的朋友们去探索吧。在.NET开发中，我们真正用到的就是AddressFamily. InterNetwork和AddressFamily. InterNetworkV6，分别代表IPv4和IPv6。

2.       在.NET开发中使用IP地址

         .NET基类库中使用IPAddress代表一个IP地址（图1）：

 

 

图 1

     如图1所示，IPAddress定义了一些字段，这些字段代表特殊的IP地址，其值如下：

IPAddress.Any:  0.0 . 0.0
IPAddress.IPv6Any:      ::
IPAddress.IPv6Loopback: :: 1
IPAddress.Loopback:      127.0 . 0.1
IPAddress.None:  255.255 . 255.255
IPAddress.IPv6None:     ::
IPAddress.Broadcast:     255.255 . 255.255

    简要解释一下：

    当Socket(套接字) 使用有“Any”字样的地址时，它将监听本主机上所有网络接口（Network Interface，后面文章会介绍它）。“Any”地址中的所有位均为0，IPv6简写为“::”，IPv6中，“::”是“一连串0”的压缩表示法。

    在实际开发中，我们可以将一个套接字绑定（Bind）到一个“Any”地址，当程序运行时，Windows操作系统会自动为其绑定到一个合适的本机IP地址。

    对应地，包含有“None”的地址，则套接字不监听任何一个网络接口。

    注意IPv4与IPv6的“None”地址约定是不同的。IPAddress.IPv6None的值与IPAddress.IPv6Any的值一样（所有位均为0），但却是两个不同的IPAddress对象，上述输出结果其实是调用IPAddress的ToString()方法得到的。

         当获取了一个IPAddress对象之后，可以调用它的toString方法获取它的经典表示法（如“127.0.0.1”），也可以调用GetAddressBytes方法获取它的十六进制表示形式：

 

//  输出IP地址的经典形式和十六进制形式
public   static   void  PrintIPAddress(IPAddress ipAddress)
{
    Console.WriteLine(ipAddress.ToString());
    Byte[] bytes  =  ipAddress.GetAddressBytes();
    Console.WriteLine(BitConverter.ToString(bytes));
}

    上述代码中的BitConverter要注意一下，它可以很方便地对字节数组进行各种操作，在网络应用程序中很有用。

    IPAddress.None和IPAddress.Broadcast的值都是“255.255.255.255”，表示其地址位全为1，这种地址通常代表“广播”，表示要把数据发给互联网上的所有设备。很明显，这只是一种“幻想”，通常路由器不会转发这种类型的数据包，否则，一些“坏人”不断地“广播”数据包，整个互联网将象北京一样，成为“首堵”和“全球性等待（WWW：World Wide Wait）”。

    最有趣的是IPAddress.Loopback和IPAddress.IPv6Loopback，我们通常称其为“环回接口”，这是一个虚拟的“网卡”，代表本机。发给“环回接口”的数据包，不会真的跑到互联网上，而是直接给本地主机“内部消化”了。在Windows平台上，Web和网络开发中中常见的“localhost”，还有一个“.”，其实都对应着这个环回接口，代表本地主机。比如，我们可以使用“.\SqlExpress”访问安装于本机的SQL Server数据库。

 

3. 怎样知道特定计算机的IP地址？

    .NET基类库中有一个Dns静态类，可以完成这个工作（图2）：

 

 

  图 2

 

 

         Dns提供了一堆的静态方法完成各种常用的IP地址查询功能。

         比如，以下代码获取本地主机名称：

         String LocalhostName = Dns.GetHostName();

         以下代码获取微软公司主机的IP地址：

         IPAddress[] ips = Dns.GetHostAddresses("www.microsoft.com");

         将上述两句“组合起来”，我们就可以获取本地主机的所有IP地址：

         IPAddress[] ips = Dns.GetHostAddresses(Dns.GetHostName());

         如果希望获取更详细的信息，可以使用Dns的以下方法：

         public static IPHostEntry GetHostEntry( string hostNameOrAddress )

         上述代码中的IPHostEntry是.NET基类库中的另一个类（图3），可以看到通过它不仅可以获取指定主机的所有IPv4和IPv6地址，还可以知道它的主机名（HostName）和别名（Aliases）。

 

 

 

 

图 3

 

以下是使用GetHostEntry 直接访问微软网站得到的主机信息：

 

主机名称:lb2.www.ms.akadns.net
主机www.microsoft.com拥有以下IP地址:
    AddressFamily:InterNetwork    Address: 207.46 . 170.10
    AddressFamily:InterNetwork    Address: 65.55 . 21.250
    AddressFamily:InterNetwork    Address: 207.46 . 170.123
    AddressFamily:InterNetwork    Address: 65.55 . 12.249

 

注意：

         Dns类中有些方法被废弃（Obsolete）了，使用它时注意一下编译器给出的警告信息。

 

         为了方便起见，我们将获取本地主机IPv4地址的功能封装为一个静态方法，并将其放入到一个AddressHelper静态类中：

 

 

代码

public   static   class  AddressHelper
 {
         public   static  IPAddress[] GetLocalhostIPv4Addresses()
        {
            String LocalhostName  =  Dns.GetHostName();
           IPHostEntry host  =  Dns.GetHostEntry(LocalhostName);
            List < IPAddress >  addresses = new  List < IPAddress > ();
             foreach  (IPAddress ip  in  host.AddressList)
            {
                 if  (ip.AddressFamily  ==  AddressFamily.InterNetwork)
                    addresses.Add(ip);
            }
             return  addresses.ToArray();
        }
        // ……
}

 

         再把上述这个类添加到一个 MyNetworkLibrary 类库中，此类库将用于封装一些常用的功能，后续文章中的示例将直接使用它。

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一次发不完，分两次发：

 

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