TCP/IP编程中协议无关性的函数getaddrinfo()

一、getaddrinfo函数介绍： 

 

gethostbyname和gethostbyaddr这两个函数仅仅支持IPv4，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结构的链表而不是一个地址清单。这些sockaddr结构随后可由套接口函数直接使用。如此以来，getaddrinfo函数把协议相关性安全隐藏在这个库函数内部。应用程序只要处理由getaddrinfo函数填写的套接口地址结构。该函数在POSIX规范中定义了。

#include<netdb.h>
int getaddrinfo( const char *hostname, const char *service, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **result );
返回0： 成功
返回非0： 出错

hostname:一个主机名或者地址串(IPv4的点分十进制串或者IPv6的16进制串)
service：一个服务名或者10进制端口号数串。
hints：可以是一个空指针，也可以是一个指向某个addrinfo结构的指针，调用者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。

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中：
struct addrinfo{
    int       ai_flags;   
    int       ai_family;
    int       ai_socktype;
    int       ai_protocol;
    socklen_t ai_addrlen;
    char    *ai_canonname;
    struct sockaddr *ai_addr;
    struct addrinfo *ai_next;
};

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：
    1.    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。
    2.    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。

getaddrinfo解决了把主机名和服务名转换成套接口地址结构的问题。

其中，如果getaddrinfo出错，那么返回一个非0的错误值。

#include<netdb.h>
const char *gai_strerror( int error );
该函数以getaddrinfo返回的非0错误值的名字和含义为他的唯一参数，返回一个指向对应的出错信息串的指针。

由getaddrinfo返回的所有存储空间都是动态获取的，这些存储空间必须通过调用freeaddrinfo返回给系统。
#include< netdb.h >
void freeaddrinfo( struct addrinfo *ai );

ai参数应指向由getaddrinfo返回的第一个addrinfo结构。这个连表中的所有结构以及它们指向的任何动态存储空间都被释放掉。


例子：
struct addrinfo *host_serv( const char *host, const char *serv, int family, int socktype )
{
    int n;
    struct   addrinfo hints, *res;

    bzero( &hints, sizeof(struct addrinfo) );
    hints.ai_flags = AI_CANONNAME;
    hints.ai_family = family;
    hints.ai_socktype = socktype;

    if( (n = getaddrinfo( host, serv, &hints, &res ) ) != 0 )
       return (NULL);

    return ( res );
}

 

二、getaddrinfo函数详解：

1．getaddrinfo函数原型

 

函数	参数说明
int getaddrinfo( const char* nodename const char* servname, const struct addrinfo* hints,// struct addrinfo** res );	nodename:节点名可以是主机名，也可以是数字地址。（IPV4的10进点分，或是IPV6的16进制） servname:包含十进制数的端口号或服务名如（ftp,http） hints:是一个空指针或指向一个addrinfo结构的指针，由调用者填写关于它所想返回的信息类型的线索。 res:存放返回addrinfo结构链表的指针

 

Getaddrinfo提供独立于协议的名称解析。

函数的前两个参数分别是节点名和服务名。节点名可以是主机名，也可以是地址串(IPv4的点分十进制数表示或IPv6的十六进制数字串)。服务名可以是十进制的端口号，也可以是已定义的服务名称，如ftp、http等。注意：其中节点名和服务名都是可选项，即节点名或服务名可以为NULL，此时调用的结果将取缺省设置，后面将详细讨论。

函数的第三个参数hints是addrinfo结构的指针，由调用者填写关于它所想返回的信息类型的线索。函数的返回值是一个指向addrinfo结构的链表指针res。

2．addrinfo结构

 

结构	固定的参数
typedef struct addrinfo {   int ai_flags;   int ai_family;   int ai_socktype;   int ai_protocol;   size_t ai_addrlen;   char* ai_canonname;   struct sockaddr* ai_addr;   struct addrinfo* ai_next; }	ai_addrlen must be zero or a null pointer ai_canonname must be zero or a null pointer ai_addr must be zero or a null pointer ai_next must be zero or a null pointer
	可以改动的参数
	ai_flags:AI_PASSIVE,AI_CANONNAME,AI_NUMERICHOST ai_family: AF_INET,AF_INET6 ai_socktype:SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM ai_protocol:IPPROTO_IP, IPPROTO_IPV4, IPPROTO_IPV6 etc.

 

3 参数说明

在getaddrinfo函数之前通常需要对以下6个参数进行以下设置：nodename、servname、hints的ai_flags、ai_family、ai_socktype、ai_protocol

在6项参数中，对函数影响最大的是nodename，sername和hints.ai_flag

而ai_family只是有地址为v4地址或v6地址的区别。而ai_protocol一般是为0不作改动。

其中ai_flags、ai_family、ai_socktype说明如下：

 

参数	取值	值	说明
ai_family	AF_INET	2	IPv4
	AF_INET6	23	IPv6
	AF_UNSPEC	0	协议无关
ai_protocol	IPPROTO_IP	0	IP协议
	IPPROTO_IPV4	4	IPv4
	IPPROTO_IPV6	41	IPv6
	IPPROTO_UDP	17	UDP
	IPPROTO_TCP	6	TCP
ai_socktype	SOCK_STREAM	1	流
	SOCK_DGRAM	2	数据报
ai_flags	AI_PASSIVE	1	被动的，用于bind，通常用于server socket
	AI_CANONNAME	2
	AI_NUMERICHOST	4	地址为数字串

 

 

对于ai_flags值的说明：

 

AI_NUMERICHOST	AI_CANONNAME	AI_PASSIVE
0/1	0/1	0/1

 

如上表所示，ai_flagsde值范围为0~7，取决于程序如何设置3个标志位，比如设置ai_flags为 “AI_PASSIVE|AI_CANONNAME”，ai_flags值就为3。三个参数的含义分别为：

(1)AI_PASSIVE当此标志置位时，表示调用者将在bind()函数调用中使用返回的地址结构。当此标志不置位时，表示将在connect()函数调用中使用。

当节点名位NULL，且此标志置位，则返回的地址将是通配地址。

如果节点名NULL，且此标志不置位，则返回的地址将是回环地址。

(2)AI_CANNONAME当此标志置位时，在函数所返回的第一个addrinfo结构中的ai_cannoname成员中，应该包含一个以空字符结尾的字符串，字符串的内容是节点名的正规名。

(3)AI_NUMERICHOST当此标志置位时，此标志表示调用中的节点名必须是一个数字地址字符串。

4．实际使用的几种常用设置

一般情况下，client/server编程中，server端调用bind（如果面向连接的还需要listen），client则不用掉bind函数，解析地址后直接connect（面向连接）或直接发送数据（无连接）。因此，比较常见的情况有

（1）        通常服务器端在调用getaddrinfo之前，ai_flags设置AI_PASSIVE，用于bind；主机名nodename通常会设置为NULL，返回通配地址[::]。

（2）        客户端调用getaddrinfo时，ai_flags一般不设置AI_PASSIVE，但是主机名nodename和服务名servname（更愿意称之为端口）则应该不为空。

（3）        当然，即使不设置AI_PASSIVE，取出的地址也并非不可以被bind，很多程序中ai_flags直接设置为0，即3个标志位都不设置，这种情况下只要hostname和servname设置的没有问题就可以正确bind。

 

上述情况只是简单的client/server中的使用，但实际在使用getaddrinfo和参考国外开源代码的时候，曾遇到一些将servname（即端口）设为NULL的情况

(当然，此时nodename必不为NULL，否则调用getaddrinfo会报错)。以下分情况进行了测试：

（1）        如果nodename是字符串型的IPv6地址，bind的时候会分配临时端口；

（2）        如果nodename是本机名，servname为NULL，则根据操作系统的不同略有不同，本文仅在WinXP和Win2003上作了测试。

a)          WinXP系统（SP2）返回loopback地址[::1]

b)         Win2003则将本机的所有IPv6地址列表加以返回。因为通常一台IPv6主机都有可能不止一个IPv6地址，比如fe80::1（本机loopback地址）、fe80::***的Link-Local地址、3ffe:***的全局地址等等。这种情况下调用getaddrinfo会将这些地址全部返回，调用者应该注意如何使用这些地址。另外要注意的是，对于fe80::的地址在绑定的时候必须标明接口地址，即使用fe80::20d:60ff:fe78:51c2%4或fe80::1%1这样的地址格式，通过getaddrinfo直接取出fe80地址好像无法直接bind。