IPv6名称到地址的转换函数getaddrinfo()详解

   

IPv4 中使用 gethostbyname() 函数完成主机名到地址解析，但是该 API 不允许调用者指定所需地址类型的任何信息，返回的结构只包含了用于存储 IPv4 地址的空间。为了解决该问题， IPv6 中引入了 getaddrinfo() 的新 API ，它是协议无关的，既可用于 IPv4 也可用于 IPv6 。调用该函数会获得一个 addrinfo 结构的列表，调用的返回值是 addrinfo 的结构（列表）指针。

       本文结合在 WinowsXP 和 Windows2003 Server 上使用该函数的经验，对 getaddrinfo 函数和 addrinfo 数据结构进行介绍，并对其参数的设置加以讨论，主要包括 nodename 和 servname 的取值对返回值的影响， hints 成员变量的设置对返回值的影响等。

可能有不完全或不准确的地方，欢迎大家讨论并指出。

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 。

 

5．几句废话

在 Windows 环境调试 IPv6 的程序个人感觉还是使用 WinXP （ SP2 ）和 Win2003 基本上没有太大的区别，使用 Win2003 更规范一些。

用 VC 编写和调试 IPv6 的程序一定要安装 Windows 较新的 SDK ，我安装的是 MS_Platform_SDK_Feb_2003 ，否则库函数和头文件可能都会有问题。

 

 

[ 参考 ]

[1]MSDN Library – January 2 004

ms-help://MS.MSDNQTR.2004JAN.1033/winsock/winsock/getaddrinfo_2.htm

ms-help://MS.MSDNQTR.2004JAN.1033/winsock/winsock/addrinfo_2.htm

[2] 《理解IPv6》（"Understanding IPv6”）,清华大学出版社

 

以上测试结果恐有不完善和错误的地方，欢迎大家指正，本人联系方式：wjb@nlsde.buaa.edu.cn 王剑白