IPv6名稱到地址的轉換函式getaddrinfo()詳解

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     IPv4中使用gethostbyname()函數完成主機名稱到位址解析，但是該API不允許調用者指定所需地址類型的任何資訊，返回的結構只包含了用於儲存IPv4地址的空間。為瞭解決該問題，IPv6中引入了getaddrinfo()的新API，它是協議無關的，既可用於IPv4也可用於IPv6。調用該函數會獲得一個addrinfo結構的列表，調用的傳回值是addrinfo的結構（列表）指標。
　　
　　本文結合在WinowsXP和Windows2003 Server上使用該函數的經驗，對getaddrinfo函數和addrinfo資料結構進行介紹，並對其參數的設定加以討論，主要包括nodename和servname的取值對傳回值的影響，hints成員變數的設定對傳回值的影響等。
　　
　　可能有不完全或不準確的地方，歡迎大家討論並指出。
　　
　　1．getaddrinfo函數原型
　　

　

　　Getaddrinfo提供獨立於協議的名稱解析。
　　
　　函數的前兩個參數分別是節點名和服務名。節點名可以是主機名稱，也可以是地址串(IPv4的點分十進位數表示或IPv6的十六進位數字串)。服務名可以是十進位的連接埠號碼，也可以是已定義的服務名稱，如ftp、http等。注意：其中節點名和服務名都是可選項，即節點名或服務名可以為NULL，此時調用的結果將取預設設定，後面將詳細討論。
　　
　　函數的第三個參數hints是addrinfo結構的指標，由調用者填寫關於它所想返回的資訊類型的線索。函數的傳回值是一個指向addrinfo結構的鏈表指標res。
　　
　　2．addrinfo結構
　　

　

　　3．參數說明
　　在getaddrinfo函數之前通常需要對以下6個參數進行以下設定：nodename、servname、hints的ai_flags、ai_family、ai_socktype、ai_protocol
　　
　　在6項參數中，對函數影響最大的是nodename，sername和hints.ai_flag
　　
　　而ai_family只是有地址為v4地址或v6地址的區別。而ai_protocol一般是為0不作改動。

      （另在MSDN 中對 addrinfo 結構的解釋裡有關於ai_protocol 的註解：Protocol, such as IPPROTO_TCP or IPPROTO_UDP. For protocols other than IPv4 and IPv6, set ai_protocol to zero.）
　　
　　其中ai_flags、ai_family、ai_socktype說明如下：
　　

　

　　對於ai_flags值的說明：
　　

 

　　如上表所示，ai_flagsde值範圍為0~7，取決於程式如何設定3個標誌位，比如設定ai_flags為 “AI_PASSIVE|AI_CANONNAME”，ai_flags值就為3。三個參數的含義分別為：
　　
　　(1)AI_PASSIVE當此標誌置位時，表示調用者將在bind()函數調用中使用返回的地址結構。當此標誌不置位時，表示將在connect()函數調用中使用。
　　
　　當節點名位NULL，且此標誌置位，則返回的地址將是通配地址。
　　
　　如果節點名NULL，且此標誌不置位，則返回的地址將是迴環地址。
　　
　　(2)AI_CANNONAME當此標誌置位時，在函數所返回的第一個addrinfo結構中的ai_cannoname成員中，應該包含一個以Null 字元結尾的字串，字串的內容是節點名的正規名。
　　
　　(3)AI_NUMERICHOST當此標誌置位時，此標誌表示調用中的節點名必須是一個數字地址字串。
　　
　　4．實際使用的幾種常用設定
　　一般情況下，client/server編程中，server端調用bind（如果連線導向的還需要listen），client則不用調用bind函數，解析地址後直接connect（連線導向）或直接發送資料（無串連）。因此，比較常見的情況有
　　
　　（1）通常伺服器端在調用getaddrinfo之前，ai_flags設定AI_PASSIVE，用於bind；主機名稱nodename通常會設定為NULL，返回通配地址[::]。
　　
　　（2）用戶端調用getaddrinfo時，ai_flags一般不設定AI_PASSIVE，但是主機名稱nodename和服務名servname（更願意稱之為連接埠）則應該不為空白。
　　
　　（3）當然，即使不設定AI_PASSIVE，取出的地址也並非不可以被bind，很多程式中ai_flags直接設定為0，即3個標誌位都不設定，這種情況下只要hostname和servname設定的沒有問題就可以正確bind。
　　
　　上述情況只是簡單的client/server中的使用，但實際在使用getaddrinfo和參考國外開原始碼的時候，曾遇到一些將servname（即連接埠）設為NULL的情況
　　
　　(當然，此時nodename必不為NULL，否則調用getaddrinfo會報錯)。以下分情況進行了測試：
　　
　　（1）如果nodename是字串型的IPv6地址，bind的時候會分配臨時連接埠；
　　
　　（2）如果nodename是本機名，servname為NULL，則根據作業系統的不同略有不同，本文僅在WinXP和Win2003上作了測試。
　　
　　a)　WinXP系統（SP2）返回loopback地址[::1]
　　
　　b)　Win2003則將原生所有IPv6地址清單加以返回。因為通常一台IPv6主機都有可能不止一個IPv6地址，比如fe80::1（本機loopback地址）、fe80::***的Link-Local地址、3ffe:***的全域地址等等。這種情況下調用getaddrinfo會將這些地址全部返回，調用者應該注意如何使用這些地址。另外要注意的是，對於fe80::的地址在綁定的時候必須標明介面地址，即使用fe80::20d:60ff:fe78:51c2%4或fe80::1%1這樣的地址格式，通過getaddrinfo直接取出fe80地址好像無法直接bind。
　　
　　5．幾句廢話
　　在Windows環境調試IPv6的程式個人感覺還是使用WinXP（SP2）和Win2003基本上沒有太大的區別，使用Win2003更規範一些。
　　
　　用VC編寫和調試IPv6的程式一定要安裝Windows較新的SDK，我安裝的是MS_Platform_SDK_Feb_2003，否則庫函數和標頭檔可能都會有問題。