1.域名系统
程序中只使用主机名和服务名的好处是，如果IP或端口变化，只需要改变映射关系，不需要重新编译程序。
1.1 资源记录
DNS的条目为资源记录，有用的项如下：
A IPv4地址
AAAA IPv6地址
CNAME 规范名字
如：
ftp.unpbook.com 的 CNAME 为 linux.unpbook.com
www.unpbook.com 的 CNAME 为 linux.unpbook.com
1.2 解析器和名字服务器
程序通过调用解析器库函数，调用DNS服务。常用的函数为 gethostbyname, gethostbyaddr。
与解析器相关的配置文件和库函数关系如下
2.1 gethostbyname
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
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 */
}
该函数只能返回资源记录的 A ，也就是IPv4。
若要考虑IPv6，应使用 getaddrinfo.
h_name 就是 CNAME（规范名字），如 ftp.unpbook.com 的规范名字为 linux.unpbook.com
h_addrtype 只有为 IPv4，才有用
h_addr_list 指向一个数组，数组元素为 IP地址（网络字节序，不是点分十进制）。
可以传入点分十进制，或域名调用 gethostbyname
gethostbyname 调用错误，不会设置errno，而是设置 h_errno，使用 hstrerror(h_errno) 得到错误描述的字符串。
int
main(int argc, char **argv)
{
char *ptr, **pptr;
char str[INET_ADDRSTRLEN];
struct hostent *hptr;
while (--argc > 0) { ptr = *++argv; if ( (hptr = gethostbyname(ptr)) == NULL) { err_msg("gethostbyname error for host: %s: %s", ptr, hstrerror(h_errno)); continue; } printf("official hostname: %s\n", hptr->h_name); for (pptr = hptr->h_aliases; *pptr != NULL; pptr++) printf("\talias: %s\n", *pptr); switch (hptr->h_addrtype) { case AF_INET: pptr = hptr->h_addr_list; for ( ; *pptr != NULL; pptr++) printf("\taddress: %s\n", Inet_ntop(hptr->h_addrtype, *pptr, str, sizeof(str))); break; default: err_ret("unknown address type"); break; } } exit(0); }
2.2 gethostbyaddr
struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr,
socklen_t len, int type);
输入网络字节序IP地址，查找主机CNAME。
type 为 AF_INET
返回 hostent ，通常我们感兴趣的只有 h_name。
2.3 可重入函数
gethostbyname 和 getbostbyaddr 是不可重入的，原因是使用 static hostent host 。
不可重入带来问题通常在 多线程和信号。
如
main()
{
signal(SIGALRM, sig_alrm);
hptr = gethostbyname(...);
}
void
sig_alrm(int sig)
{
hptr= gethostbyname(...);
}
可重入可不可重入总结：
gethostbyname, gethostbyaddr, getservbyname, getservbyport 都是不可重入的，原因是使用静态变量。不过有可重入版本
inet_pton, inet_ntop 不可重入
inet_ntoa 不可重入，不过有可重入版本。
getaddrinfo, getnameinfo 可重入
对于errno的处理，errno可能会被多线程，信号意外改变，可以如下处理
void
sig_alrm(int sig)
{
int errno_save;
errno_save = errno;
if (write(...) != nbytes)
fprintf(stderr, "write error = %d\n", errno); errno = errno_save; }
3.1 getserbyname
struct servent *getservbyname(const char *name, const char *proto);
struct servent {
char *s_name; /* official service name */
char **s_aliases; /* alias list */
int s_port; /* port number */
char *s_proto; /* protocol to use */
}
输入服务名和协议，查询端口号。
如果指定proto，必须保证服务器使用了对应协议，如果没有指定，因为通常服务器使用相同端口号来使用不同协议，所以也没关系。
s_port是网络字节序
相关配置文件 /etc/services
典型调用：
sptr = getservbyname("domain", "udp"); // DNS using UDP
sptr = getservbyname("ftp"， "tcp"); // FTP using TCP
3.2 getservbyport
struct servent *getservbyport(int port, const char *proto);
输入端口号和协议，查询服务名
port必须为网络字节序
典型调用：
sptr = getservbyport(hton(53), "udp"); // DNS using UDP
4. 使用 gethostbyname 和 getserbyname
int
main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, n;
char recvline[MAXLINE + 1];
struct sockaddr_in servaddr;
struct in_addr **pptr; struct in_addr *inetaddrp[2]; struct in_addr inetaddr; struct hostent *hp; struct servent *sp; if (argc != 3) err_quit("usage: daytimetcpcli1 <hostname> <service>"); if ( (hp = gethostbyname(argv[1])) == NULL) { if (inet_aton(argv[1], &inetaddr) == 0) { err_quit("hostname error for %s: %s", argv[1], hstrerror(h_errno)); } else { inetaddrp[0] = &inetaddr; inetaddrp[1] = NULL; pptr = inetaddrp; } } else { pptr = (struct in_addr **) hp->h_addr_list; } if ( (sp = getservbyname(argv[2], "tcp")) == NULL) err_quit("getservbyname error for %s", argv[2]); for ( ; *pptr != NULL; pptr++) { sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = sp->s_port; memcpy(&servaddr.sin_addr, *pptr, sizeof(struct in_addr)); printf("trying %s\n", Sock_ntop((SA *) &servaddr, sizeof(servaddr))); if (connect(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == 0) break; /* success */ err_ret("connect error"); close(sockfd); } if (*pptr == NULL) err_quit("unable to connect"); while ( (n = Read(sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0) { recvline[n] = 0; /* null terminate */ Fputs(recvline, stdout); } exit(0); }
5.1 getaddrinfo
int getaddrinfo(const char *hostname, const char *service,
const struct addrinfo *hints,
struct addrinfo **res);
struct addrinfo {
int ai_flags;
int ai_family; int ai_socktype; int ai_protocol; size_t ai_addrlen; struct sockaddr *ai_addr; char *ai_canonname; struct addrinfo *ai_next; };
getaddrinfo支持IPv4,IPv6，并且提供名字到地址，服务到端口两种转换，返回的是一个sockaddr结构而不是地址列表，因此可以直接用于套接字库函数。
hostname 是一个主机名或地址串（点分十进制或十六进制串）
service 是一个服务名或十进制端口号串
hints 可以为空，也可以是指向 struct addrinfo的指针，表示对期望返回信息的暗示。
hints可以设置成员有
int ai_flags;
int ai_family;
int ai_socktype;
int ai_protocol;
ai_flags 可用的标志值和含义：
AI_PASSIVE 套接字将用于被动打开
AI_CANONAME 给之getaddrinfo返回主机的规范名字
AF_NUMERICHOST 防止任何类型的名字到地址的映射，hostname参数必须是一个地址串
AF_NUMERICSERV 防止任何类型的名字到端口的映射，service参数必须是一个端口号
AI_V4MAPPED 如果同时指定ai_famliy 为AF_INET6，那么如果没有可用的AAAA记录，就返回A记录对应的IPv4映射的IPv6地址
AI_ALL 如果同时指定AI_V4MAPPED，那么除了返回AAAA记录对应的IPv6地址外，还返回A记录对应的IPv4映射的IPv6地址。
AI_ADDRCONFIG 按照所在主机的配置选择返回地址类型，也就是只查找与所在主机回馈接口以外的网络接口配置的IP地址版本一致的地址。
如果hints参数是空指针，那么本函数就假设ai_flag，ai_socktype，ai_protocol的值均为空，ai_family为AF_UNSPEC
如果函数返回成功（0），result参数返回addrinfo结构的链表。
举例，在没有任何暗示信息前提下，请求查找有2个IP地址的某个主机上的domain服务，那么就将返回4个addrinfo结构，
第一个IP地址组合SOCK_STREAM套接字类型
第一个IP地址组合SOCK_DGRAM套接字类型
第二个IP地址组合SOCK_STREAM套接字类型
第二个IP地址组合SOCK_DGRAM套接字类型
且这些结构的返回顺序不确定。
返回的addrinfo结构可用于其他套接字函数，
socket调用使用 ai_family, ai_socktype,
connect,bind调用使用 ai_addr, 和 ai_addrlen
返回的res变量指向的addrinfo结构空间是动态分配的，需要使用freeaddrinfo释放。
getaddrinfo的常见使用如下：
（1）TCP或UDP客户进程，指定hostname和 service，返回后，TCP客户进程逐个使用返回的地址，以调用 socket ， connect，直到一个地址调用成功。UDP客户进程调用sendto或connect，如果地址不工作（如收到错误信息，或者超时），则测试其他地址，直到成功。
（2）服务进程一般只指定 service 而不指定 hostname，同时在AI_PASSIVE标志。TCP服务进程随后调用socket,bind,listen。如果想获得accept的客户地址，那么用 ai_addrlen 来malloc 地址结构。UDP服务调用socket,bind,recvfrom，如果服务器清楚自己只处理一种类型的套接字，那么应该把hints的ai_socktype设置成 SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM。
（3）到目前为止，我们的服务器（UDP，TCP）都只创建一个监听套接字或数据报套接字。而另一种设计是用 select或poll让服务器处理多个套接字，这种情况下服务器遍历整个addrinfo结构链表，并为每个结构创建一个套接字，再使用select或poll。
这个技术的问题是，getaddrinfo返回多个结构的原因之一是该服务可以同时由IPv4，IPv6处理，但是这两个协议并非完全独立，如果我们为某个给定端口创建一个IPv6监听套接字，那么就没必要为同一个端口创建一个IPv4套接字，因为来自IPv4的连接将由协议栈和IPv6监听套接字自动处理。
5.2 gai_strerror
const char *gai_strerror(int errcode);
getaddrinfo的错误由gai_strerror解释。
5.3 freeaddrinfo
void freeaddrinfo(struct addrinfo *res);
getaddrinfo返回的res指向的链表是动态分配的，由freeaddrinfo释放。
同时注意res的浅拷贝问题。
5.4 getnameinfo
int getnameinfo(const struct sockaddr *sa, socklen_t salen,
char *host, size_t hostlen,
char *serv, size_t servlen, int flags);
输入套接字地址，返回主机名和服务名。
sock_ntop和getnameinfo的区别是，前者不涉及DNS，只返回一个IP地址和端口号的一个可显示版本，后者通常尝试获得主机和服务名字。
5.5 对getaddrinfo的封装
getaddrinfo是推荐使用的，但是调用过于麻烦，所以封装常用操作
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; /* always return canonical name */ hints.ai_family = family; /* AF_UNSPEC, AF_INET, AF_INET6, etc. */ hints.ai_socktype = socktype; /* 0, SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM, etc. */ if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0) return(NULL); return(res); /* return pointer to first on linked list */
int
tcp_connect(const char *host, const char *serv)
{
int sockfd, n;
struct addrinfo hints, *res, *ressave;
bzero(&hints, sizeof(struct addrinfo));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0) err_quit("tcp_connect error for %s, %s: %s", host, serv, gai_strerror(n)); ressave = res; do { sockfd = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, res->ai_protocol); if (sockfd < 0) continue; /* ignore this one */ if (connect(sockfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) == 0) break; /* success */ Close(sockfd); /* ignore this one */ } while ( (res = res->ai_next) != NULL); if (res == NULL) /* errno set from final connect() */ err_sys("tcp_connect error for %s, %s", host, serv); freeaddrinfo(ressave); return(sockfd); }
int
tcp_listen(const char *host, const char *serv, socklen_t *addrlenp)
{
int listenfd, n;
const int on = 1;
struct addrinfo hints, *res, *ressave;
bzero(&hints, sizeof(struct addrinfo)); hints.ai_flags = AI_PASSIVE; hints.ai_family = AF_UNSPEC; hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0) err_quit("tcp_listen error for %s, %s: %s", host, serv, gai_strerror(n)); ressave = res; do { listenfd = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, res->ai_protocol); if (listenfd < 0) continue; /* error, try next one */ Setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)); if (bind(listenfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) == 0) break; /* success */ Close(listenfd); /* bind error, close and try next one */ } while ( (res = res->ai_next) != NULL); if (res == NULL) /* errno from final socket() or bind() */ err_sys("tcp_listen error for %s, %s", host, serv); Listen(listenfd, LISTENQ); if (addrlenp) *addrlenp = res->ai_addrlen; /* return size of protocol address */ freeaddrinfo(ressave); return(listenfd); } /* end tcp_listen */
上面函数有一个问题，即指定的地址族为 AF_UNSPEC，即可能返回非期待的地址族套接字，如期待IPv4，返回IPv4和IPv6。
解决方法：
我们可以强制指定地址协议，如inet_pton
inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0", &foo); //succeeds inet_pton(AF_INET, "0::0", &foo); // fails inet_pton(AF_INET6, "0.0.0.0", &foo); // fails inet_pton(AF_INET6, "0::0", &foo); //succeeds
无连接UDP
int
udp_client(const char *host, const char *serv, SA **saptr, socklen_t *lenp)
{
int sockfd, n;
struct addrinfo hints, *res, *ressave;
bzero(&hints, sizeof(struct addrinfo));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM; if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0) err_quit("udp_client error for %s, %s: %s", host, serv, gai_strerror(n)); ressave = res; do { sockfd = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, res->ai_protocol); if (sockfd >= 0) break; /* success */ } while ( (res = res->ai_next) != NULL); if (res == NULL) /* errno set from final socket() */ err_sys("udp_client error for %s, %s", host, serv); *saptr = Malloc(res->ai_addrlen); memcpy(*saptr, res->ai_addr, res->ai_addrlen); *lenp = res->ai_addrlen; freeaddrinfo(ressave); return(sockfd); } /* end udp_client */
有连接UDP
int
udp_connect(const char *host, const char *serv)
{
int sockfd, n;
struct addrinfo hints, *res, *ressave;
bzero(&hints, sizeof(struct addrinfo));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM; if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0) err_quit("udp_connect error for %s, %s: %s", host, serv, gai_strerror(n)); ressave = res; do { sockfd = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, res->ai_protocol); if (sockfd < 0) continue; /* ignore this one */ if (connect(sockfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) == 0) break; /* success */ Close(sockfd); /* ignore this one */ } while ( (res = res->ai_next) != NULL); if (res == NULL) /* errno set from final connect() */ err_sys("udp_connect error for %s, %s", host, serv); freeaddrinfo(ressave); return(sockfd); } /* end udp_connect */
int
udp_server(const char *host, const char *serv, socklen_t *addrlenp)
{
int sockfd, n;
struct addrinfo hints, *res, *ressave;
bzero(&hints, sizeof(struct addrinfo));
hints.ai_flags = AI_PASSIVE; hints.ai_family = AF_UNSPEC; hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM; if ( (n = getaddrinfo(host, serv, &hints, &res)) != 0) err_quit("udp_server error for %s, %s: %s", host, serv, gai_strerror(n)); ressave = res; do { sockfd = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, res->ai_protocol); if (sockfd < 0) continue; /* error - try next one */ if (bind(sockfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) == 0) break; /* success */ Close(sockfd); /* bind error - close and try next one */ } while ( (res = res->ai_next) != NULL); if (res == NULL) /* errno from final socket() or bind() */ err_sys("udp_server error for %s, %s", host, serv); if (addrlenp) *addrlenp = res->ai_addrlen; /* return size of protocol address */ freeaddrinfo(ressave); return(sockfd); } /* end udp_server */
UDP套接字是不需要设置SO_REUSEADDR，因为UDP是没有WAIT_TIME类似的状态物。