Linux 下用 getaddrinfo 及 getnameinfo 實現IP和域名的互相轉換

gethostbyname, gethostbyaddr是不可重入函數；已經被getaddrinfo, getnameinfo替代。

可重入函數主要用於多任務環境中，一個可重入的函數簡單來說就是可以被中斷的函數，也就是說，可以在這個函數執行的任何時刻中斷它，轉入OS調度下去執行另外一段。不可重入,意味着不可被並行調度,否則會產生不可預料的結果,這些函數提內一般使用了靜態(static)的數據結構,使用了malloc()或者free()函數,使用了標准I/O函數等等。

getaddrinfo 將主機和服務轉換到socket地址，融合了函數getipnodebyname, getipnodebyaddr, getservbyname, getservbyport的功能，是可重入的。
getnameinfo 功能與getaddrinfo相反，它將socket地址轉換到主機和服務，融合了函數gethostbyaddr、getservbyport的功能，也是可重入的。

函數原型：
int getaddrinfo(const char *node, const char *service, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res);
int getnameinfo(const struct sockaddr *sa, socklen_t salen, char *host, size_t hostlen, char *serv, size_t servlen, int flags);

addrinfo 結構體定義如下：

 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;
    };

函數參數說明：
    node或service參數最多可能有一個為NULL。
    node 要么為點分式地址(IPv4-點分十進制, IPv6-十六進制) 要么為主機名。如果hints.ai_flags包含了AI_NUMERICHOST標志，則node必須為數字地址。
    service為端口號或者端口名。如果不為空，為端口名，則必須可以解析，通過/etc/services。
    如果hints.ai_flags指定了AI_CANONNAME標志，則返回的結構體列表中第一個addrinfo結構體的ai_canonname域指向了主機的正式名字    
     如果hints.ai_flags指定了AI_PASSIVE標志，而且node為NULL,則返回的地址包含INADDR_ANY或IN6ADDR_ANY_INIT適合用來bind將要accept連接的socket。
    如果hints.ai_flags指定了AI_PASSIVE標志，而且node不為NULL,則忽略AI_PASSIVE。
    如果hints.ai_flags未指定AI_PASSIVE標志，則返回的地址適合用來connect，sendto，sendmsg。
    如果hints.ai_flags未指定AI_PASSIVE標志，而且node為NULL, 則返回回環地址，用於本地服務。
    根據node和service查找到對應的addr info。如果此信息被connect調用，則表示這是被監聽對象；而監聽者可以通過node里面設置。node如果是fe80這種IP V6地址，必須接%eth來指定接口，則監聽者就是這個local IP；如果是raw socket，則監聽端口就是hints里面的 ai_protocol。  getaddrinfo() supports the address%scope-id notation for specifying the IPv6 scope-ID.

 

 

IPv4中使用gethostbyname()函數完成主機名到地址解析，這個函數僅僅支持IPv4，

且不允許調用者指定所需地址類型的任何信息，返回的結構只包含了用於存儲IPv4地址的空間。

IPv6中引入了新的API getaddrinfo()，它是協議無關的，既可用於IPv4也可用於IPv6。

getaddrinfo() 函數能夠處理名字到地址以及服務到端口這兩種轉換，返回的是一個 struct addrinfo 的結構體(列表)指針而不是一個地址清單。

這些 struct addrinfo 結構體隨后可由套接口函數直接使用。如此以來，getaddrinfo()函數把協議相關性安全隱藏在這個庫函數內部。

應用程序只要處理由getaddrinfo()函數填寫的套接口地址結構。

Parameter

1) nodename

主機名("www.baidu.com")或者是數字化的地址字符串(IPv4的點分十進制串("192.168.1.100")或者IPv6的16進制串("2000::1:2345:6789:abcd"))，

如果 ai_flags 中設置了AI_NUMERICHOST 標志，那么該參數只能是數字化的地址字符串，不能是域名，

該標志的作用就是阻止進行域名解析。

nodename 和 servname 可以設置為NULL，但是同時只能有一個為NUL。

2) servname

服務名可以是十進制的端口號("8080")字符串，也可以是已定義的服務名稱，如"ftp"、"http"等,詳細請查看/etc/services 文件，

最后翻譯成對應服務的端口號。如果此參數設置為NULL，那么返回的socket地址中的端口號不會被設置。

如果 ai_flags 設置了AI_NUMERICSERV 標志並且該參數未設置為NULL，那么該參數必須是一個指向10進制的端口號字符串，

不能設定成服務名，該標志就是用來阻止服務名解析。

 

3) hints

該參數指向用戶設定的 struct addrinfo 結構體，只能設定該結構體中 ai_family、ai_socktype、ai_protocol 和 ai_flags 四個域，

其他域必須設置為0 或者 NULL, 通常是申請 結構體變量后使用memset()初始化再設定指定的四個域。

該參數可以設置為NULL，等價於 ai_socktype = 0， ai_protocol = 0，ai_family = AF_UNSPEC， 

ai_flags = 0 （在GNU Linux中ai_flag = AI_V4MAPPED | AI_ADDRCONFIG,可以看作是GNU的改進）。

　① ai_family

　　指定返回地址的協議簇，取值范圍:AF_INET(IPv4)、AF_INET6(IPv6)、AF_UNSPEC(IPv4 and IPv6)

   ② ai_socktype

　　具體類型請查看struct addrinfo 中的 enum __socket_type 類型，用於設定返回地址的socket類型，

　　常用的有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW, 設置為0表示所有類型都可以。

　③ ai_protocol

　　具體取值范圍請查看 Ip Protocol ，常用的有 IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP 等，設置為0表示所有協議。

　④ ai_flags

　　附加選項,多個選項可以使用或操作進行結合，具體取值范圍請查看struct addrinfo , 常用的標志如下：

• AI_PASSIVE

　　　　如果設置了 AI_PASSIVE 標志,並且 nodename 是 NULL, 那么返回的socket地址可以用於的bind()函數，

     　　返回的地址是通配符地址(wildcard address, IPv4時是INADDR_ANY,IPv6時是IN6ADDR_ANY_INIT)，

     　　這樣應用程序(典型是server)就可以使用這個通配符地址用來接收任何請求主機地址的連接，

     　　如果 nodename 不是NULL，那么 AI_PASSIVE 標志被忽略；

　　　　如果未設置AI_PASSIVE標志,返回的socket地址可以用於connect(), sendto(), 或者 sendmsg()函數。

　　　　如果 nodename 是NULL，那么網絡地址會被設置為lookback接口地址(IPv4時是INADDR_LOOPBACK,IPv6時是IN6ADDR_LOOPBACK_INIT)，

　　　　這種情況下，應用是想與運行在同一個主機上另一個應用通信。

• AI_CANONNAME

 　　　　請求canonical(主機的official name)名字。如果設置了該標志，那么 res 返回的第一個 struct addrinfo 中的 ai_canonname 域會存儲official name的指針。

• AI_NUMERICHOST

 　　　　阻止域名解析，具體見 nodename 中的說明。

• AI_NUMERICSERV

　　　　阻止服務名解析，具體見 servname 中的說明。

• AI_V4MAPPED

 　　　　當 ai_family 指定為AF_INT6(IPv6)時，如果沒有找到IPv6地址，那么會返回IPv4-mapped IPv6 地址，

　　　　也就是說如果沒有找到AAAA record(用來將域名解析到IPv6地址的DNS記錄),那么就查詢A record(IPv4),

　　　　將找到的IPv4地址映射到IPv6地址, IPv4-mapped IPv6 地址其實是IPv6內嵌IPv4的一種方式，

　　　　地址的形式為"0::FFFF:a.b.c.d"，例如"::ffff:192.168.89.9"(混合格式)這個地址仍然是一個IPv6地址，

           只是"0000:0000:0000:0000:0000:ffff:c0a8:5909"(16機制格式)的另外一種寫法罷了。

　　　　當 ai_family 不是AF_INT6(IPv6)時，該標志被忽略。

• AI_ALL

 　　　　查詢IPv4和IPv6地址

• AI_ADDRCONFIG

　　　　只有當主機配置了IPv4地址才進行查詢IPv4地址；只有當主機配置了IPv6地址才進行查詢IPv6地址.

4) res

 該參數獲取一個指向存儲結果的 struct addrinfo 結構體列表，使用完成后調用 freeaddrinfo() 釋放存儲結果空間。

 

Return Value

如果 getaddrinfo() 函數執行成功，返回值為 0 ， 其他情況返回值表示錯誤種別。使用函數gai_strerror() 可以獲取可讀性的錯誤信息,用法用strerror()相同，

錯誤種別如下：

• EAI_ADDRFAMILY

　　　　指定的主機上沒有請求的address family對應的網絡地址.

• EAI_AGAIN

　　　　DNS(name server)返回臨時性錯誤. 可以稍后重試.

• EAI_BADFLAGS

　　　　hints.ai_flags 包含了無效的標志; 或者 hints.ai_flags 包含了 AI_CANONNAME 標志但是 name 是 NULL.

• EAI_FAIL

　　　　DNS(name server)返回永久性錯誤

• EAI_FAMILY

　　　　不支持的 address family(hints.ai_family).

• EAI_MEMORY

　　　　內存耗盡.

• EAI_NODATA

　　　　指定的網絡主機存在，但是其未定義任何網絡地址.

• EAI_NONAME

　　　　nodename 或者 servname 未知;或者兩者都設置為NULL;

　　　　或者設置了 AI_NUMERICSERV 標志但是 servname 不是一個數字化的端口名字符串。

• EAI_SERVICE

　　　　請求的socket類型不支持請求的服務類型.例如服務類型是 "shell" (基於流的socket服務)，

　　　　但是 hints.ai_protocol 是  IPPROTO_UDP 或者hints.ai_socktype 是 SOCK_DGRAM;

　　　　或者 servname 不是NULL 但是 hints.ai_socktype 是 SOCK_RAW (原始套接字不支持服務的概念).

• EAI_SOCKTYPE

　　　　不支持請求的socket類型. 例如, hints.ai_socktype 和 hints.ai_protocol 沖突 (例如分別是SOCK_DGRAM、IPPROTO_TCP).

• EAI_SYSTEM

　　　　系統調用錯誤，檢查 errno.

 

示例：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>

int ip_to_hostname(const char* ip)
{
    int ret = 0;

    if (!ip) {
        printf("invalid params\n");
        return -1;
    }

    struct addrinfo hints;
    struct addrinfo *res, *res_p;
    memset(&hints, 0, sizeof(struct addrinfo));
    hints.ai_family = AF_UNSPEC;
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
    hints.ai_flags = AI_CANONNAME | AI_NUMERICHOST;
    hints.ai_protocol = 0;

    ret = getaddrinfo(ip, NULL, &hints, &res);
    if (ret != 0) {
        printf("getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(ret));
        return -1;
    }

    for (res_p = res; res_p != NULL; res_p = res_p->ai_next) {
        char host[1024] = {0};
        ret = getnameinfo(res_p->ai_addr, res_p->ai_addrlen, host, sizeof(host), NULL, 0, NI_NAMEREQD);
        if(ret != 0)
            printf("getnameinfo: %s\n", gai_strerror(ret));
        else
            printf("hostname: %s\n", host);
    }

    freeaddrinfo(res);
    return ret;
}

int hostname_to_ip(const char* hostname)
{
    int ret = 0;

    if (!hostname) {
        printf("invalid params\n");
        return -1;
    }

    struct addrinfo hints;
    struct addrinfo *res, *res_p;
    memset(&hints, 0, sizeof(struct addrinfo));
    hints.ai_family = AF_UNSPEC;
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
    hints.ai_flags = AI_CANONNAME;
    hints.ai_protocol = 0;

    ret = getaddrinfo(hostname, NULL, &hints, &res);
    if (ret != 0) {
        printf("getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(ret));
        return -1;
    }

    for (res_p = res; res_p != NULL; res_p = res_p->ai_next) {
        char host[1024] = {0};
        ret = getnameinfo(res_p->ai_addr, res_p->ai_addrlen, host, sizeof(host), NULL, 0, NI_NUMERICHOST);
        if(ret != 0)
            printf("getnameinfo: %s\n", gai_strerror(ret));
        else
            printf("ip: %s\n", host);
    }

    freeaddrinfo(res);
    return ret;
}

int main(void)
{
    int err = ip_to_hostname("127.0.1.1");
    printf("err1: %d\n\n", err);

    err = hostname_to_ip("baidu.com");
    printf("err2: %d\n", err);

    return 0;
}