TCP/IP网络编程之域名及网络地址

Posted 2021-01-07 beiluowuzheng

域名系统

DNS是对IP地址和域名进行互相转换的系统，其核心是DNS服务器。提供网络服务的服务端也是通过IP地址来区分的，但由于IP地址难于记忆，因此通过容易记忆并表述的域名来取代IP地址

在浏览器地址栏输入www.baidu.com，或如图1-1用ping命令获取其IP地址，便可访问百度主页，那么通用域名访问和通过IP访问这二者有何区别？

图1-1   用ping命令获取百度地址

实际上，域名是赋予服务端的虚拟地址，而非实际地址。因此需要将虚拟地址转化为实际地址。那么，如何将域名转化为IP地址呢？DNS服务器承担此重任，可以向DNS服务器请求转换地址。所有计算机中都记录着默认DNS服务器地址，就是通过默认DNS服务器得到相应域名的IP地址信息。在浏览器地址栏中输入域名后，浏览器通过默认DNS服务器获取该域名对应的IP地址信息，之后才真正接入该网站

计算机内置的默认DNS服务器并不知道网络上所有域名的IP地址信息，若该DNS服务器无法解析，则会询问其他DNS服务器并提供给用户，如图1-2

图1-2   DNS和请求获取IP地址信息

图1-2展示了默认DNS服务器无法解析主机询问的域名对应IP地址时的应答过程，可以看出，默认DNS服务器收到自己无法解析的请求时，向上级DNS服务器询问，通过这种方式逐级向上传递信息，到达顶级DNS服务器时——根DNS服务器，它知道该向哪个DNS服务器询问，向下级DNS传递解析请求，得到IP地址后原路返回，最终将解析的IP地址传递到发起请求的主机，DNS就是这样层次化管理的一种分布式数据库系统

利用域名获取IP地址

#include <netdb.h>
struct hostent *gethostbyname(const char *hostname);//成功时返回hostent结构体指针，失败时返回NULL指针

　　

只要向这个函数传递域名字符串，就会返回域名所对应的IP地址。只是返回时，地址信息装入hostent结构体，此结构体定义如下：

struct hostent
{
	char *h_name;         //正式主机名
	char **h_aliases;     //主机别名
	int h_addrtype;       //主机IP地址类型：IPV4-AF_INET
	int h_length;		  //主机IP地址字节长度，对于IPv4是四字节，即32位
	char **h_addr_list;	  //主机的IP地址列表
};

　　

从上述结构体可以看出，当调用gethostbyname函数时不止返回IP信息，同时还带着其他信息，下面简要介绍下上述结构体中的各个成员：

• h_name：该变量存有官方域名，官方域名代表某一主页，但实际上，一些著名公司的域名并未使用官方域名注册
• h_aliases：可以通过多个域名访问同一主页，同一IP可以绑定多个域名，因此，除官方域名外还可指定其他域名
• h_addrtype：gethostbyname函数不仅支持IPv4，还支持IPv6。因此可以通过此变量获取保存在h_addr_list的IP地址的地址族信息。若是IPv4，则此变量存有AF_INET
• h_length：保存IP地址长度。若是IPv4地址，因为是4个字节，则保存4；若是IPv6，因为是16个字节，故保存16
• h_addr_list：该变量以整数形式保存域名的IP地址。另外，用于访问量较大的网站可能分配多个IP给同一域名，利用多个服务器进行负载均衡，同样可以通过此变量获取IP地址信息

调用gethostbyname函数后返回的hostent结构体变量结构如图1-3所示：

图1-3   hostent结构体变量

下面我们看一下gethostbyname函数的应用，并说明hostent结构体变量的特性

gethostbyname.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    struct hostent *host;
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage:%s<addr>
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    host = gethostbyname(argv[1]);
    if (!host)
        error_handling("gethost... error");
    printf("Official name:%s
", host->h_name);
    for (i = 0; host->h_aliases[i]; i++)
        printf("Aliases %d:%s
", i + 1, host->h_aliases[i]);
    printf("Address type:%s
", (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");
    for (i = 0; host->h_addr_list[i]; i++)
        printf("IP addr %d:%s
", i + 1, inet_ntoa(*(struct in_addr *)host->h_addr_list[i]));

    return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc(‘
‘, stderr);
    exit(1);
}

　　

• 第17行：通过main函数传递的字符串作为参数传给gethostbyname函数
• 第20行：输出官方域名
• 第21、22行：输出除官方域名以外的域名
• 第24、25行：输出IP地址信息

编译gethostbyname.c并运行

# gcc gethostbyname.c -o gethostbyname
# ./gethostbyname www.taobao.com
Official name:www.taobao.com.danuoyi.tbcache.com
Aliases 1:www.taobao.com
Address type:AF_INET
IP addr 1:61.154.126.109
IP addr 2:218.67.61.254

　　

大家可在编译gethostbyname.c后自行选择一个域名进行测试，现在我们看一下第24和25行，如果我们只看hostent结构体的定义，结构体成员h_addr_list指向了一个字符串指针数组（由多个字符串地址构成的数组）。但字符串指针数组中的元素实际指向的是in_addr结构体地址而非字符串，如图1-4所示：

图1-4   h_addr_list结构体成员

图1-4给出了h_addr_list结构体的参照关系，正因如此，上述代码中才有了第25行的类型转换，并调用inet_ntoa函数

这里可能大家会有疑问，为什么是char *而不是in_addr *？hostent结构体的成员h_addr_list指向的数组类型并不是in_addr结构体的指针数组，而是采用了char指针。是因为hostent结构体并非只为IPv4准备，因此考虑到通用性，声明为char指针类型的数组。那么，声明为void指针类型的数组是否更合理？确实，如果指针对象不明确时，声明为void指针类型更合理，但我们所学习的套接字函数是早在void指针标准化之前定义的，在当时无法确定指针类型时都采用char指针

利用IP地址获取域名

之前介绍的gethostbyname函数利用域名获取包括IP地址在内的域相关信息，而gethostbyaddr函数利用IP地址获取域相关信息

#include <sys/socket.h>
struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr, socklen_t len, int family);//成功时返回hostent结构体变量地址值，失败时返回NULL指针

　　

• addr：含有IP地址信息的in_addr结构体指针，为了同时传递IPv4地址之外的其他信息，该变量的类型声明为char指针
• len：向第一个参数传递的地址信息的字节数，IPv4时为4，IPv6时为16
• family：传递地址族信息，IPv4时为AF_INET，IPv6时为AF_INET6

现在我们来看一下gethostbyaddr函数的使用方法

gethostbyaddr.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    struct hostent *host;
    struct sockaddr_in addr;
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage : %s <IP>
", argv[0]);
        exit(1);
    }

    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    host = gethostbyaddr((char *)&addr.sin_addr, 4, AF_INET);
    if (!host)
        error_handling("gethost... error");

    printf("Official name: %s 
", host->h_name);

    for (i = 0; host->h_aliases[i]; i++)
        printf("Aliases %d: %s 
", i + 1, host->h_aliases[i]);

    printf("Address type: %s 
",
           (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");

    for (i = 0; host->h_addr_list[i]; i++)
        printf("IP addr %d: %s 
", i + 1,
               inet_ntoa(*(struct in_addr *)host->h_addr_list[i]));
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc(‘
‘, stderr);
    exit(1);
}

　　

除第22行的gethostbyaddr函数调用外，与gethostbyname.c并无区别，因为函数调用的结果是通过hostent结构体变量地址值传递的

编译gethostbyaddr.c并运行

# gcc gethostbyaddr.c -o gethostbyaddr
# ./gethostbyaddr 218.67.61.254
Official name: 254.61.67.218.broad.sm.fj.dynamic.163data.com.cn 
Address type: AF_INET 
IP addr 1: 218.67.61.254

　　

之前我们通过gethostbyname.c获得了某宝的IP地址，现在我们尝试用之前获得的IP地址反过来获取域名信息。从运行结果可以看到，记录于DNS的官方主页地址具有特殊格式