IPv6名称到地址的转换函数getaddrinfo()详解

2004-12-12 （修改）
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]
（在XP下，即使servname不为空，返回的地址仍然是[::1]，即XP下只要nodename是本机名，返回的地址就是[::1]，无法返回别的
地址，不知道是不是XP实现时的问题，因为[::1]只能用作本机测试，绑定在其上的socket是无法被别的机器寻址的）
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。
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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。

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[align=left][参考][/align]
[align=left][1]MSDN Library – January 2004[/align]
[align=left]ms-help://MS.MSDNQTR.2004JAN.1033/winsock/winsock/getaddrinfo_2.htm[/align]
[align=left]ms-help://MS.MSDNQTR.2004JAN.1033/winsock/winsock/addrinfo_2.htm[/align]
[align=left][2]《理解IPv6》（"Understanding IPv6”）,清华大学出版社[/align]