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《TCP/IP网络编程》（第八章）域名及网络地址

news 来源：原创 2024/7/5 2:21:03

DNS（Domain Name System，域名系统） 是互联网上用于将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库系统。它的主要作用是让人们能够使用易于记忆的域名（如 www.example.com）来访问互联网上的资源，而不需要记住复杂的数字IP地址（如 192.0.2.1）。

1.DNS请求域名IP地址

所有计算机中都记录着默认DNS服务器地址，通过这个默认DNS服务器可以得到相应域名的IP地址信息，下图是请求过程：
在这里插入图片描述
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，则会逐级向上询问DNS服务器，如果一直都无法解析，则最终会到达根服务器，它知道该向那个DNS服务器询问，得到IP地址信息后原路返回，然后通过IP地址向目标服务器发送请求。

2.程序编写中需要使用域名吗？

用户友好性： 域名通常比IP地址更易于记忆和识别，使用域名可以提高用户体验。
可扩展性： 域名允许在不更改程序代码的情况下更换服务器IP地址，这在服务器迁移或扩展时非常有用。
负载均衡： 通过域名，可以更容易地实现负载均衡，将请求分发到多个服务器上。
安全性： 域名可以与SSL/TLS证书结合使用，提供安全的HTTPS连接，保护数据传输的安全。
易于管理： 使用域名可以简化网络配置和维护，因为域名解析和管理通常比IP地址更简单。

3.利用域名获取IP地址

这里将介绍gethostbyname()和getaddrinfo()两种函数，使用这些函数可以通过传递字符串格式的域名，获取IP地址
①Linux系统
gethostbyname()函数是早期的网络编程API，用于将主机名转换为IP地址，只支持IPv4地址，并且返回的是一个静态的hostent结构。

struct hostent *gethostbyname(const char *name);
//成功时返回hostent结构体地址，失败时返回NULL指针
//name表示要查询的域名struct hostent {char    *h_name;       //官方域名char    **h_aliases;   //其他域名，同一IP可以绑定多个域名int     h_addrtype;    //表示主机地址的类型，最常见的是AF_INET，表示IPv4地址。int     h_length;      //表示每个地址的字节长度char    **h_addr_list; //一个指向字符指针数组的指针，数组中的每个元素都指向一个IP地址//因为用户较多的网站会给一个域名分配多个IP，利用多个服务器进行负载均衡
};

#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;if(argc != 2){printf("Usage : %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}// 使用gethostbyname()函数获取主机信息host = gethostbyname(argv[1]);// argv[1]是命令行输入的主机名或IP地址if(!host){error_handling("gethostbyname() error");}// 打印主机的官方名称printf("Official name : %s \n", host->h_name);for(i = 0; host->h_aliases[i]; i++){printf("Aliases %d : %s \n", i+1, host->h_aliases[i]);// 打印主机的所有别名}printf("Address type : %s \n", (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");for(i=0; host->h_addr_list[i]; i++)// 打印所有IP地址printf("IP addr %d : %s \n", i+1, inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]));inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]);return 0;}void error_handling(char *msg){fputs(msg, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

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getaddrinfo()函数是一个现代的、可扩展的网络地址解析函数，它支持IPv4和IPv6，这里只给出基本语法

int getaddrinfo(const char *nodename,const char *servname,const struct addrinfo *hints,struct addrinfo **res);
//nodename: 要查询的域名
//servname: 要查询的服务名，可以是NULL，表示使用默认端口。
//hints: 指向addrinfo结构的指针，该结构提供了查询的选项，如地址族（IPv4或IPv6）、套接字类型（如流套接字SOCK_STREAM）、协议类型等。
//res: 函数返回时，指向一个addrinfo结构链表的指针，每个结构包含一个解析后的地址。struct addrinfo {int              ai_flags;      /* 特殊选项标志 */int              ai_family;     /* 地址族（如AF_INET，AF_INET6） */int              ai_socktype;   /* 套接字类型（如SOCK_STREAM） */int              ai_protocol;   /* 协议（如IPPROTO_TCP） */socklen_t        ai_addrlen;    /* 结构ai_addr的长度 */struct sockaddr *ai_addr;       /* 结构ai_addr的指针 */char             *ai_canonname; /* 规范主机名 */struct addrinfo *ai_next;       /* 下一个addrinfo结构的指针 */
};

②Windows系统
gethostbyname()和getaddrinfo()两种函数在Windows系统中的语法，和Linux系统中完全相同，这里就不再赘述，直接给出示例代码：

gethostbyname()函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <winsock2.h>
void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{WSADATA wsaData;int i;struct hostent *host;if(argc != 2){printf("Usage : %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)error_handling("WSAStartup() error!");host = gethostbyname(argv[1]);if(!host){error_handling("gethostbyname() error!");}printf("Official name : %s \n", host->h_name);for(i = 0; host->h_aliases[i]; i++)printf("Aliases %d : %s \n", i+1, host->h_aliases[i]);printf("Address type : %s \n", (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");for(i = 0; host->h_addr_list[i]; i++)printf("IP addr %d : %s \n", i+1, inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]));WSACleanup();return 0;}void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

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4.利用IP地址获取域名

这里将介绍gethostbyaddr()和getnameinfo()两种函数，使用这些函数可以利用IP地址，获取域名。

①Linux系统
getthostbyaddr()函数是早期的网络编程API，成功时，返回一个指向hostent结构的指针；失败时，返回NULL。可能不是线程安全的，并且在某些系统上可能已被废弃，同样的不支持IPv6

 struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr, socklen_t len, int type);
//addr: 指向IP地址的指针，该地址以网络字节顺序给出。
//len: IP地址的长度，对于IPv4地址通常是sizeof(struct in_addr)，对于IPv6地址是sizeof(struct in6_addr)。
//type: 地址类型，对于IPv4地址使用AF_INET，对于IPv6地址使用AF_INET6。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
void error_handling(const char *message);int main(int argc, char *argv[]){int i;struct hostent *host;struct sockaddr_in addr;if(argc != 2){printf("Usage : %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);host = gethostbyaddr((char*)&addr.sin_addr, sizeof(addr.sin_addr), AF_INET);//将IP地址转换为域名if(!host){error_handling("gethost... error");}printf("Official name : %s \n", host->h_name);for(i=0; host->h_aliases[i]; i++){printf("Aliases %d : %s \n", i+1, host->h_aliases[i]);}printf("Address type : %s \n", (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");for(i=0; host->h_addr_list[i]; i++){printf("IP addr %d : %s \n", i+1, inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]));}return 0;}void error_handling(const char *msg){fputs(msg, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

这里解析腾讯的IP地址
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getnameinfo()函数用于将IP地址转换为主机名和端口号的可读字符串形式，这个函数支持IPv4和IPv6，这里只做语法介绍。

int getnameinfo(const struct sockaddr *sa, socklen_t salen,char *host, socklen_t hostlen,char *serv, socklen_t servlen, int flags);
//sa: 指向sockaddr结构的指针，包含要解析的地址信息。
//salen: sockaddr结构的大小。
//host: 用于存储解析后的主机名的缓冲区的指针。
//hostlen: host缓冲区的长度。
//serv: 用于存储解析后的端口号的字符串的缓冲区的指针，可以为NULL，如果不需要服务名。
//servlen: serv缓冲区的长度。
//flags: 控制getnameinfo行为的标志位，可以是以下值的组合：//0: 默认行为。//NI_NOFQDN: 仅返回主机名而不返回完全限定的域名（FQDN）。//NI_NUMERICHOST: 强制返回数值形式的主机地址，忽略gethostbyaddr的解析。//NI_NAMEREQD: 如果节点名未知，则要求返回错误。//NI_NUMERICSERV: 返回服务的数值形式而不是服务名称。//NI_DGRAM: 服务指定为数据报服务（UDP）。

①Windows系统
gethostbyaddr()和getnameinfo()两种函数在Windows系统中的语法，和Linux系统中完全相同，这里就不再赘述，直接给出示例代码：

gethostbyaddr()函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>void error_handling(const char *message); // 错误处理函数声明int main(int argc, char *argv[])
{WSADATA wsaData;int i;struct hostent *host;SOCKADDR_IN addr;// 用于存储IPv4地址信息的结构体if(argc!=2){printf("Usage : %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData)!=0){printf("WSAStartup() error!\n");exit(1);}memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);// 使用gethostbyaddr函数将IP地址转换为hostent结构host=gethostbyaddr((char*)&addr.sin_addr, sizeof(addr.sin_addr), AF_INET);if(host==NULL){error_handling("gethostbyaddr... error");}// 打印官方主机名printf("Official name: %s \n", host->h_name);for(i=0; host->h_aliases[i]; i++){// 遍历并打印所有别名printf("Aliases %d: %s \n", i+1, host->h_aliases[i]);}// 打印地址类型printf("Address type: %d \n", host->h_addrtype);for(i=0; host->h_addr_list[i]; i++){// 遍历并打印所有IP地址printf("IP addr %d: %s \n", i+1, inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]));}// 清理WinsockWSACleanup();return 0;
}// 错误处理函数，打印错误信息并退出程序
void error_handling(const char *message) {fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}