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Linux C/C++下IPv6 socket详解
IPv4 地址的长度为 32 位，而 IPv6 接口由 128 位地址标识。套接字接口使 IP 地址的大小对应用程序非常可见。IPv6 的地址表示法是一组 8 个 4 位十六进制数字，用“:”分隔。 “::” 代表一串 0 位。 特殊地址是 ::1 用于环回。
IPv6地址族和协议族
IPv4 和 IPv6 共享本地端口空间。当您获得到 IPv6 套接字的 IPv4 连接或数据包时，其源地址将映射到 v6。
struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */ in_port_t sin6_port; /* port number */ uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */ uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ }; /* IPv6 address */ struct in6_addr { union { uint8_t __u6_addr8[16]; #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU uint16_t __u6_addr16[8]; uint32_t __u6_addr32[4]; #endif } __in6_u; #define s6_addr __in6_u.__u6_addr8 #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU # define s6_addr16 __in6_u.__u6_addr16 # define s6_addr32 __in6_u.__u6_addr32 #endif };- 1
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sin6_family 始终设置为 AF_INET6；用于区分了原始的 sockaddr_in 地址数据结构和新的 sockaddr_in6 数据结构。
sin6_port 字段包含 16 位 UDP 或 TCP 端口号。； sin6_flowinfo 是 IPv6 流标识符； sin6_addr是此数据结构包含一个由 16 个 8 位元素组成的数组，这些元素组成一个 128 位 IPv6 地址。 IPv6 地址以网络字节顺序存储。sin6_scope_id 是一个取决于地址范围的 ID。
注意，sockaddr_in6 结构通常比通用 sockaddr 结构大。在许多现有的实现中，sizeof(struct sockaddr_in) 等于 sizeof(struct sockaddr)，两者都是 16 字节。在转换为 IPv6 时，需要仔细检查任何做出此假设的现有代码。
套接字函数
int socket(int domain, int type, int protocol);- 1
应用程序调用 socket() 函数来创建一个套接字描述符表示通信端点。socket() 函数告诉系统使用哪个协议，例如：
要创建 IPv4/TCP 套接字，应用程序会调用s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);- 1
要创建 IPv4/UDP 套接字，应用程序会调用
s = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);- 1
应用程序可以通过简单地使用创建 IPv6/TCP 和 IPv6/UDP 套接字，第一个参数中的常量 PF_INET6 而不是 PF_INET。要创建 IPv6/TCP 套接字，应用程序会调用
s = socket(PF_INET6, SOCK_STREAM, 0);- 1
要创建 IPv6/UDP 套接字，应用程序会调用
s = socket(PF_INET6, SOCK_DGRAM, 0);- 1
一旦应用程序创建了 PF_INET6 套接字，它必须在将地址传递给系统时使用 sockaddr_in6 地址结构。应用程序用来将地址传递到系统的函数是：
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len); int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags); ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen) ;- 1
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系统将使用 sockaddr_in6 地址结构将地址返回给使用 PF_INET6 套接字的应用程序。将地址从系统返回到应用程序的函数是：
int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address, socklen_t *restrict address_len); ssize_t recvfrom(int socket, void *restrict buffer, size_t length, int flags, struct sockaddr *restrict address, socklen_t *restrict address_len); ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags); int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);- 1
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无需更改套接字函数的语法即可支持 IPv6，因为所有“地址携带”函数都使用不透明的地址指针，并携带地址长度作为函数参数。
IPv6 环回地址
应用程序需要向 TCP 发送 UDP 数据包或发起 TCP连接到驻留在本地节点上的服务。在 IPv4 中，它们可以通过使用常量 IPv4 地址 INADDR_LOOPBACK 来做到这一点他们的 connect()、sendto() 或 sendmsg() 调用。
IPv6 还提供了一个环回地址来联系本地 TCP 和 UDP服务。与未指定地址一样，IPv6 环回地址是以两种形式提供一个是全局变量一个是符号常量。
全局变量是一个名为“in6addr_loopback”的 in6_addr 结构。此变量的外部声明在
in.h> 中定义： extern const struct in6_addr in6addr_any; /* :: */ extern const struct in6_addr in6addr_loopback; /* ::1 */- 1
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应用程序使用 in6addr_loopback 就像在 IPv4 应用程序中使用 INADDR_LOOPBACK 一样.
struct sockaddr_in6 sin6; . . . sin6.sin6_family = AF_INET6; sin6.sin6_flowinfo = 0; sin6.sin6_port = htons(8080); sin6.sin6_addr = in6addr_loopback; /* structure assignment */ . . . if (connect(s, (struct sockaddr *) &sin6, sizeof(sin6)) == -1) . . .- 1
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结构 in6_addr loopbackaddr = IN6ADDR_LOOPBACK_INIT,与 IN6ADDR_ANY_INIT 一样，此常量不能用于对先前声明的 IPv6 地址变量的赋值。
#define IN6ADDR_ANY_INIT { { { 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 } } } #define IN6ADDR_LOOPBACK_INIT { { { 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1 } } }- 1
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套接字选项
#include/* See NOTES */ #include int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen); int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen); - 1
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为 IPv6 定义了许多新的套接字选项。所有这些新选项都在 IPPROTO_IPV6 级别。也就是说，在使用这些选项时，getsockopt() 和 setsockopt() 调用中的“级别”参数是 IPPROTO_IPV6。常量名称前缀 IPV6_ 用于所有新的套接字选项。这有助于清楚地将这些选项标识为 适用于 IPv6。
单播跳数限制
setsockopt() 选项控制传出单播 IPv6 数据包中使用的跳数限制。该选项的名称为 IPV6_UNICAST_HOPS，用于 IPPROTO_IPV6
层。以下示例说明了它的使用方式：int hoplimit = 10; if (setsockopt(s, IPPROTO_IPV6, IPV6_UNICAST_HOPS,(char *) &hoplimit, sizeof(hoplimit)) == -1) perror("setsockopt IPV6_UNICAST_HOPS");- 1
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当使用 setsockopt() 设置 IPV6_UNICAST_HOPS 选项时，给定的选项值用作通过该套接字发送的所有后续单播数据包的跳数限制。如果未设置该选项，则系统选择默认值。
IPV6_UNICAST_HOPS 选项可以与 getsockopt() 一起使用，以确定系统将用于通过该套接字发送的后续单播数据包的跃点限制值。例如：
int hoplimit; size_t len = sizeof(hoplimit); if (getsockopt(s, IPPROTO_IPV6, IPV6_UNICAST_HOPS,(char *) &hoplimit, &len) == -1) perror("getsockopt IPV6_UNICAST_HOPS"); else printf("Using %d for hop limit.\n", hoplimit);- 1
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发送和接收组播数据包
IPv6 应用程序可以通过在 sendto() 函数的地址参数中简单地指定 IPv6 多播地址来发送 UDP 多播数据包。
IPPROTO_IPV6 层的三个套接字选项控制发送多播数据包的一些参数。不需要设置这些选项：应用程序可以在不使用这些选项的情况下发送 多播数据包。用于控制多播数据包发送的 setsockopt() 选项总结如下。这三个选项也可以与getsockopt() 一起使用。
IPV6_MULTICAST_IF 设置用于传出多播数据包的接口。 IPV6_MULTICAST_HOPS 设置用于传出多播数据包的跃点限制。 IPV6_MULTICAST_LOOP 如果多播数据报被发送到发送主机本身所属的组（在传出接口上），如果此选项设置为 1，则 IP 层会环回该数据报的副本以进行本地 传递 IPV6_JOIN_GROUP 在指定的本地接口上加入多播组. IPV6_LEAVE_GROUP 将组播组留在指定接口上。- 1
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struct ipv6_mreq { struct in6_addr ipv6mr_multiaddr; /* IPv6 multicast addr */ unsigned int ipv6mr_interface; /* interface index */ };- 1
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注意，要接收多播数据报，进程必须加入多播组并绑定将发送数据报的 UDP 端口。除了端口之外，一些进程还将多播组地址绑定到套接字，以防止发往同一端口的其他数据报被传递到套接字。
gethostbyname() 和 gethostbyaddr() 使用
需要新的库函数来使用 IPv6 地址执行各种操作。需要函数来在域名系统 (DNS) 中查找 IPv6 地址。需要支持正向查找（节点名到地址转换）和 反向查找（地址到节点名转换）。还需要函数将 IPv6 地址在其二进制和文本形式之间转换。
#include#include #include struct hostent *getipnodebyname(const char *name, int af, int flags, int *error_num); struct hostent *getipnodebyaddr(const void *addr, size_t len, int af, int *error_num); void freehostent(struct hostent *ip); - 1
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getipnodebyname 函数的name 参数可以是节点名称或数字地址字符串（即点分十进制 IPv4 地址或 IPv6 十六进制地址）。af 参数指定地址族，AF_INET 或AF_INET6。 error_num 值通过指针返回给调用者。
与 getipnodebyname() 一样，getipnodebyaddr() 必须是线程安全的。hostent 结构是由getipnodebyname和getipnodebyaddr动态分配的。需要调用freehostent()释放内存。
地址转换函数
两个函数 inet_addr() 和 inet_ntoa() 在二进制和文本形式之间转换 IPv4 地址。 IPv6 应用程序需要类似的功能。以下两个函数同时转换 IPv6
和 IPv4 地址：const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size); int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);- 1
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inet_pton() 函数将其标准文本表示形式的地址转换为其数字二进制形式。 af 参数指定地址的系列。目前支持 AF_INET 和 AF_INET6 地 址系列。 src 参数指向传入的字符串。 dst 参数指向函数存储数字地址的缓冲区。
IPv6 实现多播
ipv6_multicast_send - 用于加入多播组的客户端，从标准输入读取数据并传输 udp 数据报int main(int argc, char *argv[]) { if (argc < 3) { printf("\nUsage: %s\n\nExample: %s ff02::5:6 8088\n\n" , argv[0], argv[0]); return 1; } sd = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); if (sd < 0) { perror("socket"); return 1; } if (setsockopt(sd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on))) { perror("setsockopt"); return 1; } if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_MULTICAST_IF, &ifidx, sizeof(ifidx))) { perror("setsockopt"); return 1; } if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_MULTICAST_HOPS, &hops, sizeof(hops))) { perror("setsockopt"); return 1; } if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_MULTICAST_LOOP, &on, sizeof(on))) { perror("setsockopt"); return 1; } memset(&saddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in6)); saddr.sin6_family = AF_INET6; saddr.sin6_port = htons(atoi(argv[2])); inet_pton(AF_INET6, argv[1], &saddr.sin6_addr); memcpy(&mreq.ipv6mr_multiaddr, &saddr.sin6_addr, sizeof(mreq.ipv6mr_multiaddr)); mreq.ipv6mr_interface = ifidx; if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_JOIN_GROUP, (char *) &mreq, sizeof(mreq))) { perror("setsockopt"); return 1; } fd = open("/dev/stdin", O_RDONLY, NULL); if (fd < 0) { perror("open"); return 1; } while (len) { len = read(fd, buf, 1400); /* printf("read %zd bytes from fd\n", len); */ if (!len) { break; } else if (len < 0) { perror("read"); return 1; } else { len = sendto(sd, buf, len, 0, (const struct sockaddr *) &saddr, sizeof(saddr)); /* printf("sent %zd bytes to sd\n", len); */ usleep(10000); /* rate limit, 10000 = 135 kilobyte/s */ } } close(sd); close(fd); return 0; }- 1
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ipv6_multicast_recv - 用于加入多播组、接收 udp 数据报并将数据写入标准输出的客户端
int main(int argc, char *argv[]) { if (argc < 3) { printf("\nUsage: %s\n\nExample: %s ff02::5:6 8088\n\n" , argv[0], argv[0]); return 1; } sd = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); if (sd < 0) { perror("socket"); return 1; } if (setsockopt(sd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on))) { perror("setsockopt"); return 1; } if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_MULTICAST_IF, &ifidx, sizeof(ifidx))) { perror("setsockopt"); return 1; } if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_MULTICAST_HOPS, &hops, sizeof(hops))) { perror("setsockopt"); return 1; } if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_MULTICAST_LOOP, &on, sizeof(on))) { perror("setsockopt"); return 1; } memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); saddr.sin6_family = AF_INET6; saddr.sin6_port = htons(atoi(argv[2])); saddr.sin6_addr = in6addr_any; if (bind(sd, (struct sockaddr *) &saddr, sizeof(saddr))) { perror("bind"); return 1; } memset(&maddr, 0, sizeof(maddr)); inet_pton(AF_INET6, argv[1], &maddr.sin6_addr); memcpy(&mreq.ipv6mr_multiaddr, &maddr.sin6_addr, sizeof(mreq.ipv6mr_multiaddr)); mreq.ipv6mr_interface = ifidx; if (setsockopt(sd, IPPROTO_IPV6, IPV6_JOIN_GROUP, (char *) &mreq, sizeof(mreq))) { perror("setsockopt"); return 1; } FD_ZERO(&fds); FD_SET(sd, &fds); tv.tv_sec = 10; tv.tv_usec = 0; fd = open("/dev/stdout", O_WRONLY, NULL); if (fd < 0) { perror("open"); return 1; } while (1) { if (flag) { rc = select(sd + 1, &fds, NULL, NULL, &tv); if (!rc) { break; } tv.tv_sec = 10; tv.tv_usec = 0; } len = read(sd, buf, 1400); buf[len] = '\0'; /* printf("Read %zd bytes from sd\n", len); */ if (!len) { break; } else if (len < 0) { perror("read"); return 1; } else { len = write(fd, buf, len); /* printf("wrote %zd bytes to fd\n", len); */ flag++; } } close(sd); close(fd); return 0; }- 1
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欢迎关注微信公众号【程序猿编码】，需要完整源码 的添加本人微信号(c17865354792)
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/chen1415886044/article/details/126514464
