使用通常获取ipv4的IP地址的方法是无法获取IPv6地址的，本文介绍了使用C语言获取ipv6地址的三种方法，每种方法均给出了完整的源程序，本文所有实例在ubuntu 20.04下测试通过，gcc版本9.4.0。
1. ipv4的IP地址的获取方法- 不论是获取ipv4的IP地址还是ipv6的地址，应用程序都需要与内核通讯才可以完成；
- ioctl 是和内核通讯的一种常用方法，也是用来获取ipv4的IP地址的常用方法，下面代码演示了如何使用ioctl来获取本机所有接口的IP地址：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/if.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
int main() {
int i = 0;
int sockfd;
struct ifconf ifc;
char buf[512] = {0};
struct ifreq *ifr;
ifc.ifc_len = 512;
ifc.ifc_buf = buf;
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
perror("socket");
return -1;
}
ioctl(sockfd, SIOCGIFCONF, &ifc);
ifr = (struct ifreq*)buf;
for (i = (ifc.ifc_len /sizeof(struct ifreq)); i > 0; i--) {
printf("%s: %s\n",ifr->ifr_name, inet_ntoa(((struct sockaddr_in *)&(ifr->ifr_addr))->sin_addr));
ifr ;
}
return 0;
}
- 但是使用ioctl无法获取ipv6地址，即便我们建立一个AF_INET6的socket，ioctl仍然只返回ipv4的信息，我们可以试试下面代码；
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/if.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
int main() {
int i = 0;
int sockfd;
struct ifconf ifc;
char buf[1024] = {0};
struct ifreq *ifr;
ifc.ifc_len = 1024;
ifc.ifc_buf = buf;
if ((sockfd = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
perror("socket");
return -1;
}
ioctl(sockfd, SIOCGIFCONF, &ifc);
ifr = (struct ifreq*)buf;
struct sockaddr_in *sa;
for (i = (ifc.ifc_len /sizeof(struct ifreq)); i > 0; i--) {
sa = (struct sockaddr_in *)&(ifr->ifr_addr);
if (sa->sin_family == AF_INET6) {
printf("%s: AF_INET6\n", ifr->ifr_name);
} else if (sa->sin_family == AF_INET){
printf("%s: AF_INET\n", ifr->ifr_name);
} else {
printf("%s: %d. It is an unknown address family.\n", ifr->ifr_name, sa->sin_family);
}
ifr ;
}
}
- 这段程序在我的机器上的运行结果是这样的：
图1：ioctl无法获取ipv6地址
- 我们看到，不管怎么折腾，返回的仍然只有ipv4的地址，所以我们需要一些其他的方法获得ipv6地址，下面介绍三种使用C语言获得ipv6地址的方法。
- 我们先来看看文件/proc/net/if_inet6中有什么内容：
图2：文件/proc/net/if_inet6内容
- 这个文件中，每行为一个网络接口的数据，每行数据分成 6 个字段
序号 | 字段名称 | 字段说明 |
1 | ipv6address | ipv6地址，16位(4个字符)一组，16进制，中间没有分隔符 |
2 | ifindex | 接口设备号，每个设备不同 |
3 | prefixlen | 前缀长度，类似子网掩码 |
4 | scopeid | scope id |
5 | flags | 接口标志，标识这个接口的特性 |
6 | devname | 接口设备名称 |
- 所以从这个文件中可以很容易地获得所有接口的 ipv6 地址：
#include <stdio.h>
#include <linux/if.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(void) {
FILE *f;
int scope, prefix;
unsigned char _ipv6[16];
char dname[IFNAMSIZ];
char address[INET6_ADDRSTRLEN];
f = fopen("/proc/net/if_inet6", "r");
if (f == NULL) {
return -1;
}
while (19 == fscanf(f,
" %2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx%2hhx %*x %x %x %*x %s",
&_ipv6[0], &_ipv6[1], &_ipv6[2], &_ipv6[3], &_ipv6[4], &_ipv6[5], &_ipv6[6], &_ipv6[7],
&_ipv6[8], &_ipv6[9], &_ipv6[10], &_ipv6[11], &_ipv6[12], &_ipv6[13], &_ipv6[14], &_ipv6[15],
&prefix, &scope, dname)) {
if (inet_ntop(AF_INET6, _ipv6, address, sizeof(address)) == NULL) {
continue;
}
printf("%s: %s\n", dname, address);
}
fclose(f);
return 0;
}
- fscanf中的%2hhx是一种不多见的用法，hhx表示后面的指针&_ipv6[x]指向一个unsigned char *，2表示从文件中读取的长度，这个是常用的；
- 关于fscanf中的hh和h的用法，可以查看在线手册man fscanf了解更多的内容；
- ipv6地址一共128位，16位一组，一共8组，但是这里为什么不一次从文件中读入4个字符(16 位)，读8次，而要一次读入2个字符读16次呢？
这个要去看inet_ntop的参数，我们先使用命令man inet_ntop看一下inet_ntop的在线手册：
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
当第1个参数af=AF_INET6时，对于第2个参数，还有说明：
AF_INET6
src points to a struct in6_addr (in network byte order) which is converted to a representation of
this address in the most appropriate IPv6 network address format for this address. The buffer dst
must be at least INET6_ADDRSTRLEN bytes long.
很显然，需要第2个参数指向一个struct in6_addr，这个结构在netinet/in.h中定义：
/* IPv6 address */
struct in6_addr
{
union
{
uint8_t __u6_addr8[16];
uint16_t __u6_addr16[8];
uint32_t __u6_addr32[4];
} __in6_u;
#define s6_addr __in6_u.__u6_addr8
#ifdef __USE_MISC
# define s6_addr16 __in6_u.__u6_addr16
# define s6_addr32 __in6_u.__u6_addr32
#endif
};
这个结构在一般情况下使用的是uint8_t __u6_addr8[16]，也就是16个unsigned char的数组，只有在"混杂模式"时才使用8个unsigned short int或者4个unsigned int的数组；
所以，实际上struct in6_addr的结构如下：
struct in6_addr {
unsigned char __u6_addr8[16];
}
这就是我们在读文件时为什么要一次读入2个字符，读16次，要保证读出的内容符合struct in6_addr的定义；
- 一次从文件中读入4个字符(16位)，读8次，和一次读入2个字符读16次有什么不同呢？我们以16进制的f8e9为例；
当我们每次读入 2 个字符，读 2 次时，在内存中的排列是这样的：
unsigned char _ipv6[16];
fscanf(f, "%2hhx2hhx", &_ipv6[0], &_ipv6[1]);
unsigned char *p = _ipv6
f8 e9
- -
| |
| ------- p 1
----------- p
当我们每次读入 4 个字符，读 1 次时，在内存中的排列是这样的：
unsigned int _ipv6[8]
fscanf(f, "%4x", &_ipv6[0])
unsigned char *p = (unsigned char *)_ipv6
e9 f8
- -
| |
| ------- p 1
----------- p
这是因为X86系列CPU的存储模式是小端模式，也就是高位字节要存放在高地址上，f8e9这个数，f8是高位字节，e9是低位字节，所以当我们把f8e9作为一个整数读出的时候，e9 将存储在低地址，f8存储在高地址，这和struct in6_addr的定义是不相符的；
所以如果我们一次读4个字符，读8次，我们就不能使用inet_ntop()去把ipv6地址转换成我们所需要的字符串，当然我们可以自己转换，但有些麻烦，参考下面代码：
unsigned short int _ipv6[8];
int zero_flag = 0;
while (11 == fscanf(f,
" %4hx%4hx%4hx%4hx%4hx%4hx%4hx%4hx %*x %x %x %*x %s",
&_ipv6[0], &_ipv6[1], &_ipv6[2], &_ipv6[3], &_ipv6[4], &_ipv6[5], &_ipv6[6], &_ipv6[7],
&prefix, &scope, dname)) {
printf("%s: ", dname);
for (int i = 0; i < 8; i) {
if (_ipv6[i] != 0) {
if (i) putc(':', stdout);
printf("%x", _ipv6[i]);
zero_flag = 0;
} else {
if (!zero_flag) putc(':', stdout);
zero_flag = 1;
}
}
putc('\n', stdout);
}
和上面的代码比较，多了不少麻烦，自己去体会吧。
3. 使用getifaddrs()获取 ipv6 地址- 可以通过在线手册man getifaddrs了解详细的关于getifaddrs函数的信息；
- getifaddrs函数会创建一个本地网络接口的结构链表，该结构链表定义在struct ifaddrs中；
- 关于ifaddrs结构有很多文章介绍，本文仅简单介绍一下与本文密切相关的内容，下面是struct ifaddrs的定义：
struct ifaddrs {
struct ifaddrs *ifa_next; /* Next item in list */
char *ifa_name; /* Name of interface */
unsigned int ifa_flags; /* Flags from SIOCGIFFLAGS */
struct sockaddr *ifa_addr; /* Address of interface */
struct sockaddr *ifa_netmask; /* Netmask of interface */
union {
struct sockaddr *ifu_broadaddr;
/* Broadcast address of interface */
struct sockaddr *ifu_dstaddr;
/* Point-to-point destination address */
} ifa_ifu;
#define ifa_broadaddr ifa_ifu.ifu_broadaddr
#define ifa_dstaddr ifa_ifu.ifu_dstaddr
void *ifa_data; /* Address-specific data */
};
- ifa_next是结构链表的后向指针，指向链表的下一项，当前项为最后一项时，该指针为NULL；
- ifa_addr是本文主要用到的项，这是一个struct sockaddr， 看一下struct sockaddr的定义：
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}
- 实际上，当ifa_addr->sa_family为AF_INET时，ifa_addr指向struct sockaddr_in；当ifa_addr->sa_family为AF_INET6时，ifa_addr指向一个struct sockaddr_in6；
- sockaddr_in和sockaddr_in6这两个结构同样可以找到很多介绍文章，这里就不多说了，反正这里面是结构套着结构，要把思路捋顺了才不至于搞乱；
- 下面是使用getifaddrs()获取ipv6地址的源程序，可以看到，打印ipv6地址的那几行，与上面的那个例子是一样的；
#include <arpa/inet.h>
#include <ifaddrs.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main () {
struct ifaddrs *ifap, *ifa;
struct sockaddr_in6 *sa;
char addr[INET6_ADDRSTRLEN];
if (getifaddrs(&ifap) == -1) {
perror("getifaddrs");
exit(1);
}
for (ifa = ifap; ifa; ifa = ifa->ifa_next) {
if (ifa->ifa_addr && ifa->ifa_addr->sa_family == AF_INET6) {
// 打印ipv6地址
sa = (struct sockaddr_in6 *)ifa->ifa_addr;
if (inet_ntop(AF_INET6, (void *)&sa->sin6_addr, addr, INET6_ADDRSTRLEN) == NULL)
continue;
printf("%s: %s\n", ifa->ifa_name, addr);
}
}
freeifaddrs(ifap);
return 0;
}
- 最后要注意的是，使用getifaddrs()后，一定要记得使用freeifaddrs()释放掉链表所占用的内存。
- 这个例子中，我们使用inet_ntop()将sin6_addr结构转换成了字符串形式的ipv6地址，还可以使用getnameinfo()来获取ipv6的字符串形式的地址；
- 可以通过在线手册man getnameinfo了解getnameinfo()的详细信息；
- 下面是使用getifaddrs()获取ipv6地址并使用getnameinfo()将将ipv6地址转变为字符串的源程序：
#include <arpa/inet.h>
#include <ifaddrs.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>
int main () {
struct ifaddrs *ifap, *ifa;
char addr[INET6_ADDRSTRLEN];
if (getifaddrs(&ifap) == -1) {
perror("getifaddrs");
exit(1);
}
for (ifa = ifap; ifa; ifa = ifa->ifa_next) {
if (ifa->ifa_addr && ifa->ifa_addr->sa_family == AF_INET6) {
// 打印ipv6地址
if (getnameinfo(ifa->ifa_addr, sizeof(struct sockaddr_in6), addr, sizeof(addr), NULL, 0, NI_NUMERICHOST))
continue;
printf("%s: %s\n", ifa->ifa_name, addr);
}
}
freeifaddrs(ifap);
return 0;
}
- 和前面那个程序相比，这个程序增加了一个包含文件netdb.h，这里面有getnameinfo()的一些相关定义；
- 在这里使用函数getnameinfo时，要明确ifa->ifa_addr指向的是一个struct sockaddr_in6，后面的常数NI_NUMERICHOST表示返回的主机地址为数字字符串；
- 和上面的例子略有不同的是，使用getnameinfo获取的ipv6地址的最后会使用‘%’连接一个网络接口的名称，如下图所示：
图3：使用getnameinfo获取ipv6地址
4. 使用 netlink 获取 ipv6 地址- netlink socket是用户空间与内核空间通信的又一种方法，本文并不讨论netlink的编程方法，但给出了使用netlink获取ipv6地址的源程序；
- 与上面两个方法比较，使用netlink获取ipv6地址的方法略显复杂，在实际应用中并不多见，所以本文也就不进行更多的讨论了；
- 下面是使用 netlink 获取 ipv6 地址的源程序：
#include <asm/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char ** argv) {
char buf1[16384], buf2[16384];
struct {
struct nlmsghdr nlhdr;
struct ifaddrmsg addrmsg;
} msg1;
struct {
struct nlmsghdr nlhdr;
struct ifinfomsg infomsg;
} msg2;
struct nlmsghdr *retmsg1;
struct nlmsghdr *retmsg2;
int len1, len2;
struct rtattr *retrta1, *retrta2;
int attlen1, attlen2;
char pradd[128], prname[128];
int sock = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);
memset(&msg1, 0, sizeof(msg1));
msg1.nlhdr.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(sizeof(struct ifaddrmsg));
msg1.nlhdr.nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_ROOT;
msg1.nlhdr.nlmsg_type = RTM_GETADDR;
msg1.addrmsg.ifa_family = AF_INET6;
memset(&msg2, 0, sizeof(msg2));
msg2.nlhdr.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(sizeof(struct ifinfomsg));
msg2.nlhdr.nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_ROOT;
msg2.nlhdr.nlmsg_type = RTM_GETLINK;
msg2.infomsg.ifi_family = AF_UNSPEC;
send(sock, &msg1, msg1.nlhdr.nlmsg_len, 0);
len1 = recv(sock, buf1, sizeof(buf1), 0);
retmsg1 = (struct nlmsghdr *)buf1;
while NLMSG_OK(retmsg1, len1) {
struct ifaddrmsg *retaddr;
retaddr = (struct ifaddrmsg *)NLMSG_DATA(retmsg1);
int iface_idx = retaddr->ifa_index;
retrta1 = (struct rtattr *)IFA_RTA(retaddr);
attlen1 = IFA_PAYLOAD(retmsg1);
while RTA_OK(retrta1, attlen1) {
if (retrta1->rta_type == IFA_ADDRESS) {
inet_ntop(AF_INET6, RTA_DATA(retrta1), pradd, sizeof(pradd));
len2 = recv(sock, buf2, sizeof(buf2), 0);
send(sock, &msg2, msg2.nlhdr.nlmsg_len, 0);
len2 = recv(sock, buf2, sizeof(buf2), 0);
retmsg2 = (struct nlmsghdr *)buf2;
while NLMSG_OK(retmsg2, len2) {
struct ifinfomsg *retinfo;
retinfo = NLMSG_DATA(retmsg2);
memset(prname, 0, sizeof(prname));
if (retinfo->ifi_index == iface_idx) {
retrta2 = IFLA_RTA(retinfo);
attlen2 = IFLA_PAYLOAD(retmsg2);
while RTA_OK(retrta2, attlen2) {
if (retrta2->rta_type == IFLA_IFNAME) {
strcpy(prname, RTA_DATA(retrta2));
break;
}
retrta2 = RTA_NEXT(retrta2, attlen2);
}
break;
}
retmsg2 = NLMSG_NEXT(retmsg2, len2);
}
printf("%s: %s\n", prname, pradd);
}
retrta1 = RTA_NEXT(retrta1, attlen1);
}
retmsg1 = NLMSG_NEXT(retmsg1, len1);
}
return 0;
}5. 结语
- 本文给出了三种获取ipv6地址的方法，均给出了完整的源程序；
- 本文对三种方法并没有展开讨论，以免文章冗长；
- 仅就获取ipv6地址而言，前两种方法比较常用而且简单；
- 通常认为，用户程序与内核通讯有四种方法：
- 系统调用
- 虚拟文件系统(/proc、/sys等)
- ioctl
- netlink
- 本文所述的三个方法，正是使用了上述2、3、4三种方法；而获取ipv6地址，简单地使用系统调用无法实现。
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