C語言如何獲取ipv6地址

使用通常獲取ipv4的IP地址的方法是無法獲取ipv6地址的，本文介紹了使用C語言獲取ipv6地址的三種方法，每種方法均給出了完整的源程式，本文所有例項在ubuntu 20.04下測試通過，gcc版本9.4.0。

1. ipv4的IP地址的獲取方法

• 不論是獲取ipv4的IP地址還是ipv6的地址，應用程式都需要與核心通訊才可以完成；
• ioctl 是和核心通訊的一種常用方法，也是用來獲取ipv4的IP地址的常用方法，下面程式碼演示瞭如何使用ioctl來獲取本機所有介面的IP地址：

#include#include#include#include#include#includeint 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無法獲取ipv6地址，即便我們建立一個AF_INET6的socket，ioctl仍然只返回ipv4的資訊，我們可以試試下面程式碼；

#include#include#include#include#include#includeint 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  ;     } }

• 這段程式在我的機器上的執行結果是這樣的：

   

圖1：ioctl無法獲取ipv6地址

• 我們看到，不管怎麼折騰，返回的仍然只有ipv4的地址，所以我們需要一些其他的方法獲得ipv6地址，下面介紹三種使用C語言獲得ipv6地址的方法。

2. 從檔案/proc/net/if_inet6中獲取ipv6地址

• 我們先來看看檔案/proc/net/if_inet6中有什麼內容：

   

圖2：檔案/proc/net/if_inet6內容

• 這個檔案中，每行為一個網路介面的資料，每行資料分成 6 個欄位

• 所以從這個檔案中可以很容易地獲得所有介面的 ipv6 地址：

    #include#include#include#includeint 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是一種不多見的用法，hhx表示後面的指標&_ipv6[x]指向一個unsigned char *，2表示從檔案中讀取的長度，這個是常用的；
• 關於fscanf中的hh和h的用法，可以檢視線上手冊man fscanf瞭解更多的內容；
• ipv6地址一共128位，16位一組，一共8組，但是這裡為什麼不一次從檔案中讀入4個字元(16 位)，讀8次，而要一次讀入2個字元讀16次呢？

這個要去看inet_ntop的引數，我們先使用命令man inet_ntop看一下inet_ntop的線上手冊：

const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

當第1個引數af=AF_INET6時，對於第2個引數，還有說明：

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.

很顯然，需要第2個引數指向一個struct in6_addr，這個結構在netinet/in.h中定義：

/* 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 };

這個結構在一般情況下使用的是uint8_t __u6_addr8[16]，也就是16個unsigned char的陣列，只有在"混雜模式"時才使用8個unsigned short int或者4個unsigned int的陣列；

所以，實際上struct in6_addr的結構如下：

struct in6_addr {     unsigned char __u6_addr8[16]; }

這就是我們在讀檔案時為什麼要一次讀入2個字元，讀16次，要保證讀出的內容符合struct in6_addr的定義；

• 一次從檔案中讀入4個字元(16位)，讀8次，和一次讀入2個字元讀16次有什麼不同呢？我們以16進位制的f8e9為例；

當我們每次讀入 2 個字元，讀 2 次時，在記憶體中的排列是這樣的：

unsigned char _ipv6[16]; fscanf(f, "%2hhx2hhx", &_ipv6[0], &_ipv6[1]); unsigned char *p = _ipv6 f8  e9 -   -   |   |  |    ------- p   1   ----------- p

當我們每次讀入 4 個字元，讀 1 次時，在記憶體中的排列是這樣的：

unsigned int _ipv6[8] fscanf(f, "%4x", &_ipv6[0]) unsigned char *p = (unsigned char *)_ipv6 e9  f8 -   -   |   |  |    ------- p   1   ----------- p

這是因為X86系列CPU的儲存模式是小端模式，也就是高位位元組要存放在高地址上，f8e9這個數，f8是高位位元組，e9是低位位元組，所以當我們把f8e9作為一個整數讀出的時候，e9 將儲存在低地址，f8儲存在高地址，這和struct in6_addr的定義是不相符的；

所以如果我們一次讀4個字元，讀8次，我們就不能使用inet_ntop()去把ipv6地址轉換成我們所需要的字串，當然我們可以自己轉換，但有些麻煩，參考下面程式碼：

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); }

和上面的程式碼比較，多了不少麻煩，自己去體會吧。

3. 使用getifaddrs()獲取 ipv6 地址

• 可以通過線上手冊man getifaddrs瞭解詳細的關於getifaddrs函式的資訊；
• getifaddrs函式會建立一個本地網路介面的結構連結串列，該結構連結串列定義在struct ifaddrs中；
• 關於ifaddrs結構有很多文章介紹，本文僅簡單介紹一下與本文密切相關的內容，下面是struct ifaddrs的定義：

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是結構連結串列的後向指標，指向連結串列的下一項，當前項為最後一項時，該指標為NULL；
• ifa_addr是本文主要用到的項，這是一個struct sockaddr， 看一下struct sockaddr的定義：

struct sockaddr {     sa_family_t sa_family;     char        sa_data[14]; }

• 實際上，當ifa_addr->sa_family為AF_INET時，ifa_addr指向struct sockaddr_in；當ifa_addr->sa_family為AF_INET6時，ifa_addr指向一個struct sockaddr_in6；
• sockaddr_in和sockaddr_in6這兩個結構同樣可以找到很多介紹文章，這裡就不多說了，反正這裡面是結構套著結構，要把思路捋順了才不至於搞亂；
• 下面是使用getifaddrs()獲取ipv6地址的源程式，可以看到，列印ipv6地址的那幾行，與上面的那個例子是一樣的；

#include#include#include#includeint 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) {             // 列印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; }

• 最後要注意的是，使用getifaddrs()後，一定要記得使用freeifaddrs()釋放掉連結串列所佔用的記憶體。
• 這個例子中，我們使用inet_ntop()將sin6_addr結構轉換成了字串形式的ipv6地址，還可以使用getnameinfo()來獲取ipv6的字串形式的地址；
• 可以通過線上手冊man getnameinfo瞭解getnameinfo()的詳細資訊；
• 下面是使用getifaddrs()獲取ipv6地址並使用getnameinfo()將將ipv6地址轉變為字串的源程式：

#include#include#include#include#includeint 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) {             // 列印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; }

• 和前面那個程式相比，這個程式增加了一個包含檔案netdb.h，這裡面有getnameinfo()的一些相關定義；
• 在這裡使用函式getnameinfo時，要明確ifa->ifa_addr指向的是一個struct sockaddr_in6，後面的常數NI_NUMERICHOST表示返回的主機地址為數字字串；
• 和上面的例子略有不同的是，使用getnameinfo獲取的ipv6地址的最後會使用‘%’連線一個網路介面的名稱，如下圖所示：

   

圖3：使用getnameinfo獲取ipv6地址

4. 使用 netlink 獲取 ipv6 地址

• netlink socket是使用者空間與核心空間通訊的又一種方法，本文並不討論netlink的程式設計方法，但給出了使用netlink獲取ipv6地址的源程式；
• 與上面兩個方法比較，使用netlink獲取ipv6地址的方法略顯複雜，在實際應用中並不多見，所以本文也就不進行更多的討論了；
• 下面是使用 netlink 獲取 ipv6 地址的源程式：

#include#include#include#include#include#include#includeint 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. 結語

• 本文給出了三種獲取ipv6地址的方法，均給出了完整的源程式；
• 本文對三種方法並沒有展開討論，以免文章冗長；
• 僅就獲取ipv6地址而言，前兩種方法比較常用而且簡單；
• 通常認為，使用者程式與核心通訊有四種方法：

1. 系統呼叫
2. 虛擬檔案系統(/proc、/sys等)
3. ioctl
4. netlink

• 本文所述的三個方法，正是使用了上述2、3、4三種方法；而獲取ipv6地址，簡單地使用系統呼叫無法實現。

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