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  • 获得Unix/Linux系统中的IP、MAC地址等信息

    获得Unix/Linux系统中的IP、MAC地址等信息

    中高级  |  2010-07-13 16:03  |  分类：①C语言、 Unix/Linux、 网络编程 ②  |  4,471 次阅读

    作者：diaoyf  |  文章来源：http://programmerdigest.cn

    实际环境和特殊需求往往会将简单问题复杂化，比如计算机IP地址，对于一个连接中socket，可以直接获得本端和对端的IP、端口信息。但在一些特殊场合我们可能需要更多的信息，比如系统中有几块网卡，他们的Mac地址是多少，每块网卡分配了几个IP（一个网卡对应多个IP）等等。

    这些信息往往需要通过ifconfig指令来获得，对于程序员来说，在代码中调用外部的shell指令可不是个最佳方案，因为没人能保障不同平台、不同版本的ifconfig指令输出的格式是一致的。本篇文章中将介绍通过ioctl函数实现上述需求。

    #include <sys/ioctl.h>
    int ioctl(int fd, int request, … /* void *arg */);
    返回：成功返回0，失败返回-1

    ioctl函数的参数只有3个，但却是Unix中少有的几个“家族类”复杂函数，这里摘录一段《Unix网络编程》一书中对ioctl函数的描述：

    在传统上ioctl函数是用于那些普遍使用、但不适合归入其他类别的任何特殊的系统接口……网络程序（一般是服务器程序）中ioctl常用于在程序启动时获得主机上所有接口的信息：接口的地址、接口是否支持广播、是否支持多播，等等。

    ioctl函数的第一个参数fd，可以表示一个打开的文件（文件句柄）或网络套接字，第二个和第三个参数体现了函数的家族特色，参数二request根据函数功能分类定义了多组宏，而参数三总是一个指针，指针的类型依赖于参数二request。因为ioctl的种类实在太多，这里只列出和本文相关的几个参数定义：

    分类 参数二（宏） 参数三 描述
    接口 SIOCGIFCONF struct ifconf 获得所有接口列表
      SIOCGIFADDR struct ifreq 获得接口地址
      SIOCGIFFLAGS struct ifreq 获得接口标志
      SIOCGIFBRDADDR struct ifreq 获得广播地址
      SIOCGIFNETMASK struct ifreq 获得子网掩码

    上表中列出了两个相关的结构体：struct ifconf 和 struct ifreq，要了解ioctl函数的具体运用，首先要了解这两个结构：

    [cpp] view plain copy
     
    1. /* net/if.h */  
    2. struct ifconf  
    3. {  
    4.     int ifc_len;            /* Size of buffer.  */  
    5.     union  
    6.     {  
    7.         __caddr_t ifcu_buf;  
    8.         struct ifreq *ifcu_req;  
    9.     } ifc_ifcu;  
    10. };  
    11.    
    12. struct ifreq  
    13. {  
    14. # define IFHWADDRLEN    6  
    15. # define IFNAMSIZ   IF_NAMESIZE  
    16.      
    17.     union  
    18.     {  
    19.         char ifrn_name[IFNAMSIZ];   /* Interface name, e.g. "en0".  */  
    20.     } ifr_ifrn;  
    21.      
    22.     union  
    23.     {  
    24.         struct sockaddr ifru_addr;  
    25.         struct sockaddr ifru_dstaddr;  
    26.         struct sockaddr ifru_broadaddr;  
    27.         struct sockaddr ifru_netmask;  
    28.         struct sockaddr ifru_hwaddr;  
    29.         short int ifru_flags;  
    30.         int ifru_ivalue;  
    31.         int ifru_mtu;  
    32.         struct ifmap ifru_map;  
    33.         char ifru_slave[IFNAMSIZ];  /* Just fits the size */  
    34.         char ifru_newname[IFNAMSIZ];  
    35.         __caddr_t ifru_data;  
    36.     } ifr_ifru;  
    37. };  



    struct ifconf的第二个元素ifc_ifcu是一个联合，是指向struct ifreq结构的地址，通常是一组struct ifreq结构空间（每一个描述一个接口），struct ifconf的第一个元素ifc_len描述了struct ifreq结构空间的大小；结构struct ifreq也有两个元素，第一个元素ifr_ifrn内含一个字符串，用来描述接口的名称，比如“eth0″、”wlan0”等，第二个元素是联合，比较复杂，用来描述套接口的地址结构。

    struct ifconf 和 struct ifreq的关系可以参考下图：

    ioctl函数中的struct ifconf 和 struct ifreq结构关系

    ioctl函数中的struct ifconf 和 struct ifreq结构关系

    通常运用ioctl函数的第一步是从内核获取系统的所有接口，然后再针对每个接口获取其地址信息。获取所有接口通过SIOCGIFCONF请求来实现：

    [cpp] view plain copy
     
    1. /* net/if.h */  
    2. struct ifconf  
    3. {  
    4.     int ifc_len;            /* Size of buffer.  */  
    5.     union  
    6.     {  
    7.         __caddr_t ifcu_buf;  
    8.         struct ifreq *ifcu_req;  
    9.     } ifc_ifcu;  
    10. };  
    11.    
    12. struct ifreq  
    13. {  
    14. # define IFHWADDRLEN    6  
    15. # define IFNAMSIZ   IF_NAMESIZE  
    16.      
    17.     union  
    18.     {  
    19.         char ifrn_name[IFNAMSIZ];   /* Interface name, e.g. "en0".  */  
    20.     } ifr_ifrn;  
    21.      
    22.     union  
    23.     {  
    24.         struct sockaddr ifru_addr;  
    25.         struct sockaddr ifru_dstaddr;  
    26.         struct sockaddr ifru_broadaddr;  
    27.         struct sockaddr ifru_netmask;  
    28.         struct sockaddr ifru_hwaddr;  
    29.         short int ifru_flags;  
    30.         int ifru_ivalue;  
    31.         int ifru_mtu;  
    32.         struct ifmap ifru_map;  
    33.         char ifru_slave[IFNAMSIZ];  /* Just fits the size */  
    34.         char ifru_newname[IFNAMSIZ];  
    35.         __caddr_t ifru_data;  
    36.     } ifr_ifru;  
    37. };  



    获得了接口列表，就可以通过struct ifconf结构中*ifcu_req的指针得到struct ifreq结构数组的地址，通过遍历获得每隔接口的详细地址信息：

    [cpp] view plain copy
     
    1. printf("接口名称：%s ", ifrs[n].ifr_name); /* 接口名称 */  
    2.    
    3. /* 获得IP地址 */  
    4. ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &ifrs[n]);  
    5. printf("IP地址:%s ",  
    6.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));  
    7.    
    8. /* 获得子网掩码 */  
    9. ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &ifrs[n]);  
    10. printf("子网掩码:%s ",  
    11.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));  
    12.    
    13. /* 获得广播地址 */  
    14. ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &ifrs[n]);  
    15. printf("广播地址:%s ",  
    16.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));  
    17.    
    18. /* 获得MAC地址 */  
    19. ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &ifrs[n]);  
    20. printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x ",  
    21.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[0],  
    22.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[1],  
    23.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[2],  
    24.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[3],  
    25.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[4],  
    26.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[5]);  



    最后，给出一个参考程序代码。

    ioctl函数没有纳入POXIS规范，各系统对ioctl的实现也不尽相同，下面的代码在我的Ubuntu10.04 linux上可执行通过，但在其他Unix系统上不一定能够通过编译，例如在Power AIX 5.3上需要将获得MAC地址的那段代码注释掉。

    [cpp] view plain copy
     
    1. #include <arpa/inet.h>  
    2. #include <net/if.h>  
    3. #include <net/if_arp.h>  
    4. #include <netinet/in.h>  
    5. #include <stdio.h>  
    6. #include <sys/ioctl.h>  
    7. #include <sys/socket.h>  
    8. #include <unistd.h>  
    9.    
    10. #define MAXINTERFACES 16    /* 最大接口数 */  
    11.    
    12. int fd;         /* 套接字 */  
    13. int if_len;     /* 接口数量 */  
    14. struct ifreq buf[MAXINTERFACES];    /* ifreq结构数组 */  
    15. struct ifconf ifc;                  /* ifconf结构 */  
    16.    
    17. int main(argc, argv)  
    18. {  
    19.     /* 建立IPv4的UDP套接字fd */  
    20.     if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)  
    21.     {  
    22.         perror("socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)");  
    23.         return -1;  
    24.     }  
    25.    
    26.     /* 初始化ifconf结构 */  
    27.     ifc.ifc_len = sizeof(buf);  
    28.     ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;  
    29.    
    30.     /* 获得接口列表 */  
    31.     if (ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc) == -1)  
    32.     {  
    33.         perror("SIOCGIFCONF ioctl");  
    34.         return -1;  
    35.     }  
    36.    
    37.     if_len = ifc.ifc_len / sizeof(struct ifreq); /* 接口数量 */  
    38.     printf("接口数量:%d ", if_len);  
    39.    
    40.     while (if_len– > 0) /* 遍历每个接口 */  
    41.     {  
    42.         printf("接口：%s ", buf[if_len].ifr_name); /* 接口名称 */  
    43.    
    44.         /* 获得接口标志 */  
    45.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char *) &buf[if_len])))  
    46.         {  
    47.             /* 接口状态 */  
    48.             if (buf[if_len].ifr_flags & IFF_UP)  
    49.             {  
    50.                 printf("接口状态: UP ");  
    51.             }  
    52.             else  
    53.             {  
    54.                 printf("接口状态: DOWN ");  
    55.             }  
    56.         }  
    57.         else  
    58.         {  
    59.             char str[256];  
    60.             sprintf(str, "SIOCGIFFLAGS ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);  
    61.             perror(str);  
    62.         }  
    63.    
    64.    
    65.         /* IP地址 */  
    66.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &buf[if_len])))  
    67.         {  
    68.             printf("IP地址:%s ",  
    69.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));  
    70.         }  
    71.         else  
    72.         {  
    73.             char str[256];  
    74.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);  
    75.             perror(str);  
    76.         }  
    77.    
    78.         /* 子网掩码 */  
    79.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &buf[if_len])))  
    80.         {  
    81.             printf("子网掩码:%s ",  
    82.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));  
    83.         }  
    84.         else  
    85.         {  
    86.             char str[256];  
    87.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);  
    88.             perror(str);  
    89.         }  
    90.    
    91.         /* 广播地址 */  
    92.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &buf[if_len])))  
    93.         {  
    94.             printf("广播地址:%s ",  
    95.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));  
    96.         }  
    97.         else  
    98.         {  
    99.             char str[256];  
    100.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);  
    101.             perror(str);  
    102.         }  
    103.    
    104.         /*MAC地址 */  
    105.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &buf[if_len])))  
    106.         {  
    107.             printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x ",  
    108.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[0],  
    109.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[1],  
    110.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[2],  
    111.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[3],  
    112.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[4],  
    113.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[5]);  
    114.         }  
    115.         else  
    116.         {  
    117.             char str[256];  
    118.             sprintf(str, "SIOCGIFHWADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);  
    119.             perror(str);  
    120.         }  
    121.     }//–while end  
    122.    
    123.     //关闭socket  
    124.     close(fd);  
    125.     return 0;  
    126. }  



    在我的系统上，程序输出：

    接口数量:4

    接口：wlan0
    接口状态: UP
    IP地址:192.168.1.142
    子网掩码:255.255.255.0
    广播地址:192.168.1.255
    MAC地址:00:14:a5:65:47:57

    接口：eth0:0
    接口状态: UP
    IP地址:192.168.4.113
    子网掩码:255.255.255.0
    广播地址:192.168.4.255
    MAC地址:00:14:c2:e5:45:57

    接口：eth0
    接口状态: UP
    IP地址:192.168.4.111
    子网掩码:255.255.255.0
    广播地址:192.168.4.255
    MAC地址:00:14:c2:e5:45:57

    接口：lo
    接口状态: UP
    IP地址:127.0.0.1
    子网掩码:255.0.0.0
    广播地址:0.0.0.0
    MAC地址:00:00:00:00:00:00

    从输出可以看出，系统有4个接口，”wlan0″表示第一块无线网卡接口，”eth0″（IP地址:192.168.4.111）表示第一块连线网卡接口（我们最长用的RJ45连接口网卡），”lo”是回路地址接口（我们常用的127.0.0.1）。

    注意：”eth0:0″（IP地址:192.168.4.113）是有线网卡的别名******网卡绑定多个IP），这是为了测试这个参考程序特意在eth0上添加的一个IP地址。

    参考资料：《Unix网络编程》第16章 ioctl操作
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