IP
層的封裝
C++
通用框架的設(shè)計
作者：
naven
1??????????
IP
層封裝介紹
TCP/UDP
是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)技術(shù)，分別代表面向連接的穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和非連接方式的廣播形式的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，它們都建立在
IP
層之上，所以
IP
層的封裝尤為重要。
IP
層的封裝接口主要包括
DNS
的查詢、
IP
地址和域名的互查、本地
IP
及名字的查詢等，目前
IP
層使用的主要實現(xiàn)技術(shù)是
IPv4
，但是未來會慢慢升級到容量更大的
IPv6
，所以
IP
層的封裝需要要同時支持這兩種協(xié)議。操作系統(tǒng)實現(xiàn)它們都是通過增加新的
API
以及新的地址結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，開發(fā)者編寫跨協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要編寫較復(fù)雜的程序來區(qū)分
IPv4
和
IPv6
協(xié)議，優(yōu)秀的
ACE
框架則通過條件編譯來支持
IPv6
，好像不能同時在程序中使用
IPv4
和
IPv6
協(xié)議。本
C++
框架參考
Java
的
InetAddress
及相關(guān)類實現(xiàn)了類似跨協(xié)議的
IP
層封裝，編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基本不用考慮兩種協(xié)議的不同，應(yīng)為它們對外的接口類都是
InetAddress
，另外同時提供了與
Java
一樣簡單的域名和
IP
地址互查的接口，使用非常容易。
?
主要有如下一些類
?
class AbstraceInetAddress ???????????????????????? IP
地址的抽象類，定義
IP
類的方法
class InetAddress??????????????????????????????????????????
表示
IP
地址的接口類
class Inet4Address?? ?????????????????? ????????
表示
IPv4
協(xié)議的
IP
地址實現(xiàn)類
class Inet6Address?? ?????????????????? ????????
表示
IPv6
協(xié)議的
IP
地址實現(xiàn)類
class SocketAddress?????????????????? ???????????????????????????
表示以域名
/IP/PORT
標(biāo)識的網(wǎng)絡(luò)地址
Abstract
類
class InetSocketAddress????????????????????
表示以域名
/IP/PORT
標(biāo)識的網(wǎng)絡(luò)地址實現(xiàn)類
???????? class NameService?????????????????????????????????????????
內(nèi)部使用的訪問域名服務(wù)的類
?
對于
IP
尋址，有如下幾個類：
InetAddress
、
Inet4Address
和
Inet6Address
。
IPv4
的實現(xiàn)類
Inet4AddressImpl
使用一個
32
位的
unsignednumber
標(biāo)識，一個
IPv4
地址形式為
nnn.nnn.nnn.nnn
，其中
n
為一個整數(shù)，例于
129.250.35.250
。而
IPv6
的實現(xiàn)類
Inet6AddressImpl
使用一個
128
位的
unsigned number
標(biāo)識，形式如同
x:x:x:x:x:x:x:x
，其中
x
表示一個十六進(jìn)制的數(shù)字，例于
1080:0:0:0:8:800:200C:417A
。
?
對于
Socket
尋址，有如下兩個類：
SocketAddress
和
InetSocketAddress
。其中
SocketAddress
是一個
abstract
的
socket
地址，不依賴于一個特定的協(xié)議，它提供給實現(xiàn)特定協(xié)議的子類來使用。
InetSocketAddress
是
SocketAddress
的一個子類，它表示一個
IP
類的
socket
地址，包括一個
IP
地址（如
129.250.35.250
）和端口（如
80
），或者包括一個域名（如
coastnews.com
）和一個端口（如
1000
），或者僅僅包括一個端口（如
1010
）。
2??????????
Hello World!
下面的程序示例如何用上面的類進(jìn)行
IP
查詢操作：
?
void
?main()?
{
????
//
?定義IP地址數(shù)組以存儲IP地址列表
????InetAddressArray?iaa;?
????
//
?調(diào)用InetAddress方法獲取此域名的所有IP，并存放到數(shù)組iaa中
????
int
?cnt?
=
?InetAddress::getAllByName(
"
www.google.com
"
,?iaa);?
????
????
//
?定義數(shù)組的迭代器
????InetAddressArray::iterator?it(iaa);?
????
//
?遍歷數(shù)組，列出所有IP地址
????
while
(?
!
it.done()?)?
{
????????
//
?輸出IP地址的字符串形式
????????printf(
"
%s\n
"
,?it
->
getHostAddress().c_str());?
????????
//
?迭代器向前移一位
????????it.advance();?
????}
}
?
程序輸出如下：
?
66.102.7.99
66.102.7.104
66.102.7.147
?
3??????????
AbstractInetAddress
類
此類定義一個
Internet Procotol
（
IP
）地址類的接口，類定義如下：
?
?
class
?AbstractInetAddress?
{
protected
:?
????
/**/
/*
*?
?????*?Specify?the?address?family:?Internet?Protocol,?Version?4
?????*?@since?1.4
?????
*/
????
const
?
static
?
int
?IPv4?
=
?INET_FAMILY_IPV4;
????
/**/
/*
*?
?????*?Specify?the?address?family:?Internet?Protocol,?Version?6
?????*?@since?1.4
?????
*/
????
const
?
static
?
int
?IPv6?
=
?INET_FAMILY_IPV6;
????
/**/
/*
*?
?????*?Specify?address?family?preference?
?????
*/
????
static
?BOOL?preferIPv6Address;?
????
????
/**/
/*
*?
?????*?Used?to?store?the?name?service?provider?
?????
*/
????
static
?NameService?
&
nameService;?
????
/**/
/*
*?
?????*?Used?to?pointer?to?the?actual?address?implemented?
?????
*/
????
static
?InetAddressImplAutoPtr?_impl;?
????
virtual
?InetAddressAutoPtr?clone()?
=
?
0
;?
public
:?
????
/**/
/*
*
?????*?Destructor?must?implemented.?
?????
*/
????
virtual
?
~
AbstractInetAddress()?
{}
?
????
/**/
/*
*
?????*?Utility?routine?to?check?this?InetAddress.?
?????
*/
????
virtual
?BOOL?isMulticastAddress()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isAnyLocalAddress()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isLoopbackAddress()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isLinkLocalAddress()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isSiteLocalAddress()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isMCGlobal()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isMCNodeLocal()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isMCLinkLocal()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isMCSiteLocal()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isMCOrgLocal()?
=
?
0
;?
????
virtual
?SockAddr?getAddress()?
=
?
0
;?
????
virtual
?String?getHostAddress()?
=
?
0
;?
????
virtual
?BOOL?isUnresolved()?
=
?
0
;?
????
/**/
/*
*
?????*?Compares?this?object?against?the?specified?object.
?????*?The?result?is?<code>true</code>?if?and?only?if?the?argument?is
?????*?not?<code>null</code>?and?it?represents?the?same?IP?address?as
?????*?this?object.
?????*?<p>
?????*?Two?instances?of?<code>InetAddress</code>?represent?the?same?IP
?????*?address?if?the?length?of?the?byte?arrays?returned?by
?????*?<code>getAddress</code>?is?the?same?for?both,?and?each?of?the
?????*?array?components?is?the?same?for?the?byte?arrays.
?????*
?????*?@param???obj???the?object?to?compare?against.
?????*?@return??<code>true</code>?if?the?objects?are?the?same;
?????*??????????<code>false</code>?otherwise.
?????
*/
????BOOL?equals(AbstractInetAddress?
&
addr)?
????
{
????????
return
?getAddress()?
==
?addr.getAddress()?
?
?TRUE?:?FALSE;?
????}
}
;
?
4??????????
InetAddress
類
此類實現(xiàn)一個
Internet Procotol
（
IP
）地址，一個
IP
地址即可以是用一個
32-bit
的
unsigned
數(shù)來表示，也可以用一個
128-bit
的
unsgined
數(shù)來表示，它內(nèi)部實現(xiàn)了一個底層的協(xié)議如
UDP
和
TCP
協(xié)議。
IP
地址的結(jié)構(gòu)定義在
RFC790 Assigned Numbers
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc790.txt
，
RFC1918 Address Allocation for Private Internets
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc1918.txt
，
RFC2365 Administratively Scoped IP Multicast
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc2365.txt
，
RFC2373 Version 6 Addressing Architecture
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc2373.txt
。一個
InetAddress
的實體由一個
IP
地址和一個可能它通訊的
host name
組成，這個
host name
依賴于它是否使用一個
host name
來構(gòu)造，或者它是否已經(jīng)做了
host name
決議的倒裝（
reverse host name resolution
）。
InetAddress
類的定義如下：
?
class
?InetAdress?:?
public
?AbstractInetAddress
{
????
/**/
/*
*
?????*?@serial
?????
*/
????String?_hostName;?
????
/**/
/*
*
?????*?Specifies?the?address?family?type,?for?instance,?'1'?for?IPv4
?????*?addresses,?and?'2'?for?IPv6?addresses.
?????*
?????*?@serial
?????
*/
????
int
?_family;?
????
/**/
/*
*?
?????*?Used?to?store?the?best?available?hostname?
?????
*/
????String?_canonicalHostName;?
????
/**/
/*
*?
?????*?Used?to?pointer?to?the?actual?address?object?
?????
*/
????InetAddressAutoPtr?_ia;
}
;
?
?
5??????????
NameService
類
這個類實現(xiàn)一個名字服務(wù)的接口供
InetAddress
查詢
IP
及其協(xié)議類型使用，它有如下一些方法：
?
class
?NameService
{
????
/**/
/*
*
?????*?The?gethostbyaddr?function?retrieves?the?host?information?
?????*?corresponding?to?a?network?address.
?????*?
?????*?Note??The?gethostbyaddr?function?has?been?deprecated?by?the?
?????*?introduction?of?the?getnameinfo?function.?Developers?creating?
?????*?socket?applications?are?urged?to?use?the?getnameinfo?function?
?????*?instead?of?the?gethostbyaddr?function.?See?Remarks.
?????
*/
????
int
?getHostByAddr(SockAddr?
&
addr,?String?
&
host);?
????
/**/
/*
*
?????*?Lookup?hostname?in?name?service.?If
?????*?found?return?address?and?return?count,?-1?if?not?found.?
?????*
?????*?@param?host??host?name?to?lookup?
?????*?@param?addrs?return?the?address?list?that?found?
?????*?@return?found?addresses?count,?-1?if?not?found?or?error.?
?????
*/
????
int
?lookupAllHostAddr(
const
?String?
&
host,?InetAddressArray?
&
addrs);?
????
/**/
/*
*
?????*?Lookup?host?port?with?service?name?and?protocol?in?name?service.?If
?????*?found?return?port?and?return?count,?-1?if?not?found.?
?????*
?????*?@param?service??host?service?to?lookup?
?????*?@param?protocol?service?protocol,?default?is?"TCP"??
?????*?@return?host?port,?-1?if?not?found?or?error.?
?????
*/
????
int
?lookupHostPort(
const
?String?
&
service,?
const
?String?
&
protocol?
=
?
"
TCP
"
);
}
;
?
?
6??????????
Inet4Adress
類
這個類實現(xiàn)一個
Internet Protocol version 4 (IPv4)
協(xié)議地址，定義在：
RFC790 Assigned Numbers
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc790.txt
，
RFC1918 Address Allocation for Private Internets
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc1918.txt
，
RFC2365 Administratively Scoped IP Multicast
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc2365.txt
。一個
IPv4
地址的文本表示法使用如下一個格式輸入：
?
d.d.d.d
d.d.d
d.d
d
?
當(dāng)四個部分都被指定后，每一個會被解釋為一個
assigned
字節(jié)的數(shù)據(jù)，從左到右，附值給一個四個字節(jié)的
IPv4
地址。此類的定義如下：
?
class
?Inet4Adress?:?
public
?AbstractInetAddress
{
????
/**/
/*
*
?????*?Holds?a?32-bit?IPv4?address.
?????*
?????*?@serial
?????
*/
????
int
?_address;
}
;
?
7??????????
Inet6Adress
類
這個類實現(xiàn)一個
Internet Protocol version 6 (IPv6)
協(xié)議地址，定義在：
RFC2373 IP Version 6 Addressing Architecture
：
http://www.ietf.org/rfc/rfc2373.txt
。一個
IPv6
地址的文本表示法使用如下一個格式輸入：
首選的格式是
x:x:x:x:x:x:x:x
，其中所有的“
x
”是表示地址的
8
個
16-bit
塊的
16
進(jìn)制數(shù)值，這是一個完整的格式，舉例如下：
?
1080:0:0:0:8:800:200C:417A
?
需要注意的是以
0
開始的欄位是無必要寫的，然而在每個欄位中必需有一個數(shù)字，除了如下描述的情形外：
由于一些分配了確定類型的
IPv6
地址的方法，它將為地址容納一個長的
zero bit
的
strings
所共有，為了使得寫這些包含了
zero bit
的地址更容易，所以使用
“
::
”來表示多個連續(xù)為
0
的欄位組，而“
::
”在一個地址中只能出現(xiàn)一次，“
::
”還能被用來壓縮一個地址中以
0
開始到
0
結(jié)尾的欄位組，例如：
?
1080::8:800:200C:417A
?
一種可替換的格式在有時候更為便利，但處理混合有
IPv4
和
IPv6
協(xié)議的節(jié)點如
x:x:x:x:x:x:d.d.d.d
，其中所有的“
x
”表示地址的
6
個
high-order 16-bit
部分的十六進(jìn)制數(shù)，而其它的“
d
”表示標(biāo)準(zhǔn)的
IPv4
地址的
4
個
low-order 8-bit
部分的十進(jìn)制數(shù)，例如：
?
::FFFF:129.144.52.38
::129.144.52.38
?
其中“
::FFFF:d.d.d.d
”和“
::d.d.d.d
”分別地表示一個
IPv4-mapped IPv6
地址和一個
IPv4-compatible IPv6
地址，需要注意的是
IPv4
部分必須是
“
d.d.d.d
”格式，以下的格式都是不正確的：
?
::FFFF:d.d.d
::FFFF:d.d
::d.d.d
::d.d
?
但是下面的格式卻是合法的：
?
::FFFF:d
?
然而它是一個表示
IPv4-compatible IPv6
地址的非傳統(tǒng)的表示格式，
?
::255.255.0.d
?
其中的“
::d
”符合一個通常的
IPv6
地址，如
?
0:0:0:0:0:0:0:d
?
對于一個需要返回文本格式的地址的方法，
Inet6Address
將返回完整的格式，因為它是非常明確的，當(dāng)在與其他文本數(shù)據(jù)結(jié)合使用的時候。
?
Inet6Address
類定義如下：
?
class
?Inet6Adress?:?
public
?AbstractInetAddress
{
????
/**/
/*
*?
?????*?cached?scope_id?-?for?link-local?address?use?only.
?????
*/
????
int
?_cached_scope_id;?
????
/**/
/*
*
?????*?Holds?a?128-bit?(16?bytes)?IPv6?address.
?????*
?????
*/
????
int
?_ipaddress[
16
];
}
;
?
?
8??????????
SocketAddress
類和
InetSocketAddress
類
SocketAddress
類實現(xiàn)了一個不與任何一種協(xié)議綁定的
Socket
地址，它是一個抽象類，這表明必須使用它的綁定了特定協(xié)議的子類來表示
Socket
地址的實現(xiàn)。它為
sockets
的
binding
和
connecting
或者
return values
提供一個不可變的對象。
InetSocketAddress
類實現(xiàn)了一個
IP Socket Address
（即一個
IP address
加一個
port
端口），它還能是一對
host name
加一個
port
端口，此時會嘗試去查找確定
host name
的實際地址。它的定義如下所示：
?
class
?InetSocketAddress?:?
public
?SocketAddress?
{
????
/**/
/*
*
?????*?The?hostname?of?the?Socket?Address
?????*?@serial
?????
*/
?????
????String?_hostname;?
????
????
/**/
/*
*?
?????*?The?IP?address?of?the?Socket?Address
?????*?@serial
?????
*/
????InetAddress?_addr;?
????
????
/**/
/*
*
?????*?The?port?number?of?the?Socket?Address
?????*?@serial
?????
*/
???
????
int
?_port;
}
;
?
?
?
C++
通用框架的設(shè)計
作者：
naven
日期：
2006-3-19