從零開始學習比特幣開發（七）-P2P網路建立流程之生成地址對並連線到指定地址

阿新 • • 發佈：2018-11-01

本節繼續講解比特幣P2P網路建立流程，這節講解的執行緒為’ThreadOpenAddedConnections’，它的作用是生成地址對並連線到指定地址。
本文可以結合比特幣系統啟動的的第12步的講解來看，可以更加系統的瞭解比特幣系統啟動的過程。

P2P 網路的建立是在比特幣系統啟動的第 12 步，最後時刻呼叫 CConnman::Start 方法開始的。

本部分內容在 net.cpp、net_processing.cpp 等檔案中。

下面開始講解各個執行緒的具體處理。

1、ThreadSocketHandler

見文章從零開始學習比特幣（五）–P2P網路建立的流程之套接字的讀取和傳送

2、ThreadDNSAddressSeed

見文章從零開始學習比特幣（六）–P2P網路建立的流程之查詢DNS節點

3、ThreadOpenAddedConnections

這個執行緒的主要作用是生成地址物件，並且呼叫 OpenNetworkConnection 方法，連線到指定地址。

執行緒定義在 net.cpp 檔案的 1959 行。下面我們開始進行具體的解讀。

執行緒的主體是一個 while 迴圈。在迴圈中進行下面的處理。

呼叫 GetAddedNodeInfo 方法，獲取所有的節點資訊。

本方法返回所有的節點資訊，其中即有已連線的，也有未連線的地址。

首先，生成儲存節點資訊的容器變數 ret 和儲存地址字串的列表物件 lAddresses。然後把 vAddedNodes 集合中的所有地址拷貝到 lAddresses 中。

std::vector<AddedNodeInfo> ret;

std::list<std::string> lAddresses(0);
{
    LOCK(cs_vAddedNodes);
    ret.reserve(vAddedNodes.size());
    std::copy(vAddedNodes.cbegin(), vAddedNodes.cend(), std::back_inserter(lAddresses));
}

遍歷所有的節點（vNodes 節點容器），進行下面處理。

如果當前節點的地址是有效的，則加入 mapConnected map 中，Key 為當前節點的地址，值標明當前節點是否為入站節點。

獲取當前節點的地址名稱。如果名稱不空，則放進 mapConnectedByName map 中，Key 為當前節點的地址名稱，值為一個 std::pair 物件，其中第一個值表明當前節點是否為入站節點，第二個值為節點的地址。

std::map<CService, bool> mapConnected;
std::map<std::string, std::pair<bool, CService>> mapConnectedByName;
{
    LOCK(cs_vNodes);
    for (const CNode* pnode : vNodes) {
        if (pnode->addr.IsValid()) {
            mapConnected[pnode->addr] = pnode->fInbound;
        }
        std::string addrName = pnode->GetAddrName();
        if (!addrName.empty()) {
            mapConnectedByName[std::move(addrName)] = std::make_pair(pnode->fInbound, static_cast<const CService&>(pnode->addr));
        }
    }
}

遍歷 lAddresses 變數，進行下面處理。

根據當前地址和當前網路型別，生成一個 service 物件，型別為 CService，和一個節點資訊物件。

如果當前地址是 IP:Port 形式，那麼查詢 mapConnected 集合對應的地址。如果可以找到，則設定節點資訊物件的相關屬性。

如果當前地址是名稱的形式，那麼查詢 mapConnectedByName 集合對應的地址。如果可以找到，則設定節點資訊物件的相關屬性。

把當前地址資訊物件加入 ret 集合中。

for (const std::string& strAddNode : lAddresses) {
    CService service(LookupNumeric(strAddNode.c_str(), Params().GetDefaultPort()));
    AddedNodeInfo addedNode{strAddNode, CService(), false, false};
    if (service.IsValid()) {
        // strAddNode is an IP:port
        auto it = mapConnected.find(service);
        if (it != mapConnected.end()) {
            addedNode.resolvedAddress = service;
            addedNode.fConnected = true;
            addedNode.fInbound = it->second;
        }
    } else {
        // strAddNode is a name
        auto it = mapConnectedByName.find(strAddNode);
        if (it != mapConnectedByName.end()) {
            addedNode.resolvedAddress = it->second.second;
            addedNode.fConnected = true;
            addedNode.fInbound = it->second.first;
        }
    }
    ret.emplace_back(std::move(addedNode));
}

返回ret 集合。

遍歷所有的節點資訊，如果當前節點還沒有連線，進行下面的處理：

生成地址物件 addr，型別為 CAddress。

呼叫 OpenNetworkConnection 方法，連線到當前的節點。

for (const AddedNodeInfo& info : vInfo) {
    if (!info.fConnected) {
        if (!grant.TryAcquire()) {
            // If we've used up our semaphore and need a new one, let's not wait here since while we are waiting
            // the addednodeinfo state might change.
            break;
        }
        tried = true;
        CAddress addr(CService(), NODE_NONE);
        OpenNetworkConnection(addr, false, &grant, info.strAddedNode.c_str(), false, false, true);
        if (!interruptNet.sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)))
            return;
    }
}

下面我們具體看下 OpenNetworkConnection 函式的處理。

如果 interruptNet 為真，則返回。如果網路沒有啟用（fNetworkActive 為假），則返回。
```
 if (interruptNet) {
     return;
 }
 if (!fNetworkActive) {
     return;
 }
```

如果引數 pszDest 為空（當前節點資訊的地址），進一步，如果要連線的節點是本地的，或是已連線的，或是禁止的，則返回。如果引數 pszDest 不為空，進一步，如果節點是已連線的，則返回。

 if (!pszDest) {
     if (IsLocal(addrConnect) ||
         FindNode(static_cast<CNetAddr>(addrConnect)) || IsBanned(addrConnect) ||
         FindNode(addrConnect.ToStringIPPort()))
         return;
 } else if (FindNode(std::string(pszDest)))
     return;

呼叫 ConnectNode 方法，連線到指定地址，並返回對等節點 CNode 物件。如果連線失敗，則返回。
如果引數 grantOutbound 物件存在，則呼叫其 MoveTo 方法，進行處理。
如果引數 fOneShot 為真，則設定對等節點的 fOneShot 屬性為真。
如果是臨時探測節點（引數fFeeler 為真），則設定對等節點的 fFeeler 屬性為真。
如果是手動連線的，則設定對等節點的 m_manual_connection 屬性為真。

呼叫網路事件處理器的 InitializeNode 方法，進行對等節點初始化。

具體程式碼在 net_processing.cpp 檔案的第 611 行，如下所示：

void PeerLogicValidation::InitializeNode(CNode *pnode) {
    CAddress addr = pnode->addr;
    std::string addrName = pnode->GetAddrName();
    NodeId nodeid = pnode->GetId();
    {
        LOCK(cs_main);
        mapNodeState.emplace_hint(mapNodeState.end(), std::piecewise_construct, std::forward_as_tuple(nodeid), std::forward_as_tuple(addr, std::move(addrName)));
    }
    if(!pnode->fInbound)
        PushNodeVersion(pnode, connman, GetTime());
}

程式碼最主要的動作是，檢查節點是否為出站節點，即連線到別的對等節點，如果是則呼叫 PushNodeVersion 方法，傳送版本資訊。具體訊息訊息處理部分。

把生成的對等節點儲存到 vNodes 向量中。

3.1、ConnectNode

在上文講解 OpenNetworkConnection 函式“3.呼叫 ConnectNode 方法，連線到指定地址，並返回對等節點 CNode 物件” 中我提到了‘ConnectNode’方法，這個方法負責連線到具體的對等節點。我們來看下具體的處理。

如果引數 pszDest 為空指標，則處理如下：

如果要連線的地址是本地地址，則直接返回空指標。呼叫 FindNode 方法，檢視指定的節點是否存在。如果存在，即已經連線，則返回空指標。

if (pszDest == nullptr) {
    if (IsLocal(addrConnect))
        return nullptr;
    // Look for an existing connection
    CNode* pnode = FindNode(static_cast<CService>(addrConnect));
    if (pnode)
    {
        LogPrintf("Failed to open new connection, already connected\n");
        return nullptr;
    }
}

如果引數 pszDest 不是空指標，那麼呼叫 Lookup 方法，查詢/生成地址字串對應的地址物件。如果找到，則進行下面的處理：

生成要連線的地址物件。如果地址地址物件是無效的，則返回空指標。呼叫 FindNode 方法，查詢對應的地址物件。如果存在，即已經連線，則返回空指標。

這個地方解析要連線的地址字串生成要連線的地址物件。

const int default_port = Params().GetDefaultPort();
if (pszDest) {
    std::vector<CService> resolved;
    if (Lookup(pszDest, resolved,  default_port, fNameLookup && !HaveNameProxy(), 256) && !resolved.empty()) {
        addrConnect = CAddress(resolved[GetRand(resolved.size())], NODE_NONE);
        if (!addrConnect.IsValid()) {
            LogPrint(BCLog::NET, "Resolver returned invalid address %s for %s\n", addrConnect.ToString(), pszDest);
            return nullptr;
        }
        LOCK(cs_vNodes);
        CNode* pnode = FindNode(static_cast<CService>(addrConnect));
        if (pnode)
        {
            pnode->MaybeSetAddrName(std::string(pszDest));
            LogPrintf("Failed to open new connection, already connected\n");
            return nullptr;
        }
    }
}

如果要連線的地址物件是有效的，進行下面的處理。

呼叫 GetProxy 方法，返回代理型別。如果方法返回為真，即存在代理，那麼呼叫 CreateSocket 方法，建立代理套接字。如果成功建立，呼叫 ConnectThroughProxy 方法，通過代理連線到對等節點。

如果不存在代理，那麼呼叫 CreateSocket 方法，建立對等節點的套接字。如果成功建立，呼叫 ConnectSocketDirectly 方法，直接連線到對等節點。

bool proxyConnectionFailed = false;

if (GetProxy(addrConnect.GetNetwork(), proxy)) {
    hSocket = CreateSocket(proxy.proxy);
    if (hSocket == INVALID_SOCKET) {
        return nullptr;
    }
    connected = ConnectThroughProxy(proxy, addrConnect.ToStringIP(), addrConnect.GetPort(), hSocket, nConnectTimeout, &proxyConnectionFailed);
} else {
    // no proxy needed (none set for target network)
    hSocket = CreateSocket(addrConnect);
    if (hSocket == INVALID_SOCKET) {
        return nullptr;
    }
    connected = ConnectSocketDirectly(addrConnect, hSocket, nConnectTimeout, manual_connection);
}
if (!proxyConnectionFailed) {
    // If a connection to the node was attempted, and failure (if any) is not caused by a problem connecting to
    // the proxy, mark this as an attempt.
    addrman.Attempt(addrConnect, fCountFailure);
}

如果要連線的字串不空，且存在代理，那麼：

呼叫 CreateSocket 方法，生成代理的套接字。然後，呼叫 ConnectThroughProxy 方法，通過代理連線到指定的對等節點。

hSocket = CreateSocket(proxy.proxy);
if (hSocket == INVALID_SOCKET) {
    return nullptr;
}
std::string host;
int port = default_port;
SplitHostPort(std::string(pszDest), port, host);
connected = ConnectThroughProxy(proxy, host, port, hSocket, nConnectTimeout, nullptr);

如果以上都沒有連線到主節點，則關閉套接字並返回空指標。
```
 if (!connected) {
     CloseSocket(hSocket);
     return nullptr;
 }
```

最後，生成並返回主節點物件。

 NodeId id = GetNewNodeId();
 uint64_t nonce = GetDeterministicRandomizer(RANDOMIZER_ID_LOCALHOSTNONCE).Write(id).Finalize();
 CAddress addr_bind = GetBindAddress(hSocket);
 CNode* pnode = new CNode(id, nLocalServices, GetBestHeight(), hSocket, addrConnect, CalculateKeyedNetGroup(addrConnect), nonce, addr_bind, pszDest ? pszDest : "", false);
 pnode->AddRef();
 return pnode;

我是區小白，Ulord全球社群聯盟（優得社群）核心區塊鏈技術開發者，深入研究比特幣,以太坊,EOS Dash,Rsk,Java, Nodejs,PHP,Python,C++ 我希望能聚集更多區塊鏈開發者，一起學習共同進步。
為了更高效的交流探討區塊鏈開發過程中遇到的問題，我建立了一個技術交流群。
歡迎將以上問題的答案發在群中討論，或者在帖子下面留言。

往期文章：

從零開始學習比特幣開發（一）–從原始碼編譯比特幣

從零開始學習比特幣開發（二）如何接入比特幣網路以及步驟分析

從零開始學習比特幣開發（三）接入比特幣網路的關鍵步驟解析、建立比特幣錢包，以及重要rpc指令

從零開始學習比特幣開發（四）–網路初始化，載入區塊鏈和錢包，匯入區塊啟動節點

從零開始學習比特幣（五）–P2P網路建立的流程之套接字的讀取和傳送

從零開始學習比特幣（六）–P2P網路建立的流程之查詢DNS節點

原文轉載自:

優得社群–從0開始學習比特幣專題

從零開始學習比特幣開發（一）–從原始碼編譯比特幣

從零開始學習比特幣開發（二）–如何接入比特幣網路以及原理分析

從零開始學習比特幣開發（三）–接入比特幣網路的關鍵步驟解析、建立比特幣錢包，以及重要rpc指令