從零開始學習比特幣（六）--P2P網路建立的流程之查詢DNS節點

阿新 • • 發佈：2018-11-01

上節開始我們已經開始講解比特幣系統中P2P網路是如何建立的。還記得在比特幣系統啟動的的第12步的講解中，我們提到有幾個執行緒相關的處理非常重要嗎？以下內容正是基於此做了詳細的講解。由於篇幅過長，我們分幾篇文章依次道來。

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

詳情見上一篇文章：

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

這個執行緒的目標是，通過查詢DNS節點來找到足夠多的比特幣節點。找到之後才可以連線比特幣網路進行同步。

只有在需要地址時才查詢 DNS 種子，當我們不需要 DNS 種子時，會避免 DNS 種子查詢。這樣可以通過建立更少的識別 DNS 請求來提高使用者隱私。

執行緒定義在 net.cpp 檔案的 1603 行。下面我們開始進行具體的解讀。

如果對等節點的數量大於 0，且沒有指定 -forcednsseed，或指定了但值為 false，進行下面的處理：

遍歷所有的節點，如果節點已成功連線，且不是引導節點，且 fOneShot

屬性為假，且不是不是手動連線的，且不是入站節點，那麼變數 nRelevant 加1。

如果變數 nRelevant 大於2，即 P2P 網路已經可用，則退出函式。

if ((addrman.size() > 0) &&
    (!gArgs.GetBoolArg("-forcednsseed", DEFAULT_FORCEDNSSEED))) {
    if (!interruptNet.sleep_for(std::chrono::seconds(11)))
        return;

    LOCK(cs_vNodes);
    int nRelevant = 0;
    for (auto pnode : vNodes) {
        nRelevant += pnode->fSuccessfullyConnected && !pnode->fFeeler && !pnode->fOneShot && !pnode->m_manual_connection && !pnode->fInbound;
    }
    if (nRelevant >= 2) {
        LogPrintf("P2P peers available. Skipped DNS seeding.\n");
        return;
    }
}

獲取並遍歷所有的 DNS 種子節點。
```
 for (const std::string &seed : vSeeds) {
     if (interruptNet) {
         return;
     }
     if (HaveNameProxy()) {
         AddOneShot(seed);
     } else {
         std::vector<CNetAddr> vIPs;
         std::vector<CAddress> vAdd;
         ServiceFlags requiredServiceBits = GetDesirableServiceFlags(NODE_NONE);
         std::string host = strprintf("x%x.%s", requiredServiceBits, seed);
         CNetAddr resolveSource;
         if (!resolveSource.SetInternal(host)) {
             continue;
         }
         unsigned int nMaxIPs = 256; // Limits number of IPs learned from a DNS seed
         if (LookupHost(host.c_str(), vIPs, nMaxIPs, true))
         {
             for (const CNetAddr& ip : vIPs)
             {
                 int nOneDay = 24*3600;
                 CAddress addr = CAddress(CService(ip, Params().GetDefaultPort()), requiredServiceBits);
                 addr.nTime = GetTime() - 3*nOneDay - GetRand(4*nOneDay); // use a random age between 3 and 7 days old
                 vAdd.push_back(addr);
                 found++;
             }
             addrman.Add(vAdd, resolveSource);
         } else {
             // We now avoid directly using results from DNS Seeds which do not support service bit filtering,
             // instead using them as a oneshot to get nodes with our desired service bits.
             AddOneShot(seed);
         }
     }
 }
```
下面，對上面的程式碼進行講解。

如果指定了代理，則呼叫 AddOneShot 方法，儲存當前 DNS 種子節點到 vOneShots 集合中。否則，進行下面的處理：
- 生成兩個集合 vIPs、vAdd 。vIPs 集合中儲存的是 CNetAddr 物件，代表了一個IP地址。vAdd集合中儲存的是 CAddress 物件，CAddress 繼承自 CService，後者又繼承自 CAddress，包含了一些關於對等節點別的資訊。
- 呼叫 GetDesirableServiceFlags 方法，獲得服務標誌位。
- 呼叫 strprintf 函式，格式化 DNS 種子節點的地址。
  
  strprintf 是一個巨集定義，實際呼叫的是 Boost 庫的 tfm::format。
- 生成型別為 CNetAddr 的地址物件 resolveSource，並呼叫其 SetInternal 方法，設定 resolveSource 的 IP。如果出錯，則返回處理下一個。
- 呼叫 LookupHost 方法，根據 DNS 種子節點獲取其儲存的對等節點列表。並儲存在 vIPs 集合中。
  
  LookupHost 方法內部主要呼叫了 LookupIntern 方法進行處理。下面我們看下後者的具體處理。
  - 生成一個地址物件 addr。然後呼叫其 SetSpecial 方法進行處理。
    
    在該方法內部，如果 DNS種子節點不是以 .onion 結尾，即不是暗網地址，則直接返回假。否則進行下面的處理。
    
    呼叫 DecodeBase32 方法，解析不包括暗網字尾在內的具體的地址。接下來，檢查地址的長度是否不等於指定的長度，如果是則返回假。否則，對地址進行處理並轉化為IP地址，然後返回真。
```
bool CNetAddr::SetSpecial(const std::string &strName)
{
    if (strName.size()>6 && strName.substr(strName.size() - 6, 6) == ".onion") {
        std::vector<unsigned char> vchAddr = DecodeBase32(strName.substr(0, strName.size() - 6).c_str());
        if (vchAddr.size() != 16-sizeof(pchOnionCat))
            return false;
        memcpy(ip, pchOnionCat, sizeof(pchOnionCat));
        for (unsigned int i=0; i<16-sizeof(pchOnionCat); i++)
            ip[i + sizeof(pchOnionCat)] = vchAddr[i];
        return true;
    }
    return false;
}
```
    如果前面方法返回的結果為真，即 DNS 種子為暗網地址，則把當前地址加入 vIP 集合，並返回。
```
CNetAddr addr;
if (addr.SetSpecial(std::string(pszName))) {
    vIP.push_back(addr);
    return true;
}
```
  - 生成一個型別為 addrinfo 的結構體物件 aiHint，並設定其各個屬性值。
  - 生成一個型別為 addrinfo 的結構體物件 aiRes，然後呼叫 getaddrinfo 方法，根據 DNS 種子節點來獲取一個地址連結表。
    
    這個方法是系統提供的方法，返回的是一個 sockaddr 結構的連結串列而不是一個地址清單。第一個引數是一個主機名或者地址串，第二個引數是一個服務名或者10進位制埠號數串，第三個引數可以是一個空指標，也可以是一個指向某個addrinfo結構的指標，呼叫者在這個結構中填入關於期望返回的資訊型別的暗示，最後一個引數是返回的結果。
```
int nErr = getaddrinfo(pszName, nullptr, &aiHint, &aiRes);
if (nErr)
    return false;
```
  - 接下來只要地址資訊連結串列不空，且當前獲取的對等節點IP數量小於指定的數量或者指定的數量是0（即不限制對等節點的數量），就迴圈這個連結串列進行下面的處理。
    
    根據返回的地址資訊物件，是IPV4 或者是 IPV6，生成生成不同的 CNetAddr 物件。如果這個地址物件不是內部 IP，則儲存到 vIP 集合中。從地址資訊連結串列中取得下一個地址資訊物件。
```
struct addrinfo *aiTrav = aiRes;
while (aiTrav != nullptr && (nMaxSolutions == 0 || vIP.size() < nMaxSolutions))
{
    CNetAddr resolved;
    if (aiTrav->ai_family == AF_INET)
    {
        assert(aiTrav->ai_addrlen >= sizeof(sockaddr_in));
        resolved = CNetAddr(((struct sockaddr_in*)(aiTrav->ai_addr))->sin_addr);
    }

    if (aiTrav->ai_family == AF_INET6)
    {
        assert(aiTrav->ai_addrlen >= sizeof(sockaddr_in6));
        struct sockaddr_in6* s6 = (struct sockaddr_in6*) aiTrav->ai_addr;
        resolved = CNetAddr(s6->sin6_addr, s6->sin6_scope_id);
    }
    /* Never allow resolving to an internal address. Consider any such result invalid */
    if (!resolved.IsInternal()) {
        vIP.push_back(resolved);
    }

    aiTrav = aiTrav->ai_next;
}
```
  - 呼叫 freeaddrinfo 方法，釋放 getaddrinfo 方法所申請的記憶體空間。
  - 根據 vIP 集合的大小，返回真假。
- 如果 LookupHost 方法返回結果為真，即根據當前 DNS 種子節點查詢到了至少一個對等節點，則進行下面的處理。
  
  遍歷 vIPs 集合，根據當前的 IP 地址，生成一個 CAddress 地址物件，並儲存在 vAdd 集合中，同時把代表找到節點的變數 found 加1。
  
  呼叫地址管理器的 Add 方法，儲存多個地址。
  
  具體程式碼如下：
```
for (const CNetAddr& ip : vIPs)
{
    int nOneDay = 24*3600;
    CAddress addr = CAddress(CService(ip, Params().GetDefaultPort()), requiredServiceBits);
    addr.nTime = GetTime() - 3*nOneDay - GetRand(4*nOneDay); // use a random age between 3 and 7 days old
    vAdd.push_back(addr);
    found++;
}
addrman.Add(vAdd, resolveSource);
```
- 如果 LookupHost 方法返回結果為假，即根據當前 DNS 種子節點沒找到一個對等節點，則呼叫 AddOneShot 方法進行處理。
  
  AddOneShot 方法內部簡單地把當前 DNS 種子加入 vOneShots 集合。

2.1、CAddrMan::Add 方法

下面我們對地址管理器的 Add 方法做下介紹。這個方法位於 addrman.h 檔案的 540 行。

這個方法主體是一個 for 迴圈，遍歷 CAddress 集合，針對每一個 CAddress 物件呼叫 Add_ 方法進行處理。並返回是否新增成功。程式碼如下：

bool Add(const std::vector<CAddress> &vAddr, const CNetAddr& source, int64_t nTimePenalty = 0)
{
    LOCK(cs);
    int nAdd = 0;
    Check();
    for (std::vector<CAddress>::const_iterator it = vAddr.begin(); it != vAddr.end(); it++)
        nAdd += Add_(*it, source, nTimePenalty) ? 1 : 0;
    Check();
    if (nAdd) {
        LogPrint(BCLog::ADDRMAN, "Added %i addresses from %s: %i tried, %i new\n", nAdd, source.ToString(), nTried, nNew);
    }
    return nAdd > 0;
}

接下來，我們來看一下 Add_ 方法。這個方法在 addrman.cpp 檔案的第254行。

如果當前地址是不可路由的，則直接返回假。
```
 if (!addr.IsRoutable())
     return false;
```

呼叫 Find 方法，根據地址物件找到其對應的地址資訊。

 std::map<CNetAddr, int>::iterator it = mapAddr.find(addr);
 if (it == mapAddr.end())
     return nullptr;
 if (pnId)
     *pnId = (*it).second;
 std::map<int, CAddrInfo>::iterator it2 = mapInfo.find((*it).second);
 if (it2 != mapInfo.end())
     return &(*it2).second;
 return nullptr;

如果地址物件來源物件，設定變數 nTimePenalty 等於0。

如果找到對應的地址資訊，則設定地址資訊的相關屬性

 bool fCurrentlyOnline = (GetAdjustedTime() - addr.nTime < 24 * 60 * 60);
 int64_t nUpdateInterval = (fCurrentlyOnline ? 60 * 60 : 24 * 60 * 60);
 if (addr.nTime && (!pinfo->nTime || pinfo->nTime < addr.nTime - nUpdateInterval - nTimePenalty))
     pinfo->nTime = std::max((int64_t)0, addr.nTime - nTimePenalty);
   
 // add services
 pinfo->nServices = ServiceFlags(pinfo->nServices | addr.nServices);
   
 // do not update if no new information is present
 if (!addr.nTime || (pinfo->nTime && addr.nTime <= pinfo->nTime))
     return false;
   
 // do not update if the entry was already in the "tried" table
 if (pinfo->fInTried)
     return false;
   
 // do not update if the max reference count is reached
 if (pinfo->nRefCount == ADDRMAN_NEW_BUCKETS_PER_ADDRESS)
     return false;
   
 // stochastic test: previous nRefCount == N: 2^N times harder to increase it
 int nFactor = 1;
 for (int n = 0; n < pinfo->nRefCount; n++)
     nFactor *= 2;
 if (nFactor > 1 && (RandomInt(nFactor) != 0))
     return false;

如果沒有找到對應的地址資訊，則生成新的地址資訊。

 pinfo = Create(addr, source, &nId);
 pinfo->nTime = std::max((int64_t)0, (int64_t)pinfo->nTime - nTimePenalty);
 nNew++;
 fNew = true;

在 Create 方法中，生成一個新的 CAddrInfo 物件，並放到 mapInfo 集合中，同時在在 mapAddr 集合中增加對應的條目。具體程式碼如下：

 int nId = nIdCount++;
 mapInfo[nId] = CAddrInfo(addr, addrSource);
 mapAddr[addr] = nId;
 mapInfo[nId].nRandomPos = vRandom.size();
 vRandom.push_back(nId);
 if (pnId)
     *pnId = nId;
 return &mapInfo[nId];

接下來處理其他一些資訊，程式碼比較簡單不詳述。

 int nUBucket = pinfo->GetNewBucket(nKey, source);
 int nUBucketPos = pinfo->GetBucketPosition(nKey, true, nUBucket);
 if (vvNew[nUBucket][nUBucketPos] != nId) {
     bool fInsert = vvNew[nUBucket][nUBucketPos] == -1;
     if (!fInsert) {
         CAddrInfo& infoExisting = mapInfo[vvNew[nUBucket][nUBucketPos]];
         if (infoExisting.IsTerrible() || (infoExisting.nRefCount > 1 && pinfo->nRefCount == 0)) {
             // Overwrite the existing new table entry.
             fInsert = true;
         }
     }
     if (fInsert) {
         ClearNew(nUBucket, nUBucketPos);
         pinfo->nRefCount++;
         vvNew[nUBucket][nUBucketPos] = nId;
     } else {
         if (pinfo->nRefCount == 0) {
             Delete(nId);
         }
     }
 }