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獲得Unix/Linux系統中的IP、MAC地址等資訊

阿新 • • 發佈：2019-02-15

實際環境和特殊需求往往會將簡單問題複雜化，比如計算機IP地址，對於一個連線中socket，可以直接獲得本端和對端的IP、埠資訊。但在一些特殊場合我們可能需要更多的資訊，比如系統中有幾塊網絡卡，他們的Mac地址是多少，每塊網絡卡分配了幾個IP（一個網絡卡對應多個IP）等等。

這些資訊往往需要通過ifconfig指令來獲得，對於程式設計師來說，在程式碼中呼叫外部的shell指令可不是個最佳方案，因為沒人能保障不同平臺、不同版本的ifconfig指令輸出的格式是一致的。本篇文章中將介紹通過ioctl函式實現上述需求。

#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, int request, … /* void *arg */);


返回：成功返回0，失敗返回-1

ioctl函式的引數只有3個，但卻是Unix中少有的幾個“家族類”複雜函式，這裡摘錄一段《Unix網路程式設計》一書中對ioctl函式的描述：

在傳統上ioctl函式是用於那些普遍使用、但不適合歸入其他類別的任何特殊的系統介面……網路程式（一般是伺服器程式）中ioctl常用於在程式啟動時獲得主機上所有介面的資訊：介面的地址、介面是否支援廣播、是否支援多播，等等。

ioctl函式的第一個引數fd，可以表示一個開啟的檔案（檔案控制代碼）或網路套接字，第二個和第三個引數體現了函式的家族特色，引數二request根據函式功能分類定義了多組巨集，而引數三總是一個指標，指標的型別依賴於引數二request。因為ioctl的種類實在太多，這裡只列出和本文相關的幾個引數定義：

分類 引數二（巨集） 引數三 描述
介面 SIOCGIFCONF struct ifconf 獲得所有介面列表
SIOCGIFADDR struct ifreq 獲得介面地址
SIOCGIFFLAGS struct ifreq 獲得介面標誌
SIOCGIFBRDADDR struct ifreq 獲得廣播地址
SIOCGIFNETMASK struct ifreq 獲得子網掩碼

上表中列出了兩個相關的結構體：struct ifconf 和 struct ifreq，要了解ioctl函式的具體運用，首先要了解這兩個結構：

  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. struct ifreq
  12. {
  13. # define IFHWADDRLEN    6
  14. # define IFNAMSIZ   IF_NAMESIZE
  15.     union
  16.     {
  17.         char ifrn_name[IFNAMSIZ];   /* Interface name, e.g. "en0".  */
  18.     } ifr_ifrn;
  19.     union
  20.     {
  21.         struct sockaddr ifru_addr;
  22.         struct sockaddr ifru_dstaddr;
  23.         struct sockaddr ifru_broadaddr;
  24.         struct sockaddr ifru_netmask;
  25.         struct sockaddr ifru_hwaddr;
  26.         short int ifru_flags;
  27.         int ifru_ivalue;
  28.         int ifru_mtu;
  29.         struct ifmap ifru_map;
  30.         char ifru_slave[IFNAMSIZ];  /* Just fits the size */
  31.         char ifru_newname[IFNAMSIZ];
  32.         __caddr_t ifru_data;
  33.     } ifr_ifru;
  34. };

struct ifconf的第二個元素ifc_ifcu是一個聯合，是指向struct ifreq結構的地址，通常是一組struct ifreq結構空間（每一個描述一個介面），struct ifconf的第一個元素ifc_len描述了struct ifreq結構空間的大小；結構struct ifreq也有兩個元素，第一個元素ifr_ifrn內含一個字串，用來描述介面的名稱，比如“eth0″、”wlan0”等，第二個元素是聯合，比較複雜，用來描述套介面的地址結構。

struct ifconf 和 struct ifreq的關係可以參考下圖：

ioctl函式中的struct ifconf 和 struct ifreq結構關係

ioctl函式中的struct ifconf 和 struct ifreq結構關係

通常運用ioctl函式的第一步是從核心獲取系統的所有介面，然後再針對每個介面獲取其地址資訊。獲取所有介面通過SIOCGIFCONF請求來實現：

  1. struct ifconf ifc;  /* ifconf結構 */
  2. struct ifreq ifrs[16];  /* ifreq結構陣列(這裡估計了介面的最大數量16) */
  3. /* 初始化ifconf結構 */
  4. ifc.ifc_len = sizeof(ifrs);
  5. ifc.ifc_buf = (caddr_t) ifrs;
  6. /* 獲得介面列表 */
  7. ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc);

獲得了介面列表，就可以通過struct ifconf結構中*ifcu_req的指標得到struct ifreq結構陣列的地址，通過遍歷獲得每隔介面的詳細地址資訊：

  1. printf("介面名稱：%s/n", ifrs[n].ifr_name); /* 介面名稱 */
  2. /* 獲得IP地址 */
  3. ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &ifrs[n]);
  4. printf("IP地址:%s/n",
  5.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  6. /* 獲得子網掩碼 */
  7. ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &ifrs[n]);
  8. printf("子網掩碼:%s/n",
  9.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  10. /* 獲得廣播地址 */
  11. ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &ifrs[n]);
  12. printf("廣播地址:%s/n",
  13.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  14. /* 獲得MAC地址 */
  15. ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &ifrs[n]);
  16. printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x/n",
  17.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[0],
  18.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[1],
  19.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[2],
  20.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[3],
  21.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[4],
  22.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[5]);

最後，給出一個參考程式程式碼。

ioctl函式沒有納入POXIS規範，各系統對ioctl的實現也不盡相同，下面的程式碼在我的Ubuntu10.04 linux上可執行通過，但在其他Unix系統上不一定能夠通過編譯，例如在Power AIX 5.3上需要將獲得MAC地址的那段程式碼註釋掉。

  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. #define MAXINTERFACES 16    /* 最大介面數 */
  10. int fd;         /* 套接字 */
  11. int if_len;     /* 介面數量 */
  12. struct ifreq buf[MAXINTERFACES];    /* ifreq結構陣列 */
  13. struct ifconf ifc;                  /* ifconf結構 */
  14. int main(argc, argv)
  15. {
  16.     /* 建立IPv4的UDP套接字fd */
  17.     if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
  18.     {
  19.         perror("socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)");
  20.         return -1;
  21.     }
  22.     /* 初始化ifconf結構 */
  23.     ifc.ifc_len = sizeof(buf);
  24.     ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;
  25.     /* 獲得介面列表 */
  26.     if (ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc) == -1)
  27.     {
  28.         perror("SIOCGIFCONF ioctl");
  29.         return -1;
  30.     }
  31.     if_len = ifc.ifc_len / sizeof(struct ifreq); /* 介面數量 */
  32.     printf("介面數量:%d/n/n", if_len);
  33.     while (if_len– > 0) /* 遍歷每個介面 */
  34.     {
  35.         printf("介面：%s/n", buf[if_len].ifr_name); /* 介面名稱 */
  36.         /* 獲得介面標誌 */
  37.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char *) &buf[if_len])))
  38.         {
  39.             /* 介面狀態 */
  40.             if (buf[if_len].ifr_flags & IFF_UP)
  41.             {
  42.                 printf("介面狀態: UP/n");
  43.             }
  44.             else
  45.             {
  46.                 printf("介面狀態: DOWN/n");
  47.             }
  48.         }
  49.         else
  50.         {
  51.             char str[256];
  52.             sprintf(str, "SIOCGIFFLAGS ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  53.             perror(str);
  54.         }
  55.         /* IP地址 */
  56.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &buf[if_len])))
  57.         {
  58.             printf("IP地址:%s/n",
  59.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
  60.         }
  61.         else
  62.         {
  63.             char str[256];
  64.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  65.             perror(str);
  66.         }
  67.         /* 子網掩碼 */
  68.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &buf[if_len])))
  69.         {
  70.             printf("子網掩碼:%s/n",
  71.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
  72.         }
  73.         else
  74.         {
  75.             char str[256];
  76.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  77.             perror(str);
  78.         }
  79.         /* 廣播地址 */
  80.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &buf[if_len])))
  81.         {
  82.             printf("廣播地址:%s/n",
  83.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
  84.         }
  85.         else
  86.         {
  87.             char str[256];
  88.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  89.             perror(str);
  90.         }
  91.         /*MAC地址 */
  92.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &buf[if_len])))
  93.         {
  94.             printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x/n/n",
  95.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[0],
  96.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[1],
  97.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[2],
  98.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[3],
  99.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[4],
  100.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[5]);
  101.         }
  102.         else
  103.         {
  104.             char str[256];
  105.             sprintf(str, "SIOCGIFHWADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  106.             perror(str);
  107.         }
  108.     }//–while end
  109.     //關閉socket
  110.     close(fd);
  111.     return 0;
  112. }

在我的系統上，程式輸出：

介面數量:4

介面：wlan0
介面狀態: UP
IP地址:192.168.1.142
子網掩碼:255.255.255.0
廣播地址:192.168.1.255
MAC地址:00:14:a5:65:47:57

介面：eth0:0
介面狀態: UP
IP地址:192.168.4.113
子網掩碼:255.255.255.0
廣播地址:192.168.4.255
MAC地址:00:14:c2:e5:45:57

介面：eth0
介面狀態: UP
IP地址:192.168.4.111
子網掩碼:255.255.255.0
廣播地址:192.168.4.255
MAC地址:00:14:c2:e5:45:57

介面：lo
介面狀態: UP
IP地址:127.0.0.1
子網掩碼:255.0.0.0
廣播地址:0.0.0.0
MAC地址:00:00:00:00:00:00

從輸出可以看出，系統有4個介面，”wlan0″表示第一塊無線網絡卡介面，”eth0″（IP地址:192.168.4.111）表示第一塊連線網絡卡介面（我們最長用的RJ45連線口網絡卡），”lo”是迴路地址介面（我們常用的127.0.0.1）。

注意：”eth0:0″（IP地址:192.168.4.113）是有線網絡卡的別名（單網絡卡繫結多個IP），這是為了測試這個參考程式特意在eth0上新增的一個IP地址。

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