第 59 章 Sockets: Internet 域 (Sockets: Internet Domains)

核心结论

Internet 域 socket 是基于 TCP/IP 的进程间通信：流式 socket (SOCK_STREAM) 在 TCP 之上提供可靠、双向字节流；数据报 socket (SOCK_DGRAM) 在 UDP 之上提供不可靠、无连接、消息边界通信。
网络字节序为大端：不同硬件采用不同字节序 (big-endian vs little-endian)，跨网络传输必须用 htonl/htons/ntohl/ntohs 转换为统一的 网络字节序 (大端) 以保证跨平台兼容。
IPv4 / IPv6 地址结构：struct sockaddr_in (16 字节) 存 IPv4 地址 + 端口；struct sockaddr_in6 存 IPv6 (128 位) + 端口；struct sockaddr_storage 是大小足够的通用容器，可透明容纳 IPv4/IPv6，是协议无关编程的基石。
Protocol-independent 转换函数：getaddrinfo() 接受主机名 + 服务名，返回 addrinfo 链表，内含 sockaddr 及 ai_family/ai_socktype；getnameinfo() 反向；二者替代过时的 gethostbyname / getservbyname，并同时处理 IPv4/IPv6。
inet_pton / inet_ntop 通用转换：p = presentation、n = network；支持 IPv4 点分十进制与 IPv6 十六进制字符串与二进制形式互转；与过时的 inet_aton / inet_ntoa (仅 IPv4) 形成对比。
DNS 与 /etc/services：DNS 提供分布式 hostname → IP 映射（递归查询 + 迭代查询 + 缓存）；/etc/services 静态映射 service-name ↔ port-number（IANA 集中维护）；二者共同为上层 API 提供「名字 → 数字」的间接层。

本章主旨

本章是第 56-58 章概念铺垫后的 Internet 域编程实战。读者需要掌握：(1) 字节序问题与 htonl/htons 的真实语义——网络字节序固定为大端；(2) IPv4/IPv6 地址结构的字段差异 (sockaddr_in 16 字节 vs sockaddr_in6 更大的结构)；(3) 现代协议无关函数 getaddrinfo/getnameinfo 的 hints 选项语义；(4) DNS 分布式查找机制如何支持 getaddrinfo 的 hostname 解析；(5) inet_sockets.c 风格的封装库如何消除代码中 IPv4/IPv6 分支。掌握这些后才能写出在双栈环境下透明运行的客户端/服务器代码。

一、核心概念

本章围绕 6 个核心概念展开：网络字节序、跨架构数据表示、Internet 地址结构、IP 地址文本 ↔ 二进制转换、协议无关的 host/service 解析、DNS 与服务名映射。

概念定义 + 重要性实现提示

概念	定义 + 重要性	实现提示
网络字节序 (Network Byte Order)	跨网络传输整数时统一使用的大端序；不同机器的 host byte order 不同（小端如 x86 / 大端如 PowerPC 等），必须通过 `htonl/htons/ntohl/ntohs` 显式转换，否则对端解错。	§59.2；网络字节序 = 大端；函数名含义：host-to-network-long 等；常用于 `sin_port`/`sin_addr` 字段；同一字节序的机器上函数是 no-op。
跨架构数据表示 (Data Representation)	不同 C 数据类型在不同实现中长度不同（`long` 32/64 bit），结构体对齐差异导致填充字节不同；Marshalling 编码（XDR/ASN.1/CORBA/XML）解决异构互通；常见简化方案是 newline 分隔的纯文本协议（方便 telnet 调试）。	§59.3；TLPI 第 59 章示例程序把整数编码为 `\n`-结束字符串；Listing 59-1 `readLine()`；marshalling 标准：XDR (RFC 1014)、ASN.1-BER。
Internet 域地址结构	`struct sockaddr_in`（IPv4，含 `sin_family/sin_port/sin_addr`）；`struct sockaddr_in6`（IPv6，含 `sin6_family/sin6_port/sin6_addr/sin6_flowinfo/sin6_scope_id`）；`struct sockaddr_storage` 是大小足够通用的容器，避免 IPv4/IPv6 分支。	§59.4；定义于 `<netinet/in.h>`；IPv4 地址常量：`INADDR_ANY`、`INADDR_LOOPBACK`；IPv6 wildcard：`in6addr_any`；sockaddr_storage 大小通常 128 字节。
inet_pton/inet_ntop 转换	`inet_pton` (presentation → network) 将点分十进制/十六进制字符串转为二进制；`inet_ntop` 反向；支持 IPv4 和 IPv6；取代只能处理 IPv4 的 `inet_aton/inet_ntoa`（过时）。	§59.6；定义 `<arpa/inet.h>`；缓冲区大小常量：`INET_ADDRSTRLEN=16`、`INET6_ADDRSTRLEN=46`；返回值：1=成功、0=格式错、-1=err。
getaddrinfo / getnameinfo (协议无关)	`getaddrinfo(host, service, hints, &result)` 返回 `addrinfo` 链表（IPv4/IPv6 + stream/dgram）；hints.ai_flags 控制 `AI_PASSIVE/AI_CANONNAME/AI_NUMERICHOST/AI_V4MAPPED/AI_ADDRCONFIG`；`getnameinfo` 反向；附带 `freeaddrinfo` 释放、`gai_strerror` 错误转字符串。	§59.10；addrinfo 结构关键字段：ai_family/ai_socktype/ai_protocol/ai_addr/ai_addrlen/ai_canonname/ai_next；新代码必须用这两个函数，不用 `gethostbyname`。
DNS 与 /etc/services	DNS 是 hostname ↔ IP 的分布式层级数据库（根域名 → TLD → 二级域 → 子域）；客户端发递归请求至本地 DNS，后者做迭代查询；`/etc/services` 是本地静态文件，提供 service-name ↔ port 映射（IANA 集中注册 + 镜像分发）。	§59.8–59.9；DNS 查询：`getaddrinfo` 调用 resolver → 本地 DNS → 根 → TLD → …；`/etc/services` 格式：`http 80/tcp`；named(8) 是 BIND 实现；`/etc/resolv.conf` 控制域名补全规则。

网络字节序 (Network Byte Order)

跨网络传输整数时统一使用的大端序；不同机器的 host byte order 不同（小端如 x86 / 大端如 PowerPC 等），必须通过 htonl/htons/ntohl/ntohs 显式转换，否则对端解错。

§59.2；网络字节序 = 大端；函数名含义：host-to-network-long 等；常用于 sin_port/sin_addr 字段；同一字节序的机器上函数是 no-op。

跨架构数据表示 (Data Representation)

不同 C 数据类型在不同实现中长度不同（long 32/64 bit），结构体对齐差异导致填充字节不同；Marshalling 编码（XDR/ASN.1/CORBA/XML）解决异构互通；常见简化方案是 newline 分隔的纯文本协议（方便 telnet 调试）。

§59.3；TLPI 第 59 章示例程序把整数编码为 \n-结束字符串；Listing 59-1 readLine()；marshalling 标准：XDR (RFC 1014)、ASN.1-BER。

Internet 域地址结构

struct sockaddr_in（IPv4，含 sin_family/sin_port/sin_addr）；struct sockaddr_in6（IPv6，含 sin6_family/sin6_port/sin6_addr/sin6_flowinfo/sin6_scope_id）；struct sockaddr_storage 是大小足够通用的容器，避免 IPv4/IPv6 分支。

§59.4；定义于 <netinet/in.h>；IPv4 地址常量：INADDR_ANY、INADDR_LOOPBACK；IPv6 wildcard：in6addr_any；sockaddr_storage 大小通常 128 字节。

inet_pton/inet_ntop 转换

inet_pton (presentation → network) 将点分十进制/十六进制字符串转为二进制；inet_ntop 反向；支持 IPv4 和 IPv6；取代只能处理 IPv4 的 inet_aton/inet_ntoa（过时）。

§59.6；定义 <arpa/inet.h>；缓冲区大小常量：INET_ADDRSTRLEN=16、INET6_ADDRSTRLEN=46；返回值：1=成功、0=格式错、-1=err。

getaddrinfo / getnameinfo (协议无关)

getaddrinfo(host, service, hints, &result) 返回 addrinfo 链表（IPv4/IPv6 + stream/dgram）；hints.ai_flags 控制 AI_PASSIVE/AI_CANONNAME/AI_NUMERICHOST/AI_V4MAPPED/AI_ADDRCONFIG；getnameinfo 反向；附带 freeaddrinfo 释放、gai_strerror 错误转字符串。

§59.10；addrinfo 结构关键字段：ai_family/ai_socktype/ai_protocol/ai_addr/ai_addrlen/ai_canonname/ai_next；新代码必须用这两个函数，不用 gethostbyname。

DNS 与 /etc/services

DNS 是 hostname ↔ IP 的分布式层级数据库（根域名 → TLD → 二级域 → 子域）；客户端发递归请求至本地 DNS，后者做迭代查询；/etc/services 是本地静态文件，提供 service-name ↔ port 映射（IANA 集中注册 + 镜像分发）。

§59.8–59.9；DNS 查询：getaddrinfo 调用 resolver → 本地 DNS → 根 → TLD → …；/etc/services 格式：http 80/tcp；named(8) 是 BIND 实现；/etc/resolv.conf 控制域名补全规则。

二、详细笔记

59.1 Internet 域 socket 概览

What：Internet 域 socket 的两种语义——基于 TCP 的 SOCK_STREAM 提供可靠、双向字节流；基于 UDP 的 SOCK_DGRAM 提供无连接、可能丢失 / 乱序 / 重复的消息服务。

Why：理解 Internet 与 UNIX 域的差异——Internet 域 socket 地址由 (IP, port) 组成；UNIX 域由 (pathname) 组成；前者穿越主机边界，后者不。

How：

维度	Internet 域	UNIX 域
寻址	(IP, port)	pathname
通信域	跨主机	同主机
UDP 数据报可靠性	不可靠（可能丢失/乱序/重复）	UNIX 数据报可靠（基于本地 IPC）
UDP 满队列处理	静默丢弃	send 阻塞
流式 socket 协议	TCP（连接建立 + 可靠字节流）	本地字节流

维度

Internet 域

UNIX 域

寻址

(IP, port)

pathname

通信域

跨主机

同主机

UDP 数据报可靠性

不可靠（可能丢失/乱序/重复）

UNIX 数据报可靠（基于本地 IPC）

UDP 满队列处理

静默丢弃

send 阻塞

流式 socket 协议

TCP（连接建立 + 可靠字节流）

本地字节流

When：(1) 跨主机通信必须用 Internet 域；(2) 同主机且追求性能/可传 fd/凭证时可考虑 UNIX 域（第 57 章）。

Example：典型 Internet 域 UDP echo 的 server recvfrom 收到 (claddr, len) 后回送；客户端 sendto 到 (svaddr)。

59.2 网络字节序

What：所有跨网络传输的多字节整数（sin_port、sin_addr）必须使用统一的大端字节序（网络字节序）；x86 等小端主机需用 htonl/htons 转换。

Why：不同硬件在不同时代各自演化出不同的字节序——没有统一标准，跨平台协议就破环；TCP/IP RFC 793 选择大端作为标准，现代协议栈一律遵循。

How：

函数头文件语义

函数	头文件	语义
`htons(uint16_t)`	`<arpa/inet.h>`	host 16-bit → network 16-bit
`htonl(uint32_t)`	`<arpa/inet.h>`	host 32-bit → network 32-bit
`ntohs(uint16_t)`	`<arpa/inet.h>`	network 16-bit → host 16-bit
`ntohl(uint32_t)`	`<arpa/inet.h>`	network 32-bit → host 32-bit

htons(uint16_t)

<arpa/inet.h>

host 16-bit → network 16-bit

htonl(uint32_t)

<arpa/inet.h>

host 32-bit → network 32-bit

ntohs(uint16_t)

<arpa/inet.h>

network 16-bit → host 16-bit

ntohl(uint32_t)

<arpa/inet.h>

network 32-bit → host 32-bit

函数定义通常为宏，在主机已经是大端时返回原值；名字源于早期 16/32-bit 区分。uint16_t/uint32_t 严格对应 16/32 位无符号整数。

When：(1) 任何时候在 socket API 中把整数写入 sockaddr_in.sin_port / sin_addr；(2) 任何时候从这些字段读出整数在主机上做比较 / 数值运算。

Example：

// 摘自《The Linux Programming Interface》 第 59 章
#include <arpa/inet.h>

struct sockaddr_in svaddr;
memset(&svaddr, 0, sizeof(svaddr));
svaddr.sin_family = AF_INET;
svaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   /* host → network */
svaddr.sin_port   = htons(PORT_NUM);          /* host → network */

/* 读出时反向 */
uint16_t port = ntohs(claddr.sin_port);

59.3 数据表示与 marshalling

What：异构机器之间的二进制结构体不能直接 write/read，因为 C 实现可能在字节序、int/long 宽度、结构 padding 上各不相同；解决办法是「marshalling」——按某种标准格式编码所有数据项。

Why：一旦通讯双方机器架构 / 编译器 / 库版本不同，二进制直接交换会解错。即使本机暂同构，迁移到云端 / 跨平台时代码会失效。

How：两种策略：

完整 marshalling：XDR (RFC 1014)、ASN.1-BER、CORBA、XML；为每种数据类型定义固定字节表示 + 类型 tag。
简化方案（多数应用采用）：把数据编码成 \n-结束的文本（类似 HTTP 行分隔），可以用 telnet 手工调试。

TLPI 提供 readLine()（Listing 59-1）从流式 socket 一次读一行的工具：

// 摘自《The Linux Programming Interface》 第 59 章 Listing 59-1
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
ssize_t
readLine(int fd, void *buffer, size_t n)
{
    ssize_t numRead; size_t totRead; char *buf; char ch;
    if (n <= 0 || buffer == NULL) { errno = EINVAL; return -1; }
    buf = buffer; totRead = 0;
    for (;;) {
        numRead = read(fd, &ch, 1);
        if (numRead == -1) {
            if (errno == EINTR) continue;
            else return -1;
        } else if (numRead == 0) {
            if (totRead == 0) return 0;
            else break;
        } else {
            if (totRead < n - 1) { totRead++; *buf++ = ch; }
            if (ch == '\n') break;
        }
    }
    *buf = '\0';
    return totRead;
}

When：(1) 同种协议（同为 TCP）但运行在不同 arch 时——必须 marshall；(2) 大型 RPC / 中间件——用完整 XDR/ASN.1；(3) 简单文本协议——用 \n 分隔 + readLine。

Example：TLPI 的 is_seqnum_sv / is_seqnum_cl 把整数发给客户端用 snprintf("%d\n", seqNum)，接收用 readLine。

59.4 Internet socket 地址结构

What：IPv4 地址在 struct sockaddr_in（16 字节）：sin_family=AF_INET，sin_port，sin_addr.s_addr（32 位 in_addr_t），加上填充对齐到 sockaddr 大小。IPv6 在 struct sockaddr_in6：sin6_family=AF_INET6，sin6_port，sin6_addr (16 字节) + sin6_flowinfo + sin6_scope_id。

Why：协议栈需要统一的「地址结构体」字段视图；有了 sockaddr_storage，调用 bind/connect/accept 时无需知道对端是 v4 还是 v6——向上层 API 提供协议无关性。

How：

类型关键字段用法

类型	关键字段	用法
`in_addr` (IPv4)	`s_addr` (uint32)	用 `inet_pton` / `htonl(INADDR_ANY/INADDR_LOOPBACK)` 初始化
`in6_addr` (IPv6)	`s6_addr[16]`	wildcard 用 `in6addr_any`；loopback 用 `in6addr_loopback`
`sockaddr_in`	sin_family=AF_INET, sin_port, sin_addr	IPv4 bind/connect 参数
`sockaddr_in6`	sin6_family=AF_INET6, sin6_port, sin6_addr + flowinfo/scope_id	IPv6 bind/connect 参数
`sockaddr_storage`	足够大 (~128B)	透明存 v4/v6；用 `getnameinfo`/`accept` 时转 (sockaddr*)

in_addr (IPv4)

s_addr (uint32)

用 inet_pton / htonl(INADDR_ANY/INADDR_LOOPBACK) 初始化

in6_addr (IPv6)

s6_addr[16]

wildcard 用 in6addr_any；loopback 用 in6addr_loopback

sockaddr_in

sin_family=AF_INET, sin_port, sin_addr

IPv4 bind/connect 参数

sockaddr_in6

sin6_family=AF_INET6, sin6_port, sin6_addr + flowinfo/scope_id

IPv6 bind/connect 参数

sockaddr_storage

足够大 (~128B)

透明存 v4/v6；用 getnameinfo/accept 时转 (sockaddr*)

IPv4/v6 共享同一端口号空间——绑 IPv6 端口会占住 IPv4 同样端口（视具体内核行为）。

When：(1) 任何 bind/connect/sendto/accept 地址参数；(2) IPv4/IPv6 双栈代码首选 sockaddr_storage。

Example：

// 摘自《The Linux Programming Interface》 第 59 章
struct sockaddr_in6 svaddr;
memset(&svaddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in6));
svaddr.sin6_family = AF_INET6;
svaddr.sin6_addr = in6addr_any;                  /* wildcard */
svaddr.sin6_port = htons(SOME_PORT_NUM);
bind(sfd, (struct sockaddr *) &svaddr, sizeof(struct sockaddr_in6));

59.5–59.7 IP 地址转换与 datagram 客户端/服务器示例

What：inet_pton (presentation→network) 和 inet_ntop (network→presentation) 处理 v4/v6 的字符串 ↔ 二进制互转；TLPI 给出 IPv6 datagram echo 的完整示例（Listings 59-3 / 59-4）。

Why：人脑爱字符串、协议栈要整数；inet_ntop 比 getnameinfo 廉价（不查 DNS）且保证成功。

How：

函数返回失败场景

函数	返回	失败场景
`inet_pton(AF_INET6, "::1", &addr)`	1 成功 / 0 格式错 / -1 err	字符串无效
`inet_ntop(AF_INET, &addr, buf, len)`	buf / NULL	len 太小 → `ENOSPC`

inet_pton(AF_INET6, "::1", &addr)

1 成功 / 0 格式错 / -1 err

字符串无效

inet_ntop(AF_INET, &addr, buf, len)

buf / NULL

len 太小 → ENOSPC

缓冲区长度用 INET_ADDRSTRLEN=16 (v4) / INET6_ADDRSTRLEN=46 (v6)。

When：(1) 用户从 argv 传 IP 字符串 → inet_pton；(2) 日志/打印 IP → inet_ntop；(3) v6 数据报服务器日志客户端地址用 inet_ntop(AF_INET6, &claddr.sin6_addr, str, INET6_ADDRSTRLEN)。

Example：TLPI Listing 59-3 的 IPv6 datagram echo server 关键循环：

// 摘自《The Linux Programming Interface》 第 59 章 Listing 59-3
for (;;) {
    len = sizeof(struct sockaddr_in6);
    numBytes = recvfrom(sfd, buf, BUF_SIZE, 0,
                        (struct sockaddr *) &claddr, &len);
    inet_ntop(AF_INET6, &claddr.sin6_addr, claddrStr, INET6_ADDRSTRLEN);
    printf("Server received %ld bytes from (%s, %u)\n",
           (long) numBytes, claddrStr, ntohs(claddr.sin6_port));
    /* 大写转换后 sendto 回 client */
}

59.8–59.9 DNS 与 /etc/services

What：DNS 是 hostname ↔ IP 的分布式层级命名系统——根、TLD（com / org / country-code）、二级域、子域，每层由不同组织管理的 zone。/etc/services 是 service-name ↔ port 的本地静态表（IANA 集中注册）。

Why：若没有 DNS，中央管数百万 hostname 不可行；分布式 + zone 授权 + 缓存解决了扩展性。/etc/services 解决「服务名 → 端口号」的小规模映射，没必要走分布式协议。

How：

DNS 查询机制： . 客户端调用 getaddrinfo("www.kernel.org") → resolver 发 DNS 请求到本地 DNS server（/etc/resolv.conf 指定）。 . 本地 DNS 收到「递归」请求；若无缓存 → 走「迭代」查询：根 → TLD（org.）→ 二级（kernel.org.）→ 返回 A/AAAA 记录。 . 本地 DNS 缓存并返回客户端。

/etc/services 格式：

ssh             22/tcp
http            80/tcp
domain          53/udp          # 通常同名同端口，但少数反例（rsh 514/tcp vs syslog 514/udp）

注：IANA 政策约定一个服务如有 v4/v6 都分配相同端口号；存在极少反例。

When：(1) 程序接受 hostname —— getaddrinfo 会查 DNS；(2) 程序接受 service-name —— getaddrinfo 查 /etc/services；(3) 多接口 hostname 解析返回多地址，getaddrinfo 给链表。

Example：手动调试 DNS — dig . NS 列根服务器；dig www.kernel.org A 显式查询 A 记录。

59.10–59.12 协议无关的 getaddrinfo / getnameinfo 与 inet_sockets 库

What：getaddrinfo(host, service, hints, &result) 返回 addrinfo 链表，可同时覆盖 v4/v6 + stream/dgram。getaddrinfo 替代过时的 gethostbyname + getservbyname，是 IPv4/IPv6 通用的关键。getnameinfo 反向，freeaddrinfo 释放，gai_strerror 错误转字符串。

Why：不依赖 getaddrinfo 的代码就只能写两套分支处理 v4/v6；有了它 + sockaddr_storage，任何单一 for (rp = result; rp; rp = rp→ai_next) { … } 循环就足以处理多地址。

How：

addrinfo 结构：

字段含义

字段	含义
`ai_family`	AF_INET / AF_INET6
`ai_socktype`	SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM
`ai_protocol`	协议（一般传 0）
`ai_addr`, `ai_addrlen`	实际 socket 地址（sockaddr_in / sockaddr_in6）
`ai_canonname`	仅首个节点，可选填充主名（需 AI_CANONNAME）
`ai_next`	链表下一个

ai_family

AF_INET / AF_INET6

ai_socktype

SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM

ai_protocol

协议（一般传 0）

ai_addr, ai_addrlen

实际 socket 地址（sockaddr_in / sockaddr_in6）

ai_canonname

仅首个节点，可选填充主名（需 AI_CANONNAME）

ai_next

链表下一个

hints.ai_flags 关键值：

Flag 作用

Flag	作用
AI_PASSIVE	host=NULL 时返回 wildcard；用于 server bind
AI_CANONNAME	首个节点 ai_canonname 指向主名
AI_NUMERICHOST	host 必须为数字串；阻止 DNS 查询
AI_NUMERICSERV	service 为数字端口号；不查 /etc/services
AI_V4MAPPED	AF_INET6 无 v6 时返回 v4-mapped v6
AI_ADDRCONFIG	只返回本机有配置的协议栈
`host=NULL, !AI_PASSIVE`	默认返回 loopback
`service=NULL`	端口填 0

AI_PASSIVE

host=NULL 时返回 wildcard；用于 server bind

AI_CANONNAME

首个节点 ai_canonname 指向主名

AI_NUMERICHOST

host 必须为数字串；阻止 DNS 查询

AI_NUMERICSERV

service 为数字端口号；不查 /etc/services

AI_V4MAPPED

AF_INET6 无 v6 时返回 v4-mapped v6

AI_ADDRCONFIG

只返回本机有配置的协议栈

host=NULL, !AI_PASSIVE

默认返回 loopback

service=NULL

端口填 0

gai_strerror() 处理的错误码：EAI_AGAIN / EAI_BADFLAGS / EAI_FAIL / EAI_FAMILY / EAI_MEMORY / EAI_NONAME / EAI_OVERFLOW / EAI_SERVICE / EAI_SOCKTYPE / EAI_SYSTEM。

TLPI Listing 59-8 给出封装库 inet_sockets.c：

函数用途实现提示

函数	用途	实现提示
`inetConnect(host, service, type)`	client connect；返回 fd	遍历 result 调用 socket+connect
`inetListen(service, backlog, addrlen)`	TCP server bind+listen	通过 inetPassiveSocket(…, doListen=TRUE)
`inetBind(service, type, addrlen)`	UDP server/client bind	inetPassiveSocket(…, doListen=FALSE)
`inetAddressStr(addr, addrlen, str, len)`	sockaddr → "(host, port)" 字符串	内部调 getnameinfo

inetConnect(host, service, type)

client connect；返回 fd

遍历 result 调用 socket+connect

inetListen(service, backlog, addrlen)

TCP server bind+listen

通过 inetPassiveSocket(…, doListen=TRUE)

inetBind(service, type, addrlen)

UDP server/client bind

inetPassiveSocket(…, doListen=FALSE)

inetAddressStr(addr, addrlen, str, len)

sockaddr → "(host, port)" 字符串

内部调 getnameinfo

When：(1) 写新代码——必须用 getaddrinfo/getnameinfo；(2) 想要 IPv4/IPv6 双栈透明——hints.ai_family = AF_UNSPEC + 遍历链表；(3) 想要 faster startup——AI_NUMERICHOST 跳过 DNS；(4) 想要 IP-only 日志——NI_NUMERICHOST 跳过反向。

Example：TLPI Listing 59-6 顺序服务器关键片段：

// 摘自《The Linux Programming Interface》 第 59 章 Listing 59-6
memset(&hints, 0, sizeof(struct addrinfo));
hints.ai_family   = AF_UNSPEC;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
hints.ai_flags    = AI_PASSIVE | AI_NUMERICSERV;

if (getaddrinfo(NULL, PORT_NUM, &hints, &result) != 0)
    errExit("getaddrinfo");

for (rp = result; rp != NULL; rp = rp->ai_next) {
    lfd = socket(rp->ai_family, rp->ai_socktype, rp->ai_protocol);
    if (lfd == -1) continue;
    if (setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval,
                   sizeof(optval)) == -1)
        errExit("setsockopt");
    if (bind(lfd, rp->ai_addr, rp->ai_addrlen) == 0)
        break;                 /* success */
    close(lfd);
}
listen(lfd, BACKLOG);

59.13 过时的 API 与 UNIX vs Internet 域选择

What：inet_aton/inet_ntoa、gethostbyname/gethostbyaddr、getservbyname/getservbyport 是被 SUSv4 移除的过时函数，用法上局限于 IPv4（inet_aton）或非线程安全（全部共享静态返回指针）。同主机应用程序可以在 UNIX 域与 Internet 域之间二选一。

Why：过时函数不可重入、IPv4-only；理解它们只是因为会在历史代码中碰到。新代码必须迁移至 inet_pton/ntop 和 getaddrinfo/nameinfo。

How：

过时函数替代备注

过时函数	替代	备注
`inet_aton(addr_str, &in)`	`inet_pton(AF_INET, …, &in)`	仅 IPv4
`inet_ntoa(in)`	`inet_ntop(AF_INET, &in, buf, len)`	返回静态指针，多线程不安全
`gethostbyname(name)`	`getaddrinfo(…)`	不支持 v6、不可重入
`gethostbyaddr(…)`	`getnameinfo(…)`	同上
`getservbyname(…)`	`getaddrinfo(…)`	同上
`getservbyport(…)`	`getnameinfo(…)`	同上

inet_aton(addr_str, &in)

inet_pton(AF_INET, …, &in)

仅 IPv4

inet_ntoa(in)

inet_ntop(AF_INET, &in, buf, len)

返回静态指针，多线程不安全

gethostbyname(name)

getaddrinfo(…)

不支持 v6、不可重入

gethostbyaddr(…)

getnameinfo(…)

同上

getservbyname(…)

getaddrinfo(…)

同上

getservbyport(…)

getnameinfo(…)

同上

UNIX vs Internet 同主机选择：

UNIX 域性能更好（无协议栈 / 中断 / 拷贝开销）。
UNIX 域可用文件系统权限鉴权（sticky bit、owner/group）。
UNIX 域支持 fd passing 与 sender credentials（第 61 章）。
Internet 域可同时在同机 + 跨主机工作，无需修改。

When：(1) 同主机 IPC + 需要传 fd 或凭证 → UNIX 域；(2) 潜在迁移到多主机 → Internet 域；(3) 兜底——同机用 UNIX 域前先评估两套 API 维护成本。

Example：TLPI 给出 UNIX 域服务器 / 客户端（us_xfr_sv/cl）和 Internet 域版本（is_seqnum_sv/cl）；练习 59-3 写 UNIX 域版本的 inet_sockets 库。

三、关键图表

关键系统调用 / 库函数

函数头文件用途

htonl/htons/ntohl/ntohs

<arpa/inet.h>

字节序转换

inet_pton/inet_ntop

<arpa/inet.h>

IP 地址字符串 ↔ 二进制

getaddrinfo

<sys/socket.h>, <netdb.h>

主机名 + 服务名 → socket 地址

getnameinfo

同上

socket 地址 → 主机名 + 服务名

freeaddrinfo

同上

释放 addrinfo 链表

gai_strerror

<netdb.h>

EAI_* 错误码 → 字符串

readLine (TLPI)

自定义

fd 上一行一读（含 EINTR 重启）

inetListen/Bind/Connect/AddressStr

<inet_sockets.h>

TLPI 协议无关封装库

关键常量与结构体

名称

值 / 字段

出现位置

INADDR_ANY

0.0.0.0（wildcard）

sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY)

INADDR_LOOPBACK

127.0.0.1（loopback）

同上

in6addr_any

::（v6 wildcard）

sin6_addr = in6addr_any

in6addr_loopback

::1

同上

INET_ADDRSTRLEN

inet_ntop v4 buf 大小

INET6_ADDRSTRLEN

inet_ntop v6 buf 大小

NI_MAXHOST

1025

getnameinfo host buf 大小（需 _BSD_SOURCE 等）

NI_MAXSERV

getnameinfo service buf 大小

SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM

socket 类型

hints.ai_socktype

AF_INET / AF_INET6 / AF_UNSPEC

地址族

hints.ai_family

四、思维导图

mindmap
  root((第 59 章 Internet 域))
    字节序
      大端网络序
      htonl htons
      ntohl ntohs
      跨架构兼容
    数据表示
      C long 宽度差异
      Marshalling XDR
      文本分隔协议
      telnet 调试
    地址结构
      sockaddr_in IPv4
      sockaddr_in6 IPv6
      sockaddr_storage
      INADDR_ANY LOOPBACK
      in6addr_any
    IP 字符串转换
      inet_pton
      inet_ntop
      INET_ADDRSTRLEN
      取代 inet_aton ntoa
    协议无关解析
      getaddrinfo
      getnameinfo
      addrinfo hints
      AI_PASSIVE NUMERIC
      inet_sockets 库
    DNS / services
      分布式层级
      递归迭代查询
      缓存加速
      etc services 静态

五、重点与易错点

「网络字节序 = 大端」是铁律——sin_port/sin_addr 永远要 htons/htonl；忘记转换会在小端机器上误读对端数据。
永远 memset 全零再填字段——sockaddr_in6 还有 sin6_flowinfo、sin6_scope_id 两个字段虽常设 0，但混用 v4/v6 结构时容易留下脏数据。
IPv6 wildcard vs loopback 用变量不用宏——IN6ADDR_ANY_INIT 是 initializer（只能用于声明），赋值语句必须用 in6addr_any；loopback 同理。
新代码只用 getaddrinfo，禁用 gethostbyname——后者是非线程安全、IPv4-only 的过时函数，SUSv4 已删除。新代码中应集中精力学会 hints.ai_flags 的用法。
getaddrinfo(NULL, …) vs getaddrinfo(NULL, …, AI_PASSIVE, …)——前者默认给 loopback（适合 client），后者给 wildcard（适合 server bind）。
AI_NUMERICHOST 阻止 DNS 查询——argv 直接传 IP 字符串的场景用它，能省去 DNS 解析时间。
traverse ai_next 链表必须 free——freeaddrinfo(&result) 释放整条链；中间要复制地址需先 memcpy 再释放。
EAI_ 错误用 gai_strerror 不能 perror/strerror*——它返回的是 int 错误码（如 EAI_AGAIN），不是 errno；EAI_SYSTEM 才是「看 errno」。
/etc/services 不是保留机制——文件中的端口号随时可能被占用；要让别人知道你的端口，去 IANA 注册而不是写文件。
同主机可选 UNIX 域——性能更好、可传 fd 可鉴权；但代码库多一份维护代价；可仿照练习 59-3 写 UNIX 版 inet_sockets 库。
端口 0 让内核分配 ephemeral——bind 后通过 getsockname 取实际端口；常用于 client 端，让内核选可用 ephemeral。
IPv4-mapped IPv6 地址 ::ffff:a.b.c.d——双栈环境 v4 客户端可走 v6 server（若开启）；AI_V4MAPPED 控制 getaddrinfo 是否返回这种地址。
telnet 调试协议应用——把数据传输做成 \n-分隔文本，应用启动后 telnet host port 可手动测试，远胜 ad-hoc 客户端。
inet_sockets 库是 TLPI 的精华——实际生产中通常会沉淀这种封装；不要在每个程序里都重复 for (rp = result; …) 模板代码。
跨章衔接：第 60 章 Sockets: Server Design 演示这套 API 在迭代 / 并发服务器中的真实用法；第 61 章深入 TCP 状态机、shutdown()、SO_REUSEADDR 与 OOB 数据；第 56-58 章铺垫 generic socket 与 TCP/IP；第 62 章起转向终端 / 备选 I/O 模型。