获得Linux系统中的IP、MAC地址等信息

http://www.360doc.com/content/12/1009/14/7534118_240436682.shtml


实际环境和特殊需求往往会将简单问题复杂化，比如计算机IP地址，对于一个连接中socket，可以直接获得本端和对端的IP、端口信息。但在一些特殊场合我们可能需要更多的信息，比如系统中有几块网卡，他们的Mac地址是多少，每块网卡分配了几个IP（一个网卡对应多个IP）等等。


这些信息往往需要通过ifconfig指令来获得，对于程序员来说，在代码中调用外部的shell指令可不是个最佳方案，因为没人能保障不同平台、不同版本的ifconfig指令输出的格式是一致的。本篇文章中将介绍通过ioctl函数实现上述需求。


    #include <sys/ioctl.h>
    int ioctl(int fd, int request, … /* void *arg */);
    返回：成功返回0，失败返回-1


ioctl函数的参数只有3个，但却是Unix中少有的几个“家族类”复杂函数，这里摘录一段《Unix网络编程》一书中对ioctl函数的描述：


    在传统上ioctl函数是用于那些普遍使用、但不适合归入其他类别的任何特殊的系统接口……网络程序（一般是服务器程序）中ioctl常用于在程序启动时获得主机上所有接口的信息：接口的地址、接口是否支持广播、是否支持多播，等等。


ioctl函数的第一个参数fd，可以表示一个打开的文件（文件句柄）或网络套接字，第二个和第三个参数体现了函数的家族特色，参数二request根据函数功能分类定义了多组宏，而参数三总是一个指针，指针的类型依赖于参数二request。因为ioctl的种类实在太多，这里只列出和本文相关的几个参数定义：
分类 参数二（宏） 参数三描述
接口 SIOCGIFCONF struct ifconf 获得所有接口列表
  SIOCGIFADDR struct ifreq 获得接口地址
  SIOCGIFFLAGS struct ifreq 获得接口标志
  SIOCGIFBRDADDR struct ifreq 获得广播地址
  SIOCGIFNETMASK struct ifreq 获得子网掩码




上表中列出了两个相关的结构体：struct ifconf 和 struct ifreq，要了解ioctl函数的具体运用，首先要了解这两个结构：


    /* net/if.h */
    struct ifconf
    {
        int ifc_len;            /* Size of buffer.  */
        union
        {
            __caddr_t ifcu_buf;
            struct ifreq *ifcu_req;
        } ifc_ifcu;
    };
     
    struct ifreq
    {
    # define IFHWADDRLEN    6
    # define IFNAMSIZ   IF_NAMESIZE
       
        union
        {
            char ifrn_name[IFNAMSIZ];   /* Interface name, e.g. "en0".  */
        } ifr_ifrn;
       
        union
        {
            struct sockaddr ifru_addr;
            struct sockaddr ifru_dstaddr;
            struct sockaddr ifru_broadaddr;
            struct sockaddr ifru_netmask;
            struct sockaddr ifru_hwaddr;
            short int ifru_flags;
            int ifru_ivalue;
            int ifru_mtu;
            struct ifmap ifru_map;
            char ifru_slave[IFNAMSIZ];  /* Just fits the size */
            char ifru_newname[IFNAMSIZ];
            __caddr_t ifru_data;
        } ifr_ifru;
    };


struct ifconf的第二个元素ifc_ifcu是一个联合，是指向struct ifreq结构的地址，通常是一组struct ifreq结构空间（每一个描述一个接口），struct ifconf的第一个元素ifc_len描述了struct ifreq结构空间的大小；结构struct ifreq也有两个元素，第一个元素ifr_ifrn内含一个字符串，用来描述接口的名称，比如“eth0″、”wlan0”等，第二个元素是联合，比较复杂，用来描述套接口的地址结构。


struct ifconf 和 struct ifreq的关系可以参考下图：
ioctl函数中的struct ifconf 和 struct ifreq结构关系


ioctl函数中的struct ifconf 和 struct ifreq结构关系


通常运用ioctl函数的第一步是从内核获取系统的所有接口，然后再针对每个接口获取其地址信息。获取所有接口通过SIOCGIFCONF请求来实现：


    struct ifconf ifc;  /* ifconf结构 */
    struct ifreq ifrs[16];  /* ifreq结构数组(这里估计了接口的最大数量16) */
     
    /* 初始化ifconf结构 */
    ifc.ifc_len = sizeof(ifrs);
    ifc.ifc_buf = (caddr_t) ifrs;
     
    /* 获得接口列表 */
    ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc);


获得了接口列表，就可以通过struct ifconf结构中*ifcu_req的指针得到struct ifreq结构数组的地址，通过遍历获得每隔接口的详细地址信息：


    printf("接口名称：%s\n", ifrs[n].ifr_name); /* 接口名称 */
     
    /* 获得IP地址 */
    ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &ifrs[n]);
    printf("IP地址:%s\n",
        (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
     
    /* 获得子网掩码 */
    ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &ifrs[n]);
    printf("子网掩码:%s\n",
        (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
     
    /* 获得广播地址 */
    ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &ifrs[n]);
    printf("广播地址:%s\n",
        (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
     
    /* 获得MAC地址 */
    ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &ifrs[n]);
    printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",
        (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[0],
        (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[1],
        (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[2],
        (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[3],
        (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[4],
        (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[5]);


最后，给出一个参考程序代码。


    ioctl函数没有纳入POXIS规范，各系统对ioctl的实现也不尽相同，下面的代码在我的Ubuntu10.04 linux上可执行通过，但在其他Unix系统上不一定能够通过编译，例如在Power AIX 5.3上需要将获得MAC地址的那段代码注释掉。


    #include <arpa/inet.h>
    #include <net/if.h>
    #include <net/if_arp.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <stdio.h>
    #include <sys/ioctl.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <unistd.h>
     
    #define MAXINTERFACES 16    /* 最大接口数 */
     
    int fd;         /* 套接字 */
    int if_len;     /* 接口数量 */
    struct ifreq buf[MAXINTERFACES];    /* ifreq结构数组 */
    struct ifconf ifc;                  /* ifconf结构 */
     
    int main(argc, argv)
    {
        /* 建立IPv4的UDP套接字fd */
        if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
        {
            perror("socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)");
            return -1;
        }
     
        /* 初始化ifconf结构 */
        ifc.ifc_len = sizeof(buf);
        ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;
     
        /* 获得接口列表 */
        if (ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc) == -1)
        {
            perror("SIOCGIFCONF ioctl");
            return -1;
        }
     
        if_len = ifc.ifc_len / sizeof(struct ifreq); /* 接口数量 */
        printf("接口数量:%d\n\n", if_len);
     
        while (if_len– > 0) /* 遍历每个接口 */
        {
            printf("接口：%s\n", buf[if_len].ifr_name); /* 接口名称 */
     
            /* 获得接口标志 */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char *) &buf[if_len])))
            {
                /* 接口状态 */
                if (buf[if_len].ifr_flags & IFF_UP)
                {
                    printf("接口状态: UP\n");
                }
                else
                {
                    printf("接口状态: DOWN\n");
                }
            }
            else
            {
                char str[256];
                sprintf(str, "SIOCGIFFLAGS ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
                perror(str);
            }
     
     
            /* IP地址 */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &buf[if_len])))
            {
                printf("IP地址:%s\n",
                        (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
            }
            else
            {
                char str[256];
                sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
                perror(str);
            }
     
            /* 子网掩码 */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &buf[if_len])))
            {
                printf("子网掩码:%s\n",
                        (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
            }
            else
            {
                char str[256];
                sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
                perror(str);
            }
     
            /* 广播地址 */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &buf[if_len])))
            {
                printf("广播地址:%s\n",
                        (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
            }
            else
            {
                char str[256];
                sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
                perror(str);
            }
     
            /*MAC地址 */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &buf[if_len])))
            {
                printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n\n",
                        (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[0],
                        (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[1],
                        (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[2],
                        (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[3],
                        (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[4],
                        (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[5]);
            }
            else
            {
                char str[256];
                sprintf(str, "SIOCGIFHWADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
                perror(str);
            }
        }//–while end
     
        //关闭socket
        close(fd);
        return 0;
    }


在我的系统上，程序输出：


    接口数量:4


    接口：wlan0
    接口状态: UP
    IP地址:192.168.1.142
    子网掩码:255.255.255.0
    广播地址:192.168.1.255
    MAC地址:00:14:a5:65:47:57


    接口：eth0:0
    接口状态: UP
    IP地址:192.168.4.113
    子网掩码:255.255.255.0
    广播地址:192.168.4.255
    MAC地址:00:14:c2:e5:45:57


    接口：eth0
    接口状态: UP
    IP地址:192.168.4.111
    子网掩码:255.255.255.0
    广播地址:192.168.4.255
    MAC地址:00:14:c2:e5:45:57


    接口：lo
    接口状态: UP
    IP地址:127.0.0.1
    子网掩码:255.0.0.0
    广播地址:0.0.0.0
    MAC地址:00:00:00:00:00:00


从输出可以看出，系统有4个接口，”wlan0″表示第一块无线网卡接口，”eth0″（IP地址:192.168.4.111）表示第一块连线网卡接口（我们最长用的RJ45连接口网卡），”lo”是回路地址接口（我们常用的127.0.0.1）。


注意：”eth0:0″（IP地址:192.168.4.113）是有线网卡的别名******网卡绑定多个IP），这是为了测试这个参考程序特意在eth0上添加的一个IP地址。