获得Unix/Linux系统中的IP、MAC地址等信息

2022-10-11 08:27:23

获得Unix/Linux系统中的IP、MAC地址等信息

中高级  |  2010-07-13 16:03  |  分类：①C语言、 Unix/Linux、 网络编程 ②手册  |  4,471 次阅读

作者：diaoyf  |  文章来源：http://programmerdigest.cn

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：

  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：

获得Unix/Linux系统中的IP、MAC地址等信息

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：

  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. };

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：

  1. printf("接口名称：%s\n", ifrs[n].ifr_name); /* 接口名称 */
  2. /* 获得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. /* 获得子网掩码 */
  7. ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &ifrs[n]);
  8. printf("子网掩码:%s\n",
  9. (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  10. /* 获得广播地址 */
  11. ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &ifrs[n]);
  12. printf("广播地址:%s\n",
  13. (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  14. /* 获得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。

  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    /* 最大接口数 */
  10. int fd;         /* 套接字 */
  11. int if_len;     /* 接口数量 */
  12. struct ifreq buf[MAXINTERFACES];    /* ifreq结构数组 */
  13. struct ifconf ifc;                  /* ifconf结构 */
  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结构 */
  23. ifc.ifc_len = sizeof(buf);
  24. ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;
  25. /* 获得接口列表 */
  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); /* 接口数量 */
  32. printf("接口数量:%d\n\n", if_len);
  33. while (if_len– > 0) /* 遍历每个接口 */
  34. {
  35. printf("接口：%s\n", buf[if_len].ifr_name); /* 接口名称 */
  36. /* 获得接口标志 */
  37. if (!(ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char *) &buf[if_len])))
  38. {
  39. /* 接口状态 */
  40. if (buf[if_len].ifr_flags & IFF_UP)
  41. {
  42. printf("接口状态: UP\n");
  43. }
  44. else
  45. {
  46. printf("接口状态: 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. /* 子网掩码 */
  68. if (!(ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &buf[if_len])))
  69. {
  70. printf("子网掩码:%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. /* 广播地址 */
  80. if (!(ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &buf[if_len])))
  81. {
  82. printf("广播地址:%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. //关闭socket
  110. close(fd);
  111. return 0;
  112. }

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。

参考资料：《Unix网络编程》第16章 ioctl操作

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