获得Unix/Linux系统中的IP、MAC地址等信息

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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
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.  
12. struct ifreq
13. {
14. # define IFHWADDRLEN    6
15. # define IFNAMSIZ   IF_NAMESIZE
16.    
17.     union
18.     {
19.         char ifrn_name[IFNAMSIZ];   /* Interface name, e.g. "en0".  */
20.     } ifr_ifrn;
21.    
22.     union
23.     {
24.         struct sockaddr ifru_addr;
25.         struct sockaddr ifru_dstaddr;
26.         struct sockaddr ifru_broadaddr;
27.         struct sockaddr ifru_netmask;
28.         struct sockaddr ifru_hwaddr;
29.         short int ifru_flags;
30.         int ifru_ivalue;
31.         int ifru_mtu;
32.         struct ifmap ifru_map;
33.         char ifru_slave[IFNAMSIZ];  /* Just fits the size */
34.         char ifru_newname[IFNAMSIZ];
35.         __caddr_t ifru_data;
36.     } ifr_ifru;
37. };

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

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. struct ifconf ifc;  /* ifconf结构 */
2. struct ifreq ifrs[16];  /* ifreq结构数组(这里估计了接口的最大数量16) */
3.  
4. /* 初始化ifconf结构 */
5. ifc.ifc_len = sizeof(ifrs);
6. ifc.ifc_buf = (caddr_t) ifrs;
7.  
8. /* 获得接口列表 */
9. 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：

1. printf("接口名称：%s\n", ifrs[n].ifr_name); /* 接口名称 */
2.  
3. /* 获得IP地址 */
4. ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &ifrs[n]);
5. printf("IP地址:%s\n",
6.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
7.  
8. /* 获得子网掩码 */
9. ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &ifrs[n]);
10. printf("子网掩码:%s\n",
11.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
12.  
13. /* 获得广播地址 */
14. ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &ifrs[n]);
15. printf("广播地址:%s\n",
16.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
17.  
18. /* 获得MAC地址 */
19. ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &ifrs[n]);
20. printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",
21.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[0],
22.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[1],
23.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[2],
24.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[3],
25.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[4],
26.     (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
2. #include
3. #include
4. #include
5. #include
6. #include
7. #include
8. #include
9.  
10. #define MAXINTERFACES 16    /* 最大接口数 */
11.  
12. int fd;         /* 套接字 */
13. int if_len;     /* 接口数量 */
14. struct ifreq buf[MAXINTERFACES];    /* ifreq结构数组 */
15. struct ifconf ifc;                  /* ifconf结构 */
16.  
17. int main(argc, argv)
18. {
19.     /* 建立IPv4的UDP套接字fd */
20.     if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
21.     {
22.         perror("socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)");
23.         return -1;
24.     }
25.  
26.     /* 初始化ifconf结构 */
27.     ifc.ifc_len = sizeof(buf);
28.     ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;
29.  
30.     /* 获得接口列表 */
31.     if (ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc) == -1)
32.     {
33.         perror("SIOCGIFCONF ioctl");
34.         return -1;
35.     }
36.  
37.     if_len = ifc.ifc_len / sizeof(struct ifreq); /* 接口数量 */
38.     printf("接口数量:%d\n\n", if_len);
39.  
40.     while (if_len– > 0) /* 遍历每个接口 */
41.     {
42.         printf("接口：%s\n", buf[if_len].ifr_name); /* 接口名称 */
43.  
44.         /* 获得接口标志 */
45.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char *) &buf[if_len])))
46.         {
47.             /* 接口状态 */
48.             if (buf[if_len].ifr_flags & IFF_UP)
49.             {
50.                 printf("接口状态: UP\n");
51.             }
52.             else
53.             {
54.                 printf("接口状态: DOWN\n");
55.             }
56.         }
57.         else
58.         {
59.             char str[256];
60.             sprintf(str, "SIOCGIFFLAGS ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
61.             perror(str);
62.         }
63.  
64.  
65.         /* IP地址 */
66.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &buf[if_len])))
67.         {
68.             printf("IP地址:%s\n",
69.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
70.         }
71.         else
72.         {
73.             char str[256];
74.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
75.             perror(str);
76.         }
77.  
78.         /* 子网掩码 */
79.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &buf[if_len])))
80.         {
81.             printf("子网掩码:%s\n",
82.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
83.         }
84.         else
85.         {
86.             char str[256];
87.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
88.             perror(str);
89.         }
90.  
91.         /* 广播地址 */
92.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &buf[if_len])))
93.         {
94.             printf("广播地址:%s\n",
95.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
96.         }
97.         else
98.         {
99.             char str[256];
100.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
101.             perror(str);
102.         }
103.  
104.         /*MAC地址 */
105.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &buf[if_len])))
106.         {
107.             printf("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n\n",
108.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[0],
109.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[1],
110.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[2],
111.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[3],
112.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[4],
113.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[5]);
114.         }
115.         else
116.         {
117.             char str[256];
118.             sprintf(str, "SIOCGIFHWADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
119.             perror(str);
120.         }
121.     }//–while end
122.  
123.     //关闭socket
124.     close(fd);
125.     return 0;
126. }

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（单网卡绑定多个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

自己的程序：

/* indent -npro -bad -bap -bli0 -kr -i4 -ts4 -sob -l80 -ss -cs */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <net/if.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define MAXINTERFACES 16

int main(argc, argv)
register int argc;
register char *argv[];
{
    int fd, intrface, retn = 0;
    struct ifreq buf[MAXINTERFACES];
    struct ifconf ifc;

    if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {
        perror("socket error");
        return -1;
    }

    ifc.ifc_len = sizeof buf;
    ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;
    if (!ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc)) {
        intrface = ifc.ifc_len / sizeof(struct ifreq);
        printf("interface num is: %d\n\n", intrface);
        while (intrface-- > 0) {
            printf("net device %s\n", buf[intrface].ifr_name);

            /*
             * Jugde whether the net card status is promisc
             */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char *) &buf[intrface]))) {
                if (buf[intrface].ifr_flags & IFF_PROMISC) {
                    puts("the interface is PROMISC");
                    retn++;
                }
            } else {
                char str[256];

                sprintf(str, "ioctl SIOCGIFFLAGS %s", buf[intrface].ifr_name);
                perror(str);
            }

            /*
             * Jugde whether the net card status is up
             */
            if (buf[intrface].ifr_flags & IFF_UP) {
                puts("the interface status is UP");
            } else {
                puts("the interface status is DOWN");
            }

            /*
             * Get IP of the net card
             */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &buf[intrface]))) {
              fputs("IP address is:", stdout);
              puts(inet_ntoa
                   (((struct sockaddr_in
                      *) (&buf[intrface].ifr_addr))->sin_addr));
            } else {
                char str[256];

                sprintf(str, "ioctl SIOCGIFADDR %s", buf[intrface].ifr_name);
                perror(str);
            }

            /*
             * Get netmask of the net card
             */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &buf[intrface]))) {
                fputs("netmask is:", stdout);
                puts(inet_ntoa
                     (((struct sockaddr_in
                        *) (&buf[intrface].ifr_addr))->sin_addr));
            } else {
                char str[256];

                sprintf(str, "ioctl SIOCGIFNETMASK %s", buf[intrface].ifr_name);
                perror(str);
            }

            /*
             * Get broadcast of the net card
             */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &buf[intrface]))) {
                fputs("broadcast is:", stdout);
                puts(inet_ntoa
                     (((struct sockaddr_in
                        *) (&buf[intrface].ifr_addr))->sin_addr));
            } else {
                char str[256];

                sprintf(str, "ioctl SIOCGIFBRDADDR %s", buf[intrface].ifr_name);
                perror(str);
            }
            /*
             * Get HW ADDRESS of the net card
             */
            if (!(ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &buf[intrface]))) {
                fputs("HW address is:", stdout);

                printf
                    ("%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",
                     (unsigned char) buf[intrface].ifr_hwaddr.sa_data[0],
                     (unsigned char) buf[intrface].ifr_hwaddr.sa_data[1],
                     (unsigned char) buf[intrface].ifr_hwaddr.sa_data[2],
                     (unsigned char) buf[intrface].ifr_hwaddr.sa_data[3],
                     (unsigned char) buf[intrface].ifr_hwaddr.sa_data[4],
                     (unsigned char) buf[intrface].ifr_hwaddr.sa_data[5]);

                puts("");
                puts("");
            } else {
                char str[256];

                sprintf(str, "ioctl SIOCGIFHWADDR %s", buf[intrface].ifr_name);
                perror(str);
            }
        }
    } else
        perror("ioctl SIOCGIFCONF");


    close(fd);
    return retn;
}