2020年03月11日 | STM32开发笔记70: 传递参数对套接字地址进行强制类型转换

单片机型号：STM32F407VGT6

在进行IPV6的UDP设计时，偶然发现一个问题，就是大部分套接字函数都需对地址进行强制转换，先看一下程序：

这是bind函数：

bind(sockIPV6, (struct sockaddr*)&sockAddr, sizeof(sockAddr))

这是recvfrom函数：

recvfrom(sockIPV6, UdpBuffer, 100, 0, (struct sockaddr*)&sockAddr, &slen)

这是sendto函数：

sendto(sockIPV6, UdpBuffer, len, 0, (const struct sockaddr*)&sockAddr, sizeof(sockAddr))

无一例外，这些函数在处理sockAddr之前都进行了强制数据类型转换，将其转换为sockaddr。

这个问题，在进行IPV4设计时，稀里糊涂的就过去了，没有深究过，今天在写IPV6时，疑惑就比较大了。

在IPV6中，sockAddr定义的数据类型是sockaddr_in6，在IPV4中定义的数据类型是sockaddr_in，为何能转换成同一数据类型呢？仔细分析后，发现里面有很大的玄机。

sockaddr_in的定义：

struct sockaddr_in {

  u8_t            sin_len;

  sa_family_t     sin_family;

  in_port_t       sin_port;

  struct in_addr  sin_addr;

#define SIN_ZERO_LEN 8

  char            sin_zero[SIN_ZERO_LEN];

};

sin_len：1字节，指明结构体有用数据的长度

sin_family：1字节，表示结构体的Family类型，指明是IPV4，还是IPV6

sin_port：2字节，端口号

sin_addr：4字节，IP地址

sin_zero：8字节，占位用

合计：16字节

sockaddr_in6的定义：

struct sockaddr_in6 {

  u8_t            sin6_len;      /* length of this structure    */

  sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6                    */

  in_port_t       sin6_port;     /* Transport layer port #      */

  u32_t           sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information       */

  struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address                */

  u32_t           sin6_scope_id; /* Set of interfaces for scope */

}

sin6_len：1字节，指明结构体有用数据的长度

sin6_family：1字节，表示结构体的Family类型，指明是IPV4，还是IPV6

sin6_port：2字节，端口号

sin6_flowinfo：4字节，包含IPV6报头中的通信流类别字段和流标签字段

sin6_addr：16字节，IPV6地址

sin6_scope_id：4字节，包含了范围ID，它用于标识一系列的接口，这些接口与地址字段中的地址相对应

合计：28字节

sockaddr的定义：

struct sockaddr {

  u8_t        sa_len;

  sa_family_t sa_family;

  char        sa_data[14];

};

sin_len：1字节，指明结构体有用数据的长度

sin_family：1字节，表示结构体的Family类型，指明是IPV4，还是IPV6

sa_data：14字节，占位用

合计：16字节

将sockaddr_in和sockaddr_in6转换为sockaddr是为保证代码的统一性，这样做后，socket中函数就可以采用统一的格式进行调用。

LwIP在进行初始设计时，本身不支持IPV6，所以将sockaddr_in和sockaddr定义为相同的长度。

在windows操作系统中，这3个结构体定义的长度是一致的的，都是28字节。

如果，这样问题又来了，在LwIP中sockaddr_in6和sockaddr长度不一致，是如何完成转换的呢？

我们那一个socket函数进行分析就好，例如我们选择bind函数，其内部定义如下：

int

lwip_bind(int s, const struct sockaddr *name, socklen_t namelen)

{

  struct lwip_sock *sock;

  ip_addr_t local_addr;

  u16_t local_port;

  err_t err;

  sock = get_socket(s);

  if (!sock) {

    return -1;

  }

  if (!SOCK_ADDR_TYPE_MATCH(name, sock)) {

    /* sockaddr does not match socket type (IPv4/IPv6) */

    sock_set_errno(sock, err_to_errno(ERR_VAL));

    return -1;

  }

  /* check size, family and alignment of 'name' */

  LWIP_ERROR("lwip_bind: invalid address", (IS_SOCK_ADDR_LEN_VALID(namelen) &&

             IS_SOCK_ADDR_TYPE_VALID(name) && IS_SOCK_ADDR_ALIGNED(name)),

             sock_set_errno(sock, err_to_errno(ERR_ARG)); return -1;);

  LWIP_UNUSED_ARG(namelen);

  SOCKADDR_TO_IPADDR_PORT(name, &local_addr, local_port);

  LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("lwip_bind(%d, addr=", s));

  ip_addr_debug_print_val(SOCKETS_DEBUG, local_addr);

  LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, (" port=%"U16_F")n", local_port));

#if LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6

  /* Dual-stack: Unmap IPv4 mapped IPv6 addresses */

  if (IP_IS_V6_VAL(local_addr) && ip6_addr_isipv4mappedipv6(ip_2_ip6(&local_addr))) {

    unmap_ipv4_mapped_ipv6(ip_2_ip4(&local_addr), ip_2_ip6(&local_addr));

    IP_SET_TYPE_VAL(local_addr, IPADDR_TYPE_V4);

  }

#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6 */

  err = netconn_bind(sock->conn, &local_addr, local_port);

  if (err != ERR_OK) {

    LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("lwip_bind(%d) failed, err=%dn", s, err));

    sock_set_errno(sock, err_to_errno(err));

    return -1;

  }

  LWIP_DEBUGF(SOCKETS_DEBUG, ("lwip_bind(%d) succeededn", s));

  sock_set_errno(sock, 0);

  return 0;

}

可以看到，对于sockaddr其使用指针进行传递的。有关name的处理有很多函数，我们通过字面上理解，可定位于下面的宏。

SOCKADDR_TO_IPADDR_PORT(name, &local_addr, local_port);

继续找到其具体定义：

#define SOCKADDR_TO_IPADDR_PORT(sockaddr, ipaddr, port) sockaddr_to_ipaddr_port(sockaddr, ipaddr, &(port))

再找到sockaddr_to_ipaddr_port的具体定义：

static void

sockaddr_to_ipaddr_port(const struct sockaddr* sockaddr, ip_addr_t* ipaddr, u16_t* port)

{

  if ((sockaddr->sa_family) == AF_INET6) {

    SOCKADDR6_TO_IP6ADDR_PORT((const struct sockaddr_in6*)(const void*)(sockaddr), ipaddr, *port);

    ipaddr->type = IPADDR_TYPE_V6;

  } else {

    SOCKADDR4_TO_IP4ADDR_PORT((const struct sockaddr_in*)(const void*)(sockaddr), ipaddr, *port);

    ipaddr->type = IPADDR_TYPE_V4;

  }

}

到这里，我们就看的很清楚了，通过sockaddr_to_ipaddr_port函数，再强制转换为相应的结构体。