从零开始学习比特币（六）：P2P网络建立的流程之查询DNS节点

首页 > 币界资讯 > 区块链知识 2018-10-11 07:56:00

上节开始我们已经开始讲解比特币系统中P2P网络是如何建立的。还记得在比特币系统启动的的第12步的讲解中，我们提到有几个线程相关的处理非常重要吗？以下内容正是基于此做了详细的讲解。由于篇幅过长，我们分几篇文章依次道来。

P2P 网络的建立是在比特币系统启动的第 12 步，最后时刻调用 CConnman::Start 方法开始的。

本部分内容在 net.cpp、net_processing.cpp 等文件中。

下面开始讲解各个线程的具体处理。

1、ThreadSocketHandler

详情见上一篇文章：

从零开始学习比特币（五）–P2P网络建立的流程之套接字的读取和发送

2、ThreadDNSAddressSeed

这个线程的目标是，通过查询DNS节点来找到足够多的比特币节点。找到之后才可以连接比特币网络进行同步。

只有在需要地址时才查询 DNS 种子，当我们不需要 DNS 种子时，会避免 DNS 种子查询。这样可以通过创建更少的识别 DNS 请求来提高用户隐私。

线程定义在 net.cpp 文件的 1603 行。下面我们开始进行具体的解读。

如果对等节点的数量大于 0，且没有指定 -forcednsseed，或指定了但值为 false，进行下面的处理：遍历所有的节点，如果节点已成功连接，且不是引导节点，且 fOneShot 属性为假，且不是不是手动连接的，且不是入站节点，那么变量 nRelevant 加1。如果变量 nRelevant 大于2，即 P2P 网络已经可用，则退出函数。

if ((addrman.size() > 0) &&
    (!gArgs.GetBoolArg("-forcednsseed", DEFAULT_FORCEDNSSEED))) {
    if (!interruptNet.sleep_for(std::chrono::seconds(11)))
        return;

    LOCK(cs_vNodes);
    int nRelevant = 0;
    for (auto pnode : vNodes) {
        nRelevant += pnode->fSuccessfullyConnected && !pnode->fFeeler && !pnode->fOneShot && !pnode->m_manual_connection && !pnode->fInbound;
    }
    if (nRelevant >= 2) {
        LogPrintf("P2P peers available. Skipped DNS seeding.\n");
        return;
    }
}

获取并遍历所有的 DNS 种子节点。

 for (const std::string &seed : vSeeds) {
     if (interruptNet) {
         return;
     }
     if (HaveNameProxy()) {
         AddOneShot(seed);
     } else {
         std::vector<CNetAddr> vIPs;
         std::vector<CAddress> vAdd;
         ServiceFlags requiredServiceBits = GetDesirableServiceFlags(NODE_NONE);
         std::string host = strprintf("x%x.%s", requiredServiceBits, seed);
         CNetAddr resolveSource;
         if (!resolveSource.SetInternal(host)) {
             continue;
         }
         unsigned int nMaxIPs = 256; // Limits number of IPs learned from a DNS seed
         if (LookupHost(host.c_str(), vIPs, nMaxIPs, true))
         {
             for (const CNetAddr& ip : vIPs)
             {
                 int nOneDay = 24*3600;
                 CAddress addr = CAddress(CService(ip, Params().GetDefaultPort()), requiredServiceBits);
                 addr.nTime = GetTime() - 3*nOneDay - GetRand(4*nOneDay); // use a random age between 3 and 7 days old
                 vAdd.push_back(addr);
                 found++;
             }
             addrman.Add(vAdd, resolveSource);
         } else {
             // We now avoid directly using results from DNS Seeds which do not support service bit filtering,
             // instead using them as a oneshot to get nodes with our desired service bits.
             AddOneShot(seed);
         }
     }
 }

下面，对上面的代码进行讲解。

如果指定了代理，则调用 AddOneShot 方法，保存当前 DNS 种子节点到 vOneShots 集合中。否则，进行下面的处理：

生成两个集合 vIPs、vAdd 。vIPs 集合中保存的是 CNetAddr 对象，代表了一个IP地址。vAdd集合中保存的是 CAddress 对象，CAddress 继承自 CService，后者又继承自 CAddress，包含了一些关于对等节点别的信息。
调用 GetDesirableServiceFlags 方法，获得服务标志位。
调用 strprintf 函数，格式化 DNS 种子节点的地址。strprintf 是一个宏定义，实际调用的是 Boost 库的 tfm::format。
生成类型为 CNetAddr 的地址对象 resolveSource，并调用其 SetInternal 方法，设置 resolveSource 的 IP。如果出错，则返回处理下一个。
调用 LookupHost 方法，根据 DNS 种子节点获取其保存的对等节点列表。并保存在 vIPs 集合中。LookupHost 方法内部主要调用了 LookupIntern 方法进行处理。下面我们看下后者的具体处理。
- 生成一个地址对象 addr。然后调用其 SetSpecial 方法进行处理。在该方法内部，如果 DNS种子节点不是以 .onion 结尾，即不是暗网地址，则直接返回假。否则进行下面的处理。调用 DecodeBase32 方法，解析不包括暗网后缀在内的具体的地址。接下来，检查地址的长度是否不等于指定的长度，如果是则返回假。否则，对地址进行处理并转化为IP地址，然后返回真。
```
bool CNetAddr::SetSpecial(const std::string &strName)
{
    if (strName.size()>6 && strName.substr(strName.size() - 6, 6) == ".onion") {
        std::vector<unsigned char> vchAddr = DecodeBase32(strName.substr(0, strName.size() - 6).c_str());
        if (vchAddr.size() != 16-sizeof(pchOnionCat))
            return false;
        memcpy(ip, pchOnionCat, sizeof(pchOnionCat));
        for (unsigned int i=0; i<16-sizeof(pchOnionCat); i++)
            ip[i + sizeof(pchOnionCat)] = vchAddr[i];
        return true;
    }
    return false;
}
```
  如果前面方法返回的结果为真，即 DNS 种子为暗网地址，则把当前地址加入 vIP 集合，并返回。
```
CNetAddr addr;
if (addr.SetSpecial(std::string(pszName))) {
    vIP.push_back(addr);
    return true;
}
```
- 生成一个类型为 addrinfo 的结构体对象 aiHint，并设置其各个属性值。
- 生成一个类型为 addrinfo 的结构体对象 aiRes，然后调用 getaddrinfo 方法，根据 DNS 种子节点来获取一个地址链接表。这个方法是系统提供的方法，返回的是一个 sockaddr 结构的链表而不是一个地址清单。第一个参数是一个主机名或者地址串，第二个参数是一个服务名或者10进制端口号数串，第三个参数可以是一个空指针，也可以是一个指向某个addrinfo结构的指针，调用者在这个结构中填入关于期望返回的信息类型的暗示，最后一个参数是返回的结果。
```
int nErr = getaddrinfo(pszName, nullptr, &aiHint, &aiRes);
if (nErr)
    return false;
```
- 接下来只要地址信息链表不空，且当前获取的对等节点IP数量小于指定的数量或者指定的数量是0（即不限制对等节点的数量），就循环这个链表进行下面的处理。根据返回的地址信息对象，是IPV4 或者是 IPV6，生成生成不同的 CNetAddr 对象。如果这个地址对象不是内部 IP，则保存到 vIP 集合中。从地址信息链表中取得下一个地址信息对象。
```
struct addrinfo *aiTrav = aiRes;
while (aiTrav != nullptr && (nMaxSolutions == 0 || vIP.size() < nMaxSolutions))
{
    CNetAddr resolved;
    if (aiTrav->ai_family == AF_INET)
    {
        assert(aiTrav->ai_addrlen >= sizeof(sockaddr_in));
        resolved = CNetAddr(((struct sockaddr_in*)(aiTrav->ai_addr))->sin_addr);
    }

    if (aiTrav->ai_family == AF_INET6)
    {
        assert(aiTrav->ai_addrlen >= sizeof(sockaddr_in6));
        struct sockaddr_in6* s6 = (struct sockaddr_in6*) aiTrav->ai_addr;
        resolved = CNetAddr(s6->sin6_addr, s6->sin6_scope_id);
    }
    /* Never allow resolving to an internal address. Consider any such result invalid */
    if (!resolved.IsInternal()) {
        vIP.push_back(resolved);
    }

    aiTrav = aiTrav->ai_next;
}
```
- 调用 freeaddrinfo 方法，释放 getaddrinfo 方法所申请的内存空间。
- 根据 vIP 集合的大小，返回真假。
如果 LookupHost 方法返回结果为真，即根据当前 DNS 种子节点查找到了至少一个对等节点，则进行下面的处理。遍历 vIPs 集合，根据当前的 IP 地址，生成一个 CAddress 地址对象，并保存在 vAdd 集合中，同时把代表找到节点的变量 found 加1。调用地址管理器的 Add 方法，保存多个地址。
具体代码如下：
```
for (const CNetAddr& ip : vIPs)
{
    int nOneDay = 24*3600;
    CAddress addr = CAddress(CService(ip, Params().GetDefaultPort()), requiredServiceBits);
    addr.nTime = GetTime() - 3*nOneDay - GetRand(4*nOneDay); // use a random age between 3 and 7 days old
    vAdd.push_back(addr);
    found++;
}
addrman.Add(vAdd, resolveSource);
```

如果 LookupHost 方法返回结果为假，即根据当前 DNS 种子节点没找到一个对等节点，则调用 AddOneShot 方法进行处理。

AddOneShot 方法内部简单地把当前 DNS 种子加入 vOneShots 集合。

2.1、CAddrMan::Add 方法

下面我们对地址管理器的 Add 方法做下介绍。这个方法位于 addrman.h 文件的 540 行。

这个方法主体是一个 for 循环，遍历 CAddress 集合，针对每一个 CAddress 对象调用 Add_ 方法进行处理。并返回是否添加成功。代码如下：

bool Add(const std::vector<CAddress> &vAddr, const CNetAddr& source, int64_t nTimePenalty = 0)
{
    LOCK(cs);
    int nAdd = 0;
    Check();
    for (std::vector<CAddress>::const_iterator it = vAddr.begin(); it != vAddr.end(); it++)
        nAdd += Add_(*it, source, nTimePenalty) ? 1 : 0;
    Check();
    if (nAdd) {
        LogPrint(BCLog::ADDRMAN, "Added %i addresses from %s: %i tried, %i new\n", nAdd, source.ToString(), nTried, nNew);
    }
    return nAdd > 0;
}

接下来，我们来看一下 Add_ 方法。这个方法在 addrman.cpp 文件的第254行。

如果当前地址是不可路由的，则直接返回假。
```
 if (!addr.IsRoutable())
     return false;
```

调用 Find 方法，根据地址对象找到其对应的地址信息。

 std::map<CNetAddr, int>::iterator it = mapAddr.find(addr);
 if (it == mapAddr.end())
     return nullptr;
 if (pnId)
     *pnId = (*it).second;
 std::map<int, CAddrInfo>::iterator it2 = mapInfo.find((*it).second);
 if (it2 != mapInfo.end())
     return &(*it2).second;
 return nullptr;

如果地址对象来源对象，设置变量 nTimePenalty 等于0。

如果找到对应的地址信息，则设置地址信息的相关属性

 bool fCurrentlyOnline = (GetAdjustedTime() - addr.nTime < 24 * 60 * 60);
 int64_t nUpdateInterval = (fCurrentlyOnline ? 60 * 60 : 24 * 60 * 60);
 if (addr.nTime && (!pinfo->nTime || pinfo->nTime < addr.nTime - nUpdateInterval - nTimePenalty))
     pinfo->nTime = std::max((int64_t)0, addr.nTime - nTimePenalty);

 // add services
 pinfo->nServices = ServiceFlags(pinfo->nServices | addr.nServices);

 // do not update if no new information is present
 if (!addr.nTime || (pinfo->nTime && addr.nTime <= pinfo->nTime))
     return false;

 // do not update if the entry was already in the "tried" table
 if (pinfo->fInTried)
     return false;

 // do not update if the max reference count is reached
 if (pinfo->nRefCount == ADDRMAN_NEW_BUCKETS_PER_ADDRESS)
     return false;

 // stochastic test: previous nRefCount == N: 2^N times harder to increase it
 int nFactor = 1;
 for (int n = 0; n < pinfo->nRefCount; n++)
     nFactor *= 2;
 if (nFactor > 1 && (RandomInt(nFactor) != 0))
     return false;

如果没有找到对应的地址信息，则生成新的地址信息。

 pinfo = Create(addr, source, &nId);
 pinfo->nTime = std::max((int64_t)0, (int64_t)pinfo->nTime - nTimePenalty);
 nNew++;
 fNew = true;

在 Create 方法中，生成一个新的 CAddrInfo 对象，并放到 mapInfo 集合中，同时在在 mapAddr 集合中增加对应的条目。具体代码如下：

 int nId = nIdCount++;
 mapInfo[nId] = CAddrInfo(addr, addrSource);
 mapAddr[addr] = nId;
 mapInfo[nId].nRandomPos = vRandom.size();
 vRandom.push_back(nId);
 if (pnId)
     *pnId = nId;
 return &mapInfo[nId];

接下来处理其他一些信息，代码比较简单不详述。

 int nUBucket = pinfo->GetNewBucket(nKey, source);
 int nUBucketPos = pinfo->GetBucketPosition(nKey, true, nUBucket);
 if (vvNew[nUBucket][nUBucketPos] != nId) {
     bool fInsert = vvNew[nUBucket][nUBucketPos] == -1;
     if (!fInsert) {
         CAddrInfo& infoExisting = mapInfo[vvNew[nUBucket][nUBucketPos]];
         if (infoExisting.IsTerrible() || (infoExisting.nRefCount > 1 && pinfo->nRefCount == 0)) {
             // Overwrite the existing new table entry.
             fInsert = true;
         }
     }
     if (fInsert) {
         ClearNew(nUBucket, nUBucketPos);
         pinfo->nRefCount++;
         vvNew[nUBucket][nUBucketPos] = nId;
     } else {
         if (pinfo->nRefCount == 0) {
             Delete(nId);
         }
     }
 }