连接Tracker模块的设计和实现

连接Tracker模块的主要功能是：构造HTTP请求，请求Tracker服务器发送peer的IP地址和端口号；与Tracker建立连接；解析从Tracker返回的数据。Tracker返回的数据是经过B编码的，解析Tracker的回应和解析种子文件是类似的。

本模块由tracker.h和tracker.c构成。

以下是tracker.h的代码：

#ifndef TRACKER_H #define TRACKER_H #include <netinet/in.h> #include "parse_metafile.h" typedef struct _Peer_addr { char ip[16]; unsigned short port; struct _Peer_addr *next; } Peer_addr; // 用于将info_hash和peer_id转换为http编码格式 // http协议规定,传输数据中的非数字和非字母都要进行编码转换 int http_encode(unsigned char *in,int len1,char *out,int len2); // 从种子文件中存储的tracker的URL获取tracker主机名 int get_tracker_name(Announce_list *node,char *name,int len); // 从种子文件中存储的tracker的URL获取tracker端口号 int get_tracker_port(Announce_list *node,unsigned short *port); // 创建发送到tracker服务器的请求信息 int create_request(char *request, int len,Announce_list *node, unsigned short port,long long down,long long up, long long left,int numwant); // 准备连接tracker int prepare_connect_tracker(int *max_sockfd); // 准备连接peer int prepare_connect_peer(int *max_sockfd); // 获取tracker返回的消息的类型 // 一种类型为"5:peers"关键字之后是一个字符串,另一种是一个列表 int get_response_type(char *buffer,int len,int *total_length); // 解析第一种tracker返回的消息 int parse_tracker_response1(char *buffer,int ret,char *redirection,int len); // 解析第二种tracker返回的消息 int parse_tracker_response2(char *buffer,int ret); // 将与之建立连接的peer加入到peer列表中 int add_peer_node_to_peerlist(int *sock,struct sockaddr_in saptr); void free_peer_addr_head(); // 释放本文件函数中动态分配的内存以防止内存泄漏 void release_memory_in_tracker(); #endif tracker.c的文件的头部包含的代码如下：

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <malloc.h> #include <errno.h> #include <ctype.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netdb.h> #include <arpa/inet.h> #include "parse_metafile.h" #include "peer.h" #include "tracker.h" extern unsigned char info_hash[20]; extern unsigned char peer_id[20]; extern Announce_list *announce_list_head; extern int *sock; extern struct sockaddr_in *tracker; extern int *valid; extern int tracker_count; extern int *peer_sock; extern struct sockaddr_in *peer_addr; extern int *peer_valid; extern int peer_count; Peer_addr *peer_addr_head = NULL; tracker.c的函数的定义如下：

int http_encode(unsigned char *in, int len1, char *out, int len2)

/* *功能：根据HTTP协议进行编码转换 *传入参数： * *in * len1 *传出参数： * *out * len2 *返回值： * -1 错误 * 0 */ int http_encode(unsigned char *in,int len1,char *out,int len2) { int i, j; char hex_table[16] = "0123456789abcdef"; if( (len1 != 20) || (len2 <= 90) ) { return -1; } for(i = 0, j = 0; i < 20; i++, j++) { if( isalpha(in[i]) || isdigit(in[i]) ) {//英文字符 out[j] = in[i]; } else { out[j] = '%'; j++; out[j] = hex_table[in[i] >> 4];//取出ASCII码的高四位 j++; out[j] = hex_table[in[i] & 0xf];//取出ASCII码的低四位 } } out[j] = '\0'; #ifdef DEBUG //printf("http encoded:%s\n",out); #endif return 0; } 代码说明：进行编码转换，根据HTTP协议，HTTP请求中的非数字和非字母都有进行编码转换。例如：空格符既不属于0~9也不属于a~z、A~Z，需要进行转换，它的ASCII码为0x20，转换为字符串“ ”

int get_tracker_name(Announce_list *node, char *name, int len)

/* *功能：获取Tracker URL中的主机名部分 *传入参数： * *node 保存Tracker的URL链表节点 * len *传出参数： * *name主机名称 *返回值： * -1 出错 * 0 */ int get_tracker_name(Announce_list *node,char *name,int len) { int i = 0, j = 0; if( (len < 64) || (node == NULL) ) { return -1; } if( memcmp(node->announce,"http://",7) == 0 ) {//略过"http://" i = i + 7; } while( (node->announce[i] != '/') && (node->announce[i] != ':') ) { name[j] = node->announce[i]; i++; j++; if( i == strlen(node->announce) ) { break; } } name[j] = '\0'; #ifdef DEBUG printf("%s\n",node->announce); printf("tracker name:%s\n",name); #endif return 0; } int get_tracker_port(Announce_list * node, unsigned short *port)

/* *功能：获取Tracker URL中的端口号 *传入参数： * *node 保存Tracker的URL链表节点 *传出参数： * *port 端口号 *返回值： * -1 * 0 */ int get_tracker_port(Announce_list *node,unsigned short *port) { int i = 0; if( (node == NULL) || (port == NULL) ) { return -1; } if( memcmp(node->announce,"http://",7) == 0 ) { i = i + 7; } *port = 0;//初始化 while( i < strlen(node->announce) ) { if( node->announce[i] != ':') { i++; continue; } i++; // skip ':' while( isdigit(node->announce[i]) ) { *port = *port * 10 + (node->announce[i] - '0'); i++; } break; } if(*port == 0) { *port = 80; } #ifdef DEBUG printf("tracker port:%d\n",*port); #endif return 0; } int create_request(...)

/* *功能：构造发送到Tracker服务器的HTTP GET请求 *传入参数： * numwant是希望Tracker返回的Peer数 * node为指向Tracker的URL * port为监听的端口号 * down为已下载的数据量 * up为已上传的数据量 * left为剩余多少字节未下载 *传出参数： * *request用于接收生成的请求 * len为request所指向的数组的长度 *返回值： * -1 * 0 */ int create_request(char *request,int len,Announce_list *node, unsigned short port,long long down,long long up, long long left,int numwant) { char encoded_info_hash[100]; char encoded_peer_id[100]; int key; char tracker_name[128]; unsigned short tracker_port; //HTTP协议编码转换 //将种子文件中的hash值进行HTTP协议编码转换 //将随机值peer_id进行HTTP协议编码转换 http_encode(info_hash,20,encoded_info_hash,100); http_encode(peer_id,20,encoded_peer_id,100); //产生一个随机数来标识客服端 srand(time(NULL)); key = rand() / 10000; //获取主机名和端口号 get_tracker_name(node,tracker_name,128); get_tracker_port(node,&tracker_port); sprintf(request, "GET /announce?info_hash=%s&peer_id=%s&port=%u" "&uploaded=%lld&downloaded=%lld&left=%lld" "&event=started&key=%d&compact=1&numwant=%d HTTP/1.0\r\n" "Host: %s\r\nUser-Agent: Bittorrent\r\nAccept: */*\r\n" "Accept-Encoding: gzip\r\nConnection: closed\r\n\r\n", encoded_info_hash,encoded_peer_id,port,up,down,left, key,numwant,tracker_name); #ifdef DEBUG printf("request:%s\n",request); #endif return 0; } int get_respone_type(char *buffer,int len,int *total_length)

/*功能：获取Tracker返回的消息 *传入参数： * buffer指向Tracker的回应消息 * len为buffer所指向的数组的长度 *传出参数： * total_length用于存放Tracker返回数据的长度 *返回值： * -1 * 0 第一种消息类型 * 1 */ int get_response_type(char *buffer,int len,int *total_length) { int i, content_length = 0; //查找关键字"5:peers" for(i = 0; i < len-7; i++) { if(memcmp(&buffer[i],"5:peers",7) == 0) { i = i+7;//跳过"5:peers" break; } } if(i == len-7) { return -1; // 返回的消息不含"5:peers"关键字 } if(buffer[i] != 'l') { return 0; // 返回的消息的类型为第一种 } *total_length = 0; //查找关键字"Content-Length: " for(i = 0; i < len-16; i++) { if(memcmp(&buffer[i],"Content-Length: ",16) == 0) { i = i+16;//跳过"Content-Length: " break; } } if(i != len-16) { while(isdigit(buffer[i])) { //获得Tracker返回信息的长度 content_length = content_length * 10 + (buffer[i] - '0'); i++; } //查找关键字"\r\n\r\n" for(i = 0; i < len-4; i++) { if(memcmp(&buffer[i],"\r\n\r\n",4) == 0) { i = i+4;//跳过"\r\n\r\n" break; } } //获得Tracker返回信息的总长度 if(i != len-4) { *total_length = content_length + i; } } if(*total_length == 0) { return -1; } else { return 1; } } 程序说明： 第一种类型的Tracker回应为：关键字“5:peers”之后是一个B编码的字符串，该字符串以6个字符为一组，前面44个存放一个peer的IP地址，后面两个存放该peer的端口号。

例如：“d10:done peersi85e8:intervali1800e9num peersi214e5:peers600:...”。Tracker的返回的是一个字典，关键字"10:done peers"对应值为种子数；关键字“8:interval”对应值为Tracker希望多长时间连接一次Trackerr，一般为1800秒；关键字“9:num peers”为当前在下载的peer的个数；关键字“5:peers”为返回的各个peer的IP地址和端口号。

第二种类型的Tracker回应为：关键字“5:peers”之后为一个B编码的列表。列表中每个元素的类型都是字典，一个

字典用于一个peer。

hostent结构的说明：

struct hostent { char *h_name; //正式的主机名称 char **h_aliases; //指向主机名称的其他别名 int h_addrtype; //地址的型态， 通常是AF_INET int h_length; //地址的长度 char **h_addr_list; //从域名服务器取得该主机的所有地址 }; int prepare_connect_tracker(int *max_sockfd)

/* 返回值 ：成功返回hostent结构指针，失败则返回NULL指针， 错误原因存于h_errno变量中 错误代码： HOST_NOT_FOUND 找不到指定的主机 NO_ADDRESS 该主机有名称却无IP地址 NO_RECOVERY 域名服务器有错误发生 TRY_AGAIN 请再调用一次 *功能：以非阻塞的方式连接Tracker *传入参数： *传出参数： *返回值： */ int prepare_connect_tracker(int *max_sockfd) { int i, flags, ret, count = 0; struct hostent *ht; Announce_list *p = announce_list_head; while(p != NULL) { count++; p = p->next; } tracker_count = count;//获取Tracker的URL的数量 //申请存储socket文件描述符的堆空间 sock = (int *)malloc(count * sizeof(int)); if(sock == NULL) goto OUT; //申请存储sockaddr_in 结构体堆空间 tracker = (struct sockaddr_in *)malloc(count * sizeof(struct sockaddr_in)); if(tracker == NULL) goto OUT; valid = (int *)malloc(count * sizeof(int)); if(valid == NULL) goto OUT; p = announce_list_head;//获取保存URL的链表头指针 for(i = 0; i < count; i++) { char tracker_name[128]; unsigned short tracker_port = 0; //创建count个通信节点 sock[i] = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(sock < 0) { printf("%s:%d socket create failed\n",__FILE__,__LINE__); valid[i] = 0; p = p->next; continue; } //获取Tracker的URL get_tracker_name(p,tracker_name,128); //获取端口号 get_tracker_port(p,&tracker_port); // 从主机名获取IP地址 ht = gethostbyname(tracker_name); if(ht == NULL) { printf("gethostbyname failed:%s\n",hstrerror(h_errno)); valid[i] = 0; } else { //清除sockaddr_in结构体空间 memset(&tracker[i], 0, sizeof(struct sockaddr_in)); //拷贝IP地址、端口号、协议族到sockaddr_in结构体中 memcpy(&tracker[i].sin_addr.s_addr, ht->h_addr_list[0], 4); tracker[i].sin_port = htons(tracker_port); tracker[i].sin_family = AF_INET; valid[i] = -1; } p = p->next; } for(i = 0; i < tracker_count; i++) { if(valid[i] != 0) { if(sock[i] > *max_sockfd) { *max_sockfd = sock[i]; } //获取文件访问模式 flags = fcntl(sock[i],F_GETFL,0); // 设置套接字为非阻塞 fcntl(sock[i],F_SETFL,flags|O_NONBLOCK); // 连接tracker ret = connect(sock[i],(struct sockaddr *)&tracker[i], sizeof(struct sockaddr)); if(ret < 0 && errno != EINPROGRESS) { valid[i] = 0; } // 如果返回0，说明连接已经建立 if(ret == 0) { valid[i] = 1; } } } return 0; OUT: if(sock != NULL) free(sock); if(tracker != NULL) free(tracker); if(valid != NULL) free(valid); return -1; }

int prepare_connect_peer(int *max_sockfd)

/* *功能：以非阻塞的方式连接peer *传入参数： *传出参数： *返回值： */ int prepare_connect_peer(int *max_sockfd) { int i, flags, ret, count = 0; Peer_addr *p; p = peer_addr_head;//获得保存PeerIP地址和端口号的链表头指针 while(p != 0) { count++; p = p->next; } peer_count = count; peer_sock = (int *)malloc(count*sizeof(int)); if(peer_sock == NULL) goto OUT; peer_addr = (struct sockaddr_in *)malloc(count*sizeof(struct sockaddr_in)); if(peer_addr == NULL) goto OUT; peer_valid = (int *)malloc(count*sizeof(int)); if(peer_valid == NULL) goto OUT; p = peer_addr_head; // 此处p重新赋值 for(i = 0; i < count && p != NULL; i++) { //创建count个通信节点并获得文件描述符 peer_sock[i] = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(peer_sock[i] < 0) { printf("%s:%d socket create failed\n",__FILE__,__LINE__); valid[i] = 0; p = p->next; continue; } memset(&peer_addr[i], 0, sizeof(struct sockaddr_in)); peer_addr[i].sin_addr.s_addr = inet_addr(p->ip); peer_addr[i].sin_port = htons(p->port); peer_addr[i].sin_family = AF_INET; peer_valid[i] = -1; p = p->next; } count = i; for(i = 0; i < count; i++) { if(peer_sock[i] > *max_sockfd) *max_sockfd = peer_sock[i]; // 设置套接字为非阻塞 flags = fcntl(peer_sock[i],F_GETFL,0); fcntl(peer_sock[i],F_SETFL,flags|O_NONBLOCK); // 连接peer ret = connect(peer_sock[i],(struct sockaddr *)&peer_addr[i], sizeof(struct sockaddr)); if(ret < 0 && errno != EINPROGRESS) peer_valid[i] = 0; // 如果返回0，说明连接已经建立 if(ret == 0) peer_valid[i] = 1; } free_peer_addr_head(); return 0; OUT: if(peer_sock != NULL) free(peer_sock); if(peer_addr != NULL) free(peer_addr); if(peer_valid != NULL) free(peer_valid); return -1; } int parse_tracker_resporsel(char *buffer, int  ret, char *redirection, int len)

/* *功能:解析第一种Tracker的回应消息 *传入参数： *传出参数： *返回值： * */ int parse_tracker_response1(char *buffer,int ret,char *redirection,int len) { int i, j, count = 0; unsigned char c[4]; Peer_addr *node, *p; //查找关键字"Location: " for(i = 0; i < ret - 10; i++) { if(memcmp(&buffer[i],"Location: ",10) == 0) { i = i + 10;//跳过"Location: " j = 0; while(buffer[i]!='?' && i<ret && j<len) { redirection[j] = buffer[i]; i++; j++; } redirection[j] = '\0'; return 1; } } // 获取返回的peer数,关键词"5:peers"之后为各个Peer的IP和端口 for(i = 0; i < ret - 7; i++) { if(memcmp(&buffer[i],"5:peers",7) == 0) { i = i + 7; break; } } if(i == ret - 7 ) { printf("%s:%d can not find keyword 5:peers \n",__FILE__,__LINE__); return -1; } while( isdigit(buffer[i]) ) { count = count * 10 + (buffer[i] - '0'); i++; } i++; // 跳过":" //获得IP地址和端口的数量 count = (ret - i) / 6; // 将每个peer的IP和端口保存到peer_addr_head指向的链表中 for(; count != 0; count--) { node = (Peer_addr*)malloc(sizeof(Peer_addr)); c[0] = buffer[i]; c[1] = buffer[i+1]; c[2] = buffer[i+2]; c[3] = buffer[i+3]; sprintf(node->ip,"%u.%u.%u.%u",c[0],c[1],c[2],c[3]); i += 4; node->port = ntohs(*(unsigned short*)&buffer[i]); i += 2; node->next = NULL; // 判断当前peer是否已经存在于链表中 p = peer_addr_head; while(p != NULL) { if( memcmp(node->ip,p->ip,strlen(node->ip)) == 0 ) { //已存在释放当前结点不进行存储 free(node); break; } p = p->next; } // 将当前结点添加到链表中 if(p == NULL) { if(peer_addr_head == NULL) peer_addr_head = node; else { p = peer_addr_head; while(p->next != NULL) p = p->next; p->next = node; } } } #ifdef DEBUG count = 0; p = peer_addr_head; while(p != NULL) { printf("+++ connecting peer %-16s:%-5d +++ \n",p->ip,p->port); p = p->next; count++; } printf("peer count is :%d \n",count); #endif return 0; } int parse_tracker_response2(char *buffer, int ret)

/* *功能:解析第二种Tracker的回应消息 *传入参数： *传出参数： *返回值： */ int parse_tracker_response2(char *buffer,int ret) { int i, ip_len, port; Peer_addr *node = NULL, *p = peer_addr_head; if(peer_addr_head != NULL) { printf("Must free peer_addr_head\n"); return -1; } for(i = 0; i < ret; i++) { if(memcmp(&buffer[i],"2:ip",4) == 0) { i += 4;//跳过"2:ip" ip_len = 0; //获得IP的长度 while(isdigit(buffer[i])) { ip_len = ip_len * 10 + (buffer[i] - '0'); i++; } i++; // skip ":" node = (Peer_addr*)malloc(sizeof(Peer_addr)); if(node == NULL) { printf("%s:%d error",__FILE__,__LINE__); continue; } //将IP存入链表中 memcpy(node->ip,&buffer[i],ip_len); (node->ip)[ip_len] = '\0'; node->next = NULL; } if(memcmp(&buffer[i],"4:port",6) == 0) { i += 6; i++; // skip "i" port = 0; while(isdigit(buffer[i])) { port = port * 10 + (buffer[i] - '0'); i++; } if(node != NULL) node->port = port; else continue; printf("+++ add a peer %-16s:%-5d +++ \n",node->ip,node->port); //感觉有问题 if(p == peer_addr_head) { peer_addr_head = node; p = node; } else p->next = node; node = NULL; } } return 0; } int add_peer_node_to_peerlist(int *sock, struct sockaddr_in saptr)

/* *功能:为已建立连接的peer创建peer结点并加入到peer链表中 *传入参数： *传出参数： *返回值： */ int add_peer_node_to_peerlist(int *sock,struct sockaddr_in saptr) { Peer *node; node = add_peer_node(); if(node == NULL) return -1; node->socket = *sock; node->port = ntohs(saptr.sin_port); node->state = INITIAL;//处于初始化状态 strcpy(node->ip,inet_ntoa(saptr.sin_addr)); node->start_timestamp = time(NULL);//保存最近一次给Peer发送消息的时间 return 0; } void free_peer_addr_head()

//释放Peer_addr结构堆空间 void free_peer_addr_head() { Peer_addr *p = peer_addr_head; while(p != NULL) { p = p->next; free(peer_addr_head); peer_addr_head = p; } peer_addr_head = NULL; }