从零开始学习比特币（六）：P2P网络建立的流程之查询DNS节点

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。

1. 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;
       }
   }

2. 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);

   • <code></code>如果 <code>LookupHost</code> 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 <code>AddOneShot</code> 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。

1. 如果当前地址是不可路由的，则直接返回假。

   if (!addr.IsRoutable())
        return false;

2. 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;

3. 如果地址对象来源对象，设置变量 nTimePenalty 等于0。
4. 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;

5. 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];

6. 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);
            }
        }
    }

7. 返回真。

我是区小白，Ulord全球社区联盟（优得社区）核心区块链技术开发者，深入研究比特币,以太坊,EOS Dash,Rsk,Java, Nodejs,PHP,Python,C++ 我希望能聚集更多区块链开发者，一起学习共同进步。
为了更高效的交流探讨区块链开发过程中遇到的问题，欢迎在帖子下面留言。