Linux 网络编程 —— 地址族与字节序

网络地址：用于唯一确定网络中的某一台计算机。包括IPv4（4个字节）和IPv6（16个字节）。

端口号：用于区分同一台主机上的不同套接字。

• 端口号由16位构成，可分配范围为0~65535， 其中0~1023为知名端口。
• 端口号不能重复，但TCP套接字和UDP套接字不会共用端口号，所以允许它们重复：即，如果某TCP套接字使用9190端口，则其他TCP套接字就无法使用该端口号，但UDP套接字可以使用。
  
  

地址结构

填写地址信息的线索：

1. 使用哪一种地址族？如，IPv4
2. IP地址是多少？如，211.204.214.76
3. 端口号是多少？如，2048

sockaddr_in 地址结构（IPv4地址）

struct sockaddr_in {
    sa_family_t		sin_family;			// 地址族
    unit16_t		sin_port;			// 16位端口号
    struct in_addr	sin_addr;			// 32位IP地址
    char			sin_zero[8];		// 不使用
};

struct in_addr {
    in_addr_t		s_addr;				// 32位IPv4地址
};

• 地址族

  AF_INET	IPv4网络协议中使用的地址族
  AF_INET6	IPv6网络协议中使用的地址族
  AF_LOCAL	本地通信中采用UNIX协议的地址族

• sin_port：以网络字节序保存16位端口号。

• sin_addr：以网络字节序保存32位IP地址信息。

• sin_zero：必需填充为0，无特殊含义。

sockaddr 地址结构

struct sockaddr {
    sa_family_t		sin_family;			// 地址族
    char			sa_data[14];		// 地址信息
};

• sa_data：保存的地址信息中需要包括IP地址和端口号，剩余部分应填充为0，这很难操作，继而有了sockaddr_in 结构。

• 通常情况下，我们使用sockaddr_in类型的地址结构填充地址信息，然后再将其转为 sockaddr 类型传给函数。如，

  struct sockaddr_in serv_addr;
  // 填充地址信息 ...
  bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
  // ...
  

字节序

大端序：低位地址存放高位字节。（网络字节序）

小端序：低位地址存放低位字节。

字节序转换

#include <arpa/inet.h>

unsigned short htons(unsigned short);
unsigned short ntohs(unsigned short);

unsigned long htonl(unsigned long);
unsigned long ntohl(unsigned long);

• 其中，h代表主机（host）字节序，n代表网络（network）字节序。s代表short，l代表long。
• 例子：

  unsigned short host_port = 0x1234;
  unsigned short net_port;
  
  unsigned long host_addr = 0x12345678;
  unsigned long net_adr;
  
  net_port = htons(host_port);
  net_addr = htonl(host_addr);
  

网络地址初始化

• 字符串地址转为网络字节序的整数型
  将字符串形式的IP地址（点分十进制形式）转换成32位整数型数据，且在转换的同时进行网络字节序转换。

  #include <arpa/inet.h>
  
  in_addr_t	inet_addr(const char *string);
  成功时返回32位大端序整数型值，失败时返回INADDR_NONE。
  
  int	inet_aton(const char *string, struct in_addr *addr);
  成功时返回1，失败时返回0.
  

  例子：

  char *addr = "1.2.3.4";
  
  unsigned long conv_addr = inet_addr(addr);
  if(conv_addr == INADDR_NONE) {
      exit(1);
  }
  
  struct sockaddr_in addr_inet;
  if(!inet_aton(addr, &addr_inet.sin_addr)) {
      exit(1);
  }
  

• 网络字节序整数型IP地址转换为字符串形式

  #include <arpa/inet.h>
  
  char* inet_ntoa(struct in_addr adr);
  
  成功时返回转换的字符串地址，失败时返回-1.
  

  调用完该函数后，应立即将字符串信息复制到其他内存空间，因为若再次调用该函数，则有可能覆盖之前保存的字符串信息。
  例子：

  struct sockaddr_in addr;
  char *str_ptr;
  char str_arr[20];
  
  addr.sin_addr.s_addr = htonl(0x1020304);
  
  str_ptr = inet_ntoa(addr.sin_addr);
  strcpy(str_arr, str_ptr);			// 赶紧复制一份
  

• 网络地址初始化

  struct sockaddr_in addr;
  char *serv_port = "9190";
  
  memset(&addr, 0, sizeof(addr));
  addr.sin_family = AF_INET;
  addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	// 服务器端IP地址常用方法，客户端则不这样
  addr.sin_port = htons(atoi(serv_port));
  

  • memset(&addr, 0, sizeof(addr))：将addr的所有字节均初始化为0，这么做是为了将sockaddr_in结构体中的成员sin_zero初始化为0.
  • 利用常数INADDR_ANY分配服务器端IP地址，这样可自动获取运行服务器端的计算机IP地址，不必亲自输入；而且，若同一计算机中已分配多个IP地址，则只要端口号一致，就可以从不同IP地址接收数据。

向套接字分配网络地址

初始化完地址信息后，接下来就要把初始化的地址信息分配给套接字，bind()函数负责这项操作。

#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

成功时返回0，失败时返回-1.

• sockfd：要分配地址信息的套接字文件描述符。（要分配给哪一个套接字）
• addr：存有地址信息的结构体的地址。（地址信息在哪里）
• addrlen：该结构体的长度。

例子：

int serv_sock;
struct sockaddr_in serv_addr;
char *serv_port = "9190";

// 1. 创建服务器端套接字（监听套接字）
serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

// 2. 地址信息初始化
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	// 服务器端IP地址常用方法，客户端则不这样
serv_addr.sin_port = htons(atoi(serv_port));

// 3. 分配地址信息
bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

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