101.套接字-Socket网络编程3

news2025/1/11 18:04:55

1.字节序

主机字节序（小端）

网络字节序（大端）

字节序转换函数

2.IP地址转换函数

3.套接字地址结构

通用 socket 地址结构

专用 socket 地址结构

Socket套接字的目的是将TCP/IP协议相关软件移植到UNIX类系统中。设计者开发了一个接口，以便应用程序能简单地调用该接口通信。这个接口不断完善，最终形成了Socket套接字.Linux系统采用了Socket套接字，因此，Socket接口就被广泛使用，到现在已经成为事实上的标准。与套接字相关的函数被包含在头文件sys/socket.h中。

通过上面的描述可知，套接字对于程序员来说就是一套网络通信的接口，使用这套接口就可以完成网络通信。网络通信的主体主要分为两个部分：客户端和服务器端。在客户端和服务器端通信的时候需要频繁提到三个概念：IP、端口、通信数据。

1.字节序

字节序指的是在多字节数据类型中，字节的排列顺序。在计算机中，数据通常被存储为多个字节的序列，例如16位、32位或64位整数、浮点数等。字节序分为大端字节序（网络字节序）和小端字节序（主机字节序）两种。

主机字节序（小端）

数据的低位字节存储到内存的低地址位，数据的高位字节存储到内存的高地址位。
我们使用的PC机，数据存储默认使用的是小端。

网络字节序（大端）

数据的低位字节存储到内存的高地址位，数据的高位字节存储到内存的低地址位。
套接字通信过程中操作的数据都是大端存储的，包括：接收/发送的数据、IP地址、端口。

字节序转换函数

从主机字节序到网络字节序的转换函数：htons、htonl；从网络字节序到主机字节序的转换函数：ntohs、ntohl。
Linux 系统提供如下 4 个函数来完成主机字节序和网络字节序之间的转换：
1. #include <netinet/in.h>
2.
3. uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // 长整型的主机字节序转网络字节序
4.
5. uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // 长整型的网络字节序转主机字节序
6.
7. uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 短整形的主机字节序转网络字节序
8.
9. uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 短整型的网络字节序转主机字节序

2.IP地址转换函数

通常，人们习惯用点分十进制字符串表示 IPV4 地址，但编程中我们需要先把它们转化为整数方能使用，下面函数可用于点分十进制字符串表示的 IPV4 地址和网络字节序整数表示的 IPV4 地址之间的转换：

1.inet_addr和inet_ntoa： 这两个函数用于IPv4地址的转换。
#include <arpa/inet.h>

in_addr_t inet_addr(const char *cp);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
inet_addr: 将点分十进制的IPv4地址转换为in_addr_t类型（32位整数）。
inet_ntoa: 将in_addr类型的IPv4地址转换为点分十进制字符串。

2.inet_pton和inet_ntop：这两个函数用于IPv4和IPv6地址之间的转换。
#include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
inet_pton: 将点分十进制的IPv4或IPv6地址转换为二进制形式。

参数:
af: 地址族(IP地址的家族包括ipv4和ipv6)协议
AF_INET: ipv4格式的ip地址
AF_INET6: ipv6格式的ip地址
src: 传入参数, 对应要转换的点分十进制的ip地址: 192.168.1.100
dst: 传出参数, 函数调用完成, 转换得到的大端整形IP被写入到这块内存中
返回值：成功返回1，失败返回0或者-1

inet_ntop: 将二进制形式的IPv4或IPv6地址转换为点分十进制字符串。

参数:

af: 地址族协议
AF_INET: ipv4格式的ip地址
AF_INET6: ipv6格式的ip地址
src: 传入参数, 这个指针指向的内存中存储了大端的整形IP地址
dst: 传出参数, 存储转换得到的小端的点分十进制的IP地址
size: 修饰dst参数的, 标记dst指向的内存中最多可以存储多少个字节
返回值:

成功: 指针指向第三个参数对应的内存地址, 通过返回值也可以直接取出转换得到的IP字符串
失败: NULL

3.套接字地址结构

通用 socket 地址结构

socket 网络编程接口中表示 socket 地址的是结构体 sockaddr，其定义如下：
#include <bits/socket.h>

 struct sockaddr
 {
    sa_family_t sa_family;
    char sa_data[14];
 };
sa_family 成员是地址族类型（sa_family_t）的变量。地址族类型通常与协议族类型对
应。常见的协议族和对应的地址族如下图所示：

专用 socket 地址结构

TCP/IP 协议族有 sockaddr_in 和 sockaddr_in6 两个专用 socket 地址结构体，它们分
别用于 IPV4 和 IPV6：
/*
sin_family: 地址族 AF_INET
sin_port: 端口号，需要用网络字节序表示
sin_addr: IPV4 地址结构：s_addr 以网络字节序表示 IPV4 地址
*/

 struct in_addr
 {
     u_int32_t s_addr;
 };

 struct sockaddr_in
{
    sa_family_t sin_family;
    u_int16_t sin_port;
    struct in_addr sin_addr;
 };

 struct in6_addr
 {
     unsigned char sa_addr[16]; // IPV6 地址，要用网络字节序表示
 };

 struct sockaddr_in6
{
     sa_family_t sin6_family; // 地址族：AF_INET6
     u_inet16_t sin6_port; // 端口号：用网络字节序表示
     u_int32_t sin6_flowinfo; // 流信息，应设置为 0
     struct in6_addr sin6_addr; // IPV6 地址结构体
     u_int32_t sin6_scope_id; // scope ID，尚处于试验阶段
 };