（P6）socket编程一：什么是socket ，IPv4套接字地址结构 ，网络字节序 ，字节序转换函数 ，地址转换函数 ，套接字类型

文章目录

• ​​1.什么是socket​​
• ​​2.IPv4套接字地址结构​​
• ​​3.网络字节序​​
• ​​4.字节序转换函数​​
• ​​5.地址转换函数​​
• ​​6.套接字类型​​

1.什么是socket

• socket可以看成是用户进程与内核网络协议栈的编程接口
• socket不仅可以用于本机的进程间通信，还可以用于网络上不同主机的进程间通信
  （1）管道只能在同一台主机之间进行通信
  （2）socket还可以在异构系统之间进行通信，比如A主机是手机(arm)，C主机是PC机(x86)，即：他们的硬件架构可以不同，软件可以不同，操作系统也可以不同
• 如下图所示
  （1）应用层Application
  传输层：TCP，UDP
  网络层：IP，路由器工作在网络层
  数据链路层：Channel，eg以太网链路
  （2）解封装过程的解释：
  以太网接收到数据帧要向上层传递，会依据数据帧中的类型字段进行传递 ，如果是arp，则传递给链路层的arp协议去处理，如果是ip，则传递给网络层的ip协议去处理。
  ip协议头部也有类型，若类型是tcp，则传递给tcp去处理，并且去掉ip头部，接着再传输给应用层，根据端口号传递给对应的应用程序，最后去掉tcp的头部。

2.IPv4套接字地址结构

• IPv4套接口地址结构通常也称之为网际套接字地址结构，他以sockaddr_in命名，定义在头文件<netinet/in.h>
  （1）Linux手册：man 7 ip

struct sockaddr_in
{
  uint8_t sin_len;
  sa_family_t sin_family;   //地址族
  in_port_t sin_port;   //端口号，无符号16bit，最大端口为65535
  struct in_addr sin_addr;  //地址，无符号32bit
  char sin_zero[8];
};

sin_len:整个sockaddr_in结构体的长度，在4.3BSD-Reno版本之前的第一个成员是sin_family
sin_family：指定该地址家族，在这里必须设为AF_INET
sin_port：端口
sin_addr：IPv4的地址
sin_zero：暂不使用，一般将其设置为0

• 通用地址结构
  （1）通用地址结构用来指定与套接字关联的地址
  （2）适合任何协议的socket套接口
  （3）char sa_data[14];：根据地址家族不同而不同，其字节数等于struct sockaddr_in的sin_port(2字节)+struct sockaddr_in的sin_addr(4字节)+struct sockaddr_in的sin_zero[8](8字节)=14，说明struct sockaddr与struct sockaddr_in是兼容的
  （4）TCP/IP编程的时候更多的填充struct sockaddr_in，然后将其强转为struct sockaddr

struct sockaddr{
  uint8_t sin_len;
  sa_family_t sin_family;
  char sa_data[14];
};

sin_len:整个sockaddr结构体的长度
sin_family：指定该地址家族
sa_date：由sin_family决定他的形式

3.网络字节序

• 字节序
  （1）大端字节序Big Endian
  最高有效位（MSB：Most Significant Bit）存储于最低内存地址处，最低有效位（LSB：Lowest Significant Bit）存储于最高内存地址处
  （2）小端字节序（Little Endian）
  最高有效位（MSB：Most Significant Bit）存储于最高内存地址处，最低有效位（LSB：Lowest Significant Bit）存储于最低内存地址处
• 主机字节序
  不同的主机有不同的字节序，如x86为小端字节序，arm字节序是可配置的
• 网络字节序
  网络字节序规定为大端字节序
• eg
  主机A将大端字节序转化为网络字节序，直接传输就可以了。
  接着，网络字节序会转换成B主机的小端字节序，此时网络字节序是大端的，需要将其颠倒过来，转换成小端字节序。



• eg：NetworkProgramming-master (1)\NetworkProgramming-master\P6byteorder.c

#include <stdio.h>

int main()
{
    unsigned int x=0x12345678;
    unsigned char *p= (unsigned char *)&x;
    //字节序的转换
    // 小端：低位放低位
    // 大端：低位放高位，高位放低位
    // P[3]是高地址
    printf("%0x_%0x_%0x_%0x_",p[0],p[1],p[2],p[3]);
    return 0;
}

• 测试：说明是小端字节序

4.字节序转换函数

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

说明：
在上述的函数中，h代表host；
n代表network；
s代表short；
l代表long

• eg：NetworkProgramming-master (1)\NetworkProgramming-master\P6byteorder.c

#include <stdio.h>

int main()
{
    unsigned int x=0x12345678;
    unsigned char *p= (unsigned char *)&x;
    //字节序的转换
    // 小端：低位放低位
    // 大端：低位放高位，高位放低位
    // P[3]是高地址
    printf("%0x_%0x_%0x_%0x_\n",p[0],p[1],p[2],p[3]);

    unsigned int y= htonl(x);
    p = (unsigned char *)&y;
    printf("%0x_%0x_%0x_%0x_\n",p[0],p[1],p[2],p[3]);
    
    return 0;
}

• 测试：网络字节序总是大端字节序

5.地址转换函数

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

将点分十进制cp转换为网络字节序inp（通过一个地址结构输出）
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);

将点分十进制转换为32bit的整数
in_addr_t inet_addr(const char *cp);

将地址结构转成点分十进制的ip地址
char *inet_ntoa(struct in_addr in);

• eg:NetworkProgramming-master (1)\NetworkProgramming-master\P6addr.c

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{
    unsigned long addr = inet_addr("192.168.0.100");

    printf("addr = %u \n", ntoh(addr));//u：无符号方式输出

    struct in_addr ipaddr;
    ipaddr.s_addr=addr;
    printf("%s\n",inet_ntoa(ipaddr));    
    return 0;
}

• 测试：



• makefile

.PHONY:clean all
CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g
BIN=01bytteorder 02addr
all:$(BIN)
%.o:%.c
  $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
clean:
  rm -f $(BIN) *.o

6.套接字类型

• （1）流式套接字（SOCK_STREAM）
  提供面向连接的，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，且按发送顺序接收；
  TCP；
• （2）数据报式套接字（SOCK_DGRAM）
  提供无连接服务。不提供无错保证，数据可能丢失或者重复，并且接收顺序混乱；
  UDP；
• 原始套接字（SOCK_RAW）
  将应用层的数据直接封装成ip层能够认识的数据格式