Socket编程中常见的数据结构及转换函数

Socket编程中常见的数据结构及转换函数

引言：本篇笔记第一部分介绍socket套接字编程中常见的数据结构，第二部分介绍网络字节顺序、主机与网络字节顺序转换函数、IP地址转换函数。

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一、Socket编程中常见的网络数据结构

  下面介绍到的函数，都定义在netinet/in.h中，在ubuntu14.04下，其存储位置为/usr/include/netinet/in.h，可以cat打印其内容查看。

1.1、struct sockaddr

  struct sockaddr是linux网络编程接口中用来表示IP地址的标准结构体，bind、connect等函数中都会用到这个结构体，这个结构体是兼容Ipv4和Ipv6的。在实际编程中，这个结构体会被一个struct sockaddr_in 或者struct sockaddr_in6所填充。

 struct sockaddr{
    unsigned short sa_family; /* address族， AF_XXX*/
    char sa_data[14];         /*14bytes的协议地址*/
    }

• sa_family ：一般来说都是AFINEF，用以指代TCP/IP协议簇的地址。
• sa_data：包含电脑IP、端口和套接字的数目，它里面的数据是杂融在一起的。

1.2、in_addr_t

typedef uint32_t in_addr_t;   /*网络内部用来表示IP地址的类型*/

• in_addr_t ：网络内部用来表示IP地址的类型，是32位二进制数字

1.3、struct in_addr

  struct in_addr{
        in_addr_t s_addr;
    }

• s_addr：这个存储的内容还是IP地址，为32位二进制数字，保障层次的一致性。

1.4、struct sockaddr_in

  这个是Ipv4的标准格式，提供了方便的手段来访问socket address（struct sockaddr）结构中的每一个元素。

 struct sockaddr_in
 {
   __SOCKADDR_COMMON (sin_);
    in_port_t sin_port;         /* Port number.  */
    struct in_addr sin_addr;        /* Internet address.  */
    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
               __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
               sizeof (in_port_t) -
               sizeof (struct in_addr)];
};

• _SOCKADDR_COMMON ( )：是一个宏定义结构，括号里面是它的参数，用以表示tcp/ip协议的版本，sin是ipv4， sin_6是ipv6。

• unsigned char sin_zero：做减法为了保证这个结构体和struct sockaddr的大小一致。

1.5、struct sockaddr_in6

  这个是Ipv6的标准格式，提供了方便的手段来访问socket address（struct sockaddr）结构中的每一个元素。

   struct sockaddr_in6
  {
        __SOCKADDR_COMMON (sin6_);
        in_port_t sin6_port;    /* Transport layer port # */
        uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
        struct in6_addr sin6_addr;  /* IPv6 address */
        uint32_t sin6_scope_id; /* IPv6 scope-id */
  };

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  总结来说，struct sockaddr是linux网络编程接口中用来表示IP地址的标准结构体，bind、connect等函数中都会用到这个结构体，这个结构体是兼容Ipv4和Ipv6的。在实际编程中，这个结构体会被一个struct sockaddr_in 或者struct sockaddr_in6所填充

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二、基本转换函数

  在各种计算机体系中，对于字节、字等的存储机制有所不同，因为引发计算机通信领域中一个很重要的问题，即通信双方交流的信息单元（比特、字节、字、双字等等）应该以什么样的顺序进行传送。如果不达成一致的规则，通信双方将无法进行正 确的编/译码从而导致通信失败。关于大小端及验证方式，可以查看计算机存储的大小端模式解析。我们这里介绍网络字节顺序、主机与网络字节顺序转换函数、IP地址转换函数，为介绍网络编程核心API铺垫。

2.1、网络字节顺序

  因为每一个机器内部对变量的字节存储顺序不同（大端：高位字节排放在内存的低地址端，低位字节存放在内存高地址端），而网络传输的数据大家是一定要统一的。所以对于内部字节表示顺序和网络字节顺序不同的机器，就一定要对数据进行转换，保证其可以正确解析。

对内部字节顺序和网络字节顺序相同的机器，同样调用转换函数，系统函数自己判定是否需要转换。

2.2、主机与网络字节序转换函数

  通常使用的有两种数据类型，短型(两个字节，如端口号)和长形(四个字节，如Ipv4地址)。在将数据发送到Internet之前，一定要把它的字节顺序从主机字节顺序，转换到网络字节顺序。下面这几款转换函数可以满足基本的需求：

图1、主机与网络字节顺序转换函数

  在这些函数中，h理解为host主机、to即转换到、n为internet网络、s为short即短整形、l为long即整形。htons()即将一个短整形数据，从主机字节顺序转换到网络字节顺序。

2.3、与IP地址转换有关的函数

  我们习惯用点分十进制的表达方式来表示IP地址，如192.168.1.110，还是需要转换为一个无符号长整型，以便将其添加进表示IP地址的标准结构体，linux也提供了很多用于转换IP地址的函数，同样，可以查看其man手册：

图2、与IP地址格式转换相关的函数

  这里选用了常用的几款，其测试代码如下：

/******************************************************
*时间：2018.02.05日
*内容：测试IP地址转换函数
*问题：
******************************************************/

#include
#include 
#include 
#include 

#define MYIP "192.168.1.120"

int main(void)
{

/*******************************************************
*代码段1：测试IP转换函数：in_addr_t inet_addr(const char*p)
*结   果：    0x  78   01   a8   c0
*                 120   1  168  192      
*注   意：输出统一使用大端模式，即网络字节序
*******************************************************/
    #if 0
    in_addr_t addr = 0; 
    addr = inet_addr(MYIP);
    printf("addr = 0x%x\n",  addr);
    #endif

/**********************************************************
*名   称 :inet_pton
*功   能 ：convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary form
*函数原型：int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
*执行结果：0x78 01 a8 c0
*备   注：结构体初始化，需要注意{}
*********************************************************/
    #if 0
    struct in_addr addr = {0};
    int ret = 0;
    ret =  inet_pton(AF_INET, MYIP, &addr);
    if(ret != 1)
    {
        printf("inet_pton error!");
    }   
    else
    {
        printf("addr = 0x%x\n", addr.s_addr);
    }

    #endif

/**********************************************************
*名   称 :inet_ntop
*功   能 ：convert IPv4 and IPv6 addresses from  binary to text form
*函数原型：const char *inet_ntop(int af, const void *src,
                     char *dst, socklen_t size);
*执行结果：ip addr = 192.168.1.120
*备   注:
***********************************************************/

    struct in_addr addr = {0};
    char buf[20] = {0};

    addr.s_addr = 0x7801a8c0;

    inet_ntop(AF_INET, &addr, buf, sizeof(buf));
    printf("ip addr = %s.\n", buf);
    return 0; 
}

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小结：本篇笔记介绍了与socket编程相关的数据结构及基本的转换函数。

参考内容：

1、linux man手册
2、《unix网络编程卷一》

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