《TCP/IP网络编程》阅读笔记--地址族和数据序列

目录

1--IP地址和端口号

2--地址信息的表示

3--网络字节序与地址变换

4--网络地址的初始化与分配

5--Windows部分代码案例

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1--IP地址和端口号

IP 地址分为两类：

        ① IPv4 表示 4 字节地址族；

        ② IPv6 表示 16 字节地址族；

IPv4 标准的 4 字节 IP 地址分为网络地址和主机地址，一般分为 A、B、C、D和 E 类型：

        ① A类：网络ID（1字节），主机ID（3字节）；首字节范围：0~127；

        ② B类：网络ID（2字节），主机ID（2字节）；首字节范围：128~191；

        ③ C类：网络ID（3字节），主机ID（1字节）；首字节范围：192~223；

        ④ D类：网络ID（4字节））；

        ⑤ E类：已被预约；

端口号：

        端口号用于区分 Socket（不同的应用程序），不能将 1 个端口号分配给不同的 Socket；

        端口号由 16 位构成，可分配的端口号范围是 0-65535，其中 0-1023 是知名端口用于分配给特定的应用程序；

        TCP Socket 和 UDP Socket 不会共用端口号，因此允许重复；

2--地址信息的表示

表示 IPv4 地址的结构体 sockaddr_in：

struct sockaddr_in{
    sa_family_t sin_family; // 地址族
    uint16_t sin_port; // 16位 TCP/UDP 端口号
    struct in_addr sin_addr; // 32位IP地址
    char sin_zero[8]; // 不使用
}

成员 sin_family，表示地址族，常用的地址族如下：

        ① AF_INET 表示 IPv4 网络协议中使用的地址族；

        ② AF_INET6 表示 IPv6 网络协议中使用的地址族；

        ③ AF_LOCAL 表示本地通信中采用的 UNIX 的地址族

// 一般用法：
SOCKADDR_IN servAddr;
servAddr.sin_family = AF_INET;

        bind() 函数第二个参数期望获得 sockaddr 结构体类型，其定义如下：

struct sockaddr{
    sa_family_t sin_family; // 地址族
    char sa_data[14]; // 地址信息（包含IP地址和端口号，其它部分填充为0）
}

        一般需要将 sockadd_in 结构体强制转换为 sockaddr 结构体变量，将输入到 bind() 函数中：

        bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)); 其中 serv_addr 是sockadd_in结构体变量；

3--网络字节序与地址变换

CPU向内存保存数据的方式有两种：

        ① 大端序：高位字节存放到低位地址；

        ② 小端序：高位字节存放到高位地址；

        在通过网络传输数据时，约定采用统一的网络字节序方式，即统一为大端序；先把数据数组转化成网络字节序（大端序），再进行传输，接收方收到数据后将网络字节序解析为符合自己CPU的数据方式；

// 字节序转换：
unsigned short htons(unsigned short); // 主机字节序转换为网络字节序
unsigned short ntohs(unsigned short); // 网络字节序转换为主机字节序
unsigned long htonl(unsigned short); // 主机字节序转换为网络字节序
unsigned long ntohl(unsigned short); // 网络字节序转换为主机字节序

        h 表示主机（host）字节序，n 表示网络（network）字节序；s 表示 short（linux 中 short 类型占用 2 字节），l 表示 long（linux 中 long 类型占用 4 字节）；

4--网络地址的初始化与分配

        inet_addr() 函数会将字符串形式的 IP 地址转换为 32 位整数型数据，并在转换类型的同时完成网络字节序的转换；

        inet_addr() 函数还可以检测无效的 IP 地址；

// inet_addr.c
// gcc inet_addr.c -o inet_addr
// ./inet_addr

#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[]){
    char *arrd1 = "1.2.3.4"; 
    char *arrd2 = "1.2.3.256";

    unsigned long conv_addr = inet_addr(arrd1);
    if(conv_addr == INADDR_NONE){
        printf("Error occured \n");
    }
    else{
        printf("Network ordered integer addr: %#lx \n", conv_addr);
    }

    conv_addr = inet_addr(arrd2);
    if(conv_addr == INADDR_NONE){
        printf("Error occured \n");
    }
    else{
        printf("Network ordered integer addr: %#lx \n", conv_addr);
    }

    return 0;
}

        inet_aton() 函数的功能与 inet_addr() 相同，但其在调用过程中会将转换后的 IP 地址信息代入到 sockaddr_in 结构体中，因此使用频率更高；

// inet_aton.c
// gcc inet_aton.c -o inet_aton
// ./inet_aton

#include 
#include 
#include 

void error_handling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    char *addr = "127.232.124.79";
    struct sockaddr_in addr_inet;

    if(!inet_aton(addr, &addr_inet.sin_addr)){
        error_handling("Conversion error");
    }
    else{
        printf("Network ordered integer addr: %#x \n", addr_inet.sin_addr.s_addr);
    }
    return 0;
}

        inet_ntoa() 函数与上述两个函数的功能相反，其将网络字节序整数型 IP 地址转换为字符串形式；

        调用 inet_ntoa() 函数后，需要存储对应的字符串信息，否则下次被调用会被覆盖；

// 网络地址的初始化
struct sockaddr_in addr;
char* serv_ip = "211.217.168.13"; // 声明 IP 地址字符串
char* serv_port = "9190"; // 声明端口号字符串
memset(&addr, 0, sizeof(addr)); // 结构体变量 addr 的所有成员初始化为 0
addr.sin_family = AF_INET; // 指定地址族
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(serv_ip); // 基于字符串的 IP 地址初始化
addr.sin_port = htons(atoi(serv_port)); // 基于字符串的端口号初始化

5--Windows部分代码案例

// gcc endian_conv_win.c -o endian_conv_win -lwsock32
// endian_conv_win

#include 
#include 

void ErrorHandling(char* message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    WSADATA wsaData;
    unsigned short host_port = 0x1234;
    unsigned short net_port;
    unsigned long host_addr = 0x12345678;
    unsigned long net_addr;

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){
        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
    }

    net_port = htons(host_port);
    net_addr = htonl(host_addr);

    printf("Host ordered port: %#x \n", host_port);
    printf("Network ordered port: %#x \n", net_port);
    printf("Host ordered address: %#lx \n", host_addr);
    printf("Network ordered address: %#lx \n", net_addr);
    WSACleanup();
    return 0;
}

// gcc inet_adrconv_win.c -o inet_adrconv_win -lwsock32
// inet_adrconv_win

#include 
#include 
#include 

void ErrorHandling(char* message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    WSADATA wsaData;
    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){
        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
    }

    // inet_addr 函数调用示例
    {
        char *addr = "127.212.124.78";
        unsigned long conv_addr = inet_addr(addr);
        if(conv_addr == INADDR_NONE){
            printf("Error occured! \n");
        }
        else{
            printf("Network ordered integer addr: %xlx \n", conv_addr);
        }
    }

    // inet_ntoa 函数调用示例
    {
        struct sockaddr_in addr;
        char *strPtr;
        char strArr[20];

        addr.sin_addr.s_addr = htonl(0x1020304);
        strPtr = inet_ntoa(addr.sin_addr);
        strcpy(strArr, strPtr);
        printf("Dotted-Decimal notation3 %s \n", strArr);
    }

    WSACleanup();
    return 0;

}