【网络编程】TCPIP_3_地址族与数据序列
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前言
说明：
- demo 基于 Linux。
3. 地址族与数据序列
// 调用 bind 函数分配IP地址和端口号。
// 成功时返回0，失败时返回-1
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
/* 补充 client 部分 */
// 成功时返回0，失败时返回-1
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
3.1 分配给套接字的 IP 地址与端口号
参考: 李柱明博客园
3.2 参数 IP 地址
由于原生的参数 struct sockaddr 类型不够直观，所以采用类型转换的 struct sockaddr_in 只要保证其字节大小一样，然后把其当做一段微内存即可。
3.2.1 IPV4 地址的结构体
// 原生，不建议直接用
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */
};
// 格式转换后，推荐使用
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family）
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]; //为了保证其大小一致，目前不使用
};
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr; //32位IPV4地址
}
3.2.2 地址族（Address Family）
成员 sa_family_t sin_family;
具体地址族类型参考 地址族（附件）
| 地址族（Address Family） | 含义 |
|---|---|
| AF_INET | IPV4用的地址族 |
| AF_INET6 | IPV6用的地址族 |
| AF_LOCAL | 本地通信中采用的 Unix 协议的地址族 |
3.2.3 端口号
成员 uint16_t sin_port;
16 byte。
以网络字节序保存。（CPU 分大小端，为了统一，网络协同使用一种字节序来保证数据正确，到对端后再按需转换即可）
小知识：
- 可以这样区分 IP 和 端口号：一个主机可以共用一个 IP，端口号 用来区分主机程序。
- 知名端口是要把该端口分配给特定的应用程序，范围是 0~1023 ，HTTP 的端口号是 80 ，FTP 的端口号是20和21。
3.2.4 IP 地址
成员 struct in_addr sin_addr;
32 byte。
以网络字节序保存。
小知识：
- 127.0.0.1 表示本机 IP。协议规定的。
3.2.5
成员 char sin_zero[8];
为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节，目前没有其它用途。
3.3 实例参考
注意：客户端创建socket后使用的函数是connect()。
#define cHOST "192.168.112.128" // 服务器端IP
#define cPORT 8080 // 服务器进程端口号
// 客户端
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET; // IPV4
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(cHOST); // 地址
serv_addr.sin_port = htons(cPORT); //端口
//调用 connect 函数向服务器发送连接请求
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
error_handling("connect() error!");
3.4 网络字节序
3.4.1 字节序
得先了解大小端的问题。
本人的快速记忆是 小高高，意思是 小端高字节放在高位。
因为CPU有大小端的差异，如果不统一网络字节序就会导致数据交互错乱，如图：
网络字节序统一使用大端。
所以在收发前，先对数据进行检查、转换，再进行网络传输。
3.4.2 字节序转换相关函数
前后缀：
- h：表示 host ，主机字节。
- n：表示 network，网络字节。
- s：表示 short。
- l：表示 long。
unsigned short htons(unsigned short);
unsigned short ntohs(unsigned short);
unsigned long htonl(unsigned long);
unsigned long ntohl(unsigned long);
3.5 字符串转为网络字节序的整数形
3.5.1 inet_addr()
函数 inet_addr()：
inet_addr是一个计算机函数，功能是将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数（u_long类型）等同于inet_addr()。
注意：一字节的范围为 [0:255]
// 返回：若字符串有效则将字符串转换为32位二进制网络字节序的IPV4地址，否则为INADDR_NONE
#include <arpa/inet.h> // Linux
in_addr_t inet_addr(const char* strptr);
// 例子：
unsigned long conv_addrA = inet_addr("1.2.3.4"); // conv_addrA 为 0x4030201
unsigned long conv_addrB = inet_addr("1.2.3.256"); // conv_addr ERR，因为范围为 [0:255]
3.5.2 inet_aton()
函数 inet_aton()：
函数 inet_aton() 和 函数 inet_addr() 在功能上是一样的，也是将字符串形式的IP地址转换成整数型的IP地址。
不同的是该函数得到的结果保存到 in_addr 结构体参数里面了，这样就可以判断有没有转换成功。
/*
string: 含有需要转换的IP地址信息的字符串地址值
addr: 将保存转换结果的 in_addr 结构体变量的地址值
成功时返回 1 ，失败时返回 0
*/
#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char *string, struct in_addr *addr);
3.5.3 inet_ntoa()
函数 inet_ntoa()：
该函数更好和 inet_aton() 相反，n -> a。
把网络字节整数型序转换为地址点分字符串形式。
特别注意：
- 该函数特点：其返回值为指针，实际内存实在函数里面申请的，该函数的实现里，只申请一次，下次调用时使用同样的已申请了的内存，（而不是重新申请，返回新的指针），所以下次调用该函数时，会把上次数据覆盖。
- 使用注意：获取到返回的指针后，在下次调用该函数前，必须使用完毕或者把数据拷贝到新的内存里慢慢享受。
#include <arpa/inet.h>
char *inet_ntoa(struct in_addr adr);
3.6 网络地址初始化参考
struct sockaddr_in addr;
char *serv_ip = "192.168,1.2"; //声明IP地址族
char *serv_port = "8080"; //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; //制定地址族
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IP地址端口号初始化
地址族（附件）
/* Supported address families. */
#define AF_UNSPEC 0
#define AF_UNIX 1 /* Unix domain sockets */
#define AF_LOCAL 1 /* POSIX name for AF_UNIX */
#define AF_INET 2 /* Internet IP Protocol */
#define AF_AX25 3 /* Amateur Radio AX.25 */
#define AF_IPX 4 /* Novell IPX */
#define AF_APPLETALK 5 /* AppleTalk DDP */
#define AF_NETROM 6 /* Amateur Radio NET/ROM */
#define AF_BRIDGE 7 /* Multiprotocol bridge */
#define AF_ATMPVC 8 /* ATM PVCs */
#define AF_X25 9 /* Reserved for X.25 project */
#define AF_INET6 10 /* IP version 6 */
#define AF_ROSE 11 /* Amateur Radio X.25 PLP */
#define AF_DECnet 12 /* Reserved for DECnet project */
#define AF_NETBEUI 13 /* Reserved for 802.2LLC project*/
#define AF_SECURITY 14 /* Security callback pseudo AF */
#define AF_KEY 15 /* PF_KEY key management API */
#define AF_NETLINK 16
#define AF_ROUTE AF_NETLINK /* Alias to emulate 4.4BSD */
#define AF_PACKET 17 /* Packet family */
#define AF_ASH 18 /* Ash */
#define AF_ECONET 19 /* Acorn Econet */
#define AF_ATMSVC 20 /* ATM SVCs */
#define AF_RDS 21 /* RDS sockets */
#define AF_SNA 22 /* Linux SNA Project (nutters!) */
#define AF_IRDA 23 /* IRDA sockets */
#define AF_PPPOX 24 /* PPPoX sockets */
#define AF_WANPIPE 25 /* Wanpipe API Sockets */
#define AF_LLC 26 /* Linux LLC */
#define AF_IB 27 /* Native InfiniBand address */
#define AF_MPLS 28 /* MPLS */
#define AF_CAN 29 /* Controller Area Network */
#define AF_TIPC 30 /* TIPC sockets */
#define AF_BLUETOOTH 31 /* Bluetooth sockets */
#define AF_IUCV 32 /* IUCV sockets */
#define AF_RXRPC 33 /* RxRPC sockets */
#define AF_ISDN 34 /* mISDN sockets */
#define AF_PHONET 35 /* Phonet sockets */
#define AF_IEEE802154 36 /* IEEE802154 sockets */
#define AF_CAIF 37 /* CAIF sockets */
#define AF_ALG 38 /* Algorithm sockets */
#define AF_NFC 39 /* NFC sockets */
#define AF_VSOCK 40 /* vSockets */
#define AF_KCM 41 /* Kernel Connection Multiplexor*/
#define AF_QIPCRTR 42 /* Qualcomm IPC Router */
#define AF_SMC 43 /* smc sockets: reserve number for
* PF_SMC protocol family that
* reuses AF_INET address family
*/
参考：
- 《TCP/IP网络编程》
- TCP/IP TCP详细笔记
- github
