【网络编程】TCPIP_3_地址族与数据序列

前言
3. 地址族与数据序列

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