2015/11/30

socket的网络字节序和大小端序


字节序

由于不同的计算机系统采用不同的字节序存储数据,同样的一个4字节32位整数,在内存中存储的方式就有可能不同。

字节序分为 小端序(Little Endian) 和 大端序(Big Endian)。

大端序(Big Endian):高位字节存放到低位地址(高位字节在前)。

小端序(Little Endian):高位字节存放到高位地址(低位字节在前)。


仅凭描述很难解释清楚,来看一个例子。假设在 0x20 号开始地址中保存 4 字节 int 型数据 0x12345678,大端序的保存方式如下图

/blog/img/zijiexu_01.jpg

对于大端序,最高位字节 0x12 存放到低位地址,最低位字节 0x78 存放到高位地址。


小端序的保存方式如下图

/blog/img/zijiexu_02.jpg


单个字节内容

对于单个字节的内容,是不存在大端小端的情况,如只占用1个字节的 char 类型,大小端都一样。大端小端序是只针对占用多个字节类型的数据,对于只占用1个字节的类型(如 char)是不涉及大小端问题


socket中使用到的网络字节序

不同机器保存和解析数据的方式不同(主流的Intel系列为小端序),小端序系统和大端序系统通信时会发生数据解析错误。因此在发送数据前,要将数据转换为统一的格式 -- 网络字节序(Network Byte Order)网络字节序统一为大端序

主机A 先把数据转换成 大端序 再进行 网络传输,主机B 收到数据后先转换为 自己的格式 再解析。

例如我们在组装 sockaddr_in 结构体时就用到了网络字节序转换函数:

//创建sockaddr_in结构体变量
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每个字节都用0填充
serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口号

htons() 用来将 当前主机字节序 转换为 网络字节序,其中h代表主机(host)字节序,n代表网络(network)字节序,s代表short,htons 是 h、to、n、s 的组合,可以理解为 "将short型数据从当前主机字节序转换为网络字节序"


常见的网络字节转换函数有:

htons():host to network short,将short类型数据从主机字节序转换为网络字节序。

ntohs():network to host short,将short类型数据从网络字节序转换为主机字节序。

htonl():host to network long,将long类型数据从主机字节序转换为网络字节序。

ntohl():network to host long,将long类型数据从网络字节序转换为主机字节序。

例子:

#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>

int
main(int argc, char const *argv[]) {

    unsigned short host_port = 0x1234;
    unsigned short net_port;

    unsigned long host_addr = 0x12345678;
    unsigned long net_addr;

    //转换为网络字节序
    net_port = htons(host_port);
    net_addr = htonl(host_addr);

    //输出本机器字节序和网络字节序
    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);

    return 1;
}

输出

Host ordered port: 0x1234
Network ordered port: 0x3412
Host ordered address: 0x12345678
Network ordered address: 0x78563412